- •Введение
- •Теория теплопроводности
- •Механизмы переноса тепла
- •Методы изучения физических явлений
- •Температурное поле
- •Тепловой поток. Закон Фурье
- •Коэффициент теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Уравнение теплопроводности
- •Лекция № 2 Условия однозначности для процессов теплопроводности
- •Граничные условия:
- •Теплопроводность в стационарном режиме
- •Многослойная стенка
- •Переменный коэффициент теплопроводности
- •Линейная плотность теплового потока:
- •Критический диаметр цилиндрической стенки
- •Передача теплоты через шаровую стенку
- •Плотность теплового потока
- •Теплопроводность при наличии внутренних источников теплоты
- •Теплопроводность однородной пластины
- •Теплопроводность однородного цилиндрического стержня
- •Нестационарные процессы теплопроводности
- •Аналитическое описание процесса
- •Анализ полученного решения
- •Охлаждение длинного прямоугольного стержня
- •Охлаждение цилиндра конечной длины
- •Приближенные методы решения задач теплопроводности
- •Метод конечных разностей
- •Численные методы решения задач теплопроводности при нестационарном режиме
- •Метод конечных элементов
- •Исследование процессов теплопроводности методом аналогий
- •Электротепловая аналогия
- •Конвективный теплообмен Основные понятия и определения
- •Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена
- •Уравнение энергии
- •Уравнения движения
- •Уравнение сплошности
- •Гидродинамический и тепловой пограничные слои
- •Уравнение теплоотдачи.
- •Тепловой пограничный слой
- •Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена
- •Приведение математической формулировки краевой задачи к записи в безразмерной форме
- •Аналогично преобразуем и уравнение движения
- •Граничные условия
- •Условия подобия физических процессов
- •Следствия из условий подобия
- •Обработка результатов опыта
- •Теплоотдача при вынужденном продольном омывании плоской поверхности
- •Интегральные уравнения пограничного слоя
- •Теплоотдача при ламинарном пограничном слое
- •Нагрев диэлектриков в электромагнитном поле. Электромагнитное поле в диэлектрике.
- •Плоская электромагнитная волна в диэлектрике
- •Используя соотношения
- •Решение уравнения (1) имеет вид
- •Виды поляризации
- •Зависимости ε и tg δ от частоты и температуры
- •Температурные характеристики релаксационной поляризации
- •Структура электродугового разряда
- •Характеристика приэлектродных областей и протекающих в них процессов
- •Выделяющаяся на аноде мощность
- •Мощность, выделяющаяся на катоде
- •Электроды дуговых установок
- •Термохимический катод
- •Основные закономерности электродугового столба
- •Особенности дуги переменного тока
- •Устойчивость и регулирование параметров электрической дуги
- •Способы зажигания дуги
- •Процессы переноса в дуговых и плазменных электротехнологических установках
- •Физико-технические основы электронно-лучевого нагрева
- •Основы расчета устройств формирования электронных пучков элу
- •Потери энергии электронного пучка и энергетический баланс элу
- •Основы лазерного нагрева. Основные принципы работы лазеров
- •Типы оптических квантовых генераторов
- •Лазеры твердотельные с оптической накачкой
- •Основы технологии светолучевой обработки
- •Литература
Виды поляризации
И так, поляризацией мы называем процесс смещения связанных зарядов, приводящий к появлению электрического момента у любого микроскопического элемента объёма.
Поляризацию принято подразделять на различные виды в зависимости от способа смещения вызывающих её частиц – носителей связанных зарядов. Все частицы диэлектрика, способные смещаться под действием внешнего электрического поля, можно отнести к 2-ум видам: 1)упруго или сильно связанные и 2) слабо связанное.
Процессу движения упруго связанных частиц препятствует упругая сила. Такая частица имеет одно положение равновесия, около которого совершает тепловые колебания. Под действием внешнего электрического поля частицы смещаются на небольшое расстояние. Упругие силы связывают электронную оболочку и ядро в атомах, атомы в молекулах, ионы в кристаллах, дипольные молекулы в некоторых твёрдых телах.
Слабо связанные частицы имеют несколько положений равновесия, в которых могут находиться с определенной вероятностью. Переход из одного положения равновесия в другое происходит скачкообразно под действием флуктуации теплового движения. Частица колеблется около положения равновесия, а через некоторое время скачком меняет это положение равновесия на другое. Время колебаний в определённом положении равновесия зависит от температуры и интенсивности поля сил связи.
Во внешнем электрическом поле энергия частицы в равновесных состояниях изменяется так, что частицы находятся в них с другой вероятностью, чем при отсутствии поля. В результате положительно заряженные частицы смещаются относительно отрицательно заряженных. Появляется асимметрия в распределении заряженных частиц, т.е. поляризация. Основную роль в этом процессе играет тепловое движение. Именно оно направленно перебрасывает частицы во внешнем электрическом поля и возвращает их к хаотическому распределению после отключения поля.
В соответствии с изложенной картиной поляризацию разделяют на упругую и релаксационную: упругая – при сильной связи между частицами, релаксационная – при слабой связи. Оба типа поляризации подразделяются на несколько видов в зависимости от того, какие частицы смещаются в процессе поляризации.
Существует 4 вида упругой поляризации: электронная, ионная и дипольная. В релаксационной поляризации различают дипольную, ионную и электронную разновидности и выделяют отдельно группу процессов, тесно связанных с электропроводностью и получивших название объёмной поляризации.
Наиболее распространённым видом упругой поляризации является электронная поляризация. Она заключается в упругой деформации электронных оболочек. В результате атом приобретает дипольный момент, направленный согласно с напряжённостью внешнего электрического поля. Такая поляризация существует у всех диэлектриков. Этот вид поляризации устанавливается практически мгновенно, т. к. частота внешнего поля (обычно f<109Гц) меньше частоты собственных колебаний упругих связей (f~1011-1016Гц). Вектор поляризации следует за изменением вектора напряжённости электрического поля без запаздывания. Угол потерь у таких веществ близок к нулю, и они не нагреваются в переменном электрическом поле. Источником потерь у диэлектриков с упругой поляризацией служат посторонние примеси и связанная с ними сквозная проводимость.
Наиболее часто встречающимся видом релаксационной поляризации является дипольная поляризация, возникающая в полярных диэлектриках при слабых связях между молекулами. Молекулы полярных диэлектриков обладают собственным электрическим моментом, который не зависит от напряженности внешнего электрического поля.
Поляризация диэлектрика происходит за счет образования в нем объёмных зарядов. Заряды в диэлектрике оказываются смещенными, но не на микро расстояния, как при прочих видах поляризации, а на макроскопические расстояния.
С образованием объёмных зарядов связана поляризация гетерогенных диэлектриков, содержащих проводящие макровключения (влажные материалы, пищевые продукты и древесина). При внесении таких неоднородных материалов в электрическое поле свободные электроны и ионы, содержащиеся в проводящих включениях, перемещаются в пределах каждого включения, которое приобретает дипольный момент и ведет себя подобно гигантской поляризованной молекуле.
Накоплению объёмных зарядов и разделению зарядов в проводящих включениях препятствует тепловое движение, стремящееся ослабить поляризацию. По этой причине объёмную поляризацию относят к поляризации релаксационного типа.