Поляризація діелектриків

Якщо до діелектрика прикладається зовнішнє електричне поле, то він поляризується. Сенс поляризації - в оборотному зміщенні зарядів при відповідній орієнтації молекул діелектрика.

В результаті поляризації виникає електричне поле, направлене проти зовнішнього поля.

В діелектриках в залежності від їх структури можуть виникати слідуючи види поляризації: електронна, Іонна, іонно - релаксаційна, дипольно - релаксаційна, електронно - релаксаційна, пружно - дипольна, структурна, ядерного зміщення, спонтанна, залишкова.

Електронна поляризація представляє собою пружне зміщення й деформацію електронних оболонок атомів та іонів. Процес поляризації протікає майже миттєво (10с). Такі діелектрики використовуються на всіх частотах включаючи і надвисокі частоти.

Електронна поляризація спостерігається у всіх видах діелектриків і не зв'язана з утратою енергії. Тепловий рух молекул на величині електронної поляризації не відображається.

Іонна поляризація зумовлена зміщенням пружного зв'язаних іонів і характерна для твердих діелектриків з іонною будовою. Величина поляризації з підвищенням температури збільшується в результаті ослаблення пружних сил, діючих між іонами, із-за збільшення відстані між іонами при тепловому розширенні. Іонна поляризація відноситься до миттєвих і не залежить від частоти.

Іонно - релаксаційна поляризація (ІРП) спостерігається в неорганічному склі та в деяких кристалічних неорганічних речовинах із негустою скупченістю іонів. В них слабо зв'язані іоні під дією зовнішнього електричного поля отримують допоміжні перекидання в направленні поля. Поляризація цього типу має сповільнений характер. Діелектрики з ІРП на високих частотах не застосовуються.

Дипольно - релаксаційна (ДРП) поляризація визначається поворотом і орієнтацією диполів у направленні поля і зв'язана з тепловим рухом часток. Дипольні молекули, які знаходяться в хаотичному тепловому русі, частично орієнтуються під дією поля, що являється причиною поляризації діелектрика. Якщо зняти зовнішнє електричне поле поляризація зникає.

Час ДРП рівняється 10¹⁰-10²с. Цей вид поляризації спостерігається у всіх полярних речовинах.

Спонтанна поляризація нелінійно залежить від величини напружності електричного поля і характеризується явно вираженим максимом при певній температурі. Цей вид поляризації супроводжується значним розсіюванням енергії. Він характерний сегнетоелектриків.

Залишкова поляризація характеризується тривалим зберіганням поляризаційного стану в діалектрику після зняття зовнішнього поля. Діалектрики цього типу (електрики) здатні при відсутності зовнішнього поля створювати електричне поле в навколишньому середовищі. Елнктркти можуть використовуватися як джерело електричної енергії.

Класифікація діелектриків

Класифікація електроізоляційних матеріалів можлива по різним ознакам.

Основними з них являються:

• по призначенню діелектрики діляться на діелектричні, ізоляційні, конструкційні, покривні та ключі матеріали;

• по структурі діелектрики діляться на аморфні та кристалічні;

• по ступені дисоціації - на гетерополярні та гомеополярні;

• по агрегатному стану діелектрики бувають тверді, рідкі та газоподібні;

• по хімічній природі діелектрики діляться на органічні (з'єднання вуглецю з водородом, азотом, кислородом та деякими іншими елементами), елементоорганічні (крім перекислених вище елементів містять атоми кремнію, магнію, алюмінію, титану) та неорганічні (представляють собою іонні сполуки);

• по ступеню поляризації діелектрики діляться на полярні, молекули яких завжди мають деякий електричний момент, який відрізняється від нуля, і не полярні, молекули яких отримують "індуктивний" електричний момент тільки при дії зовнішнього електричного поля;

• по частотним властивостям - низькочастотні та високочастотні;

• по будові діелектрики бувають однорідні та неоднорідні (слоїсті, із наповнювачем, компаунди);

• по управлінню властивостями діелектрики поділяються на активні (управляємі) та пасивні. Активні діелектрики можуть змінювати свої електричні властивості під дією різних факторів. До них належать: сегнетоелектрики, діелектрична проникність яких сильно змінюється при зміні напруженості електричного поля та температури; п'єзоелектрики, які генерують електричні заряди під дією механічних напруг і, навпаки, змінюють свої розміри під дією електричного поля. Пасивні діелектрики практично не змінюють своїх властивостей під дією різних зовнішніх факторів.

За походженням діелектрики розподіляються на дві великі групи - органічні та неорганічні.