Вопрос 26

Что такое поляризуемость диэлектриков? От чего она зависит?

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных 000501108105100809070011804зарядов в 00818005011080диэлектрике или поворотом электрических 00800018диполей, обычно под воздействием внешнего 0005011081051000500005электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно. Поляризация — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольного момента у любого (или почти любого) элемента его объема.Различают поляризацию, наведенную в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, которая возникает в сегнетоэлектрикахв отсутствие внешнего поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика (сегнетоэлектрика) происходит под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры.

• Электронная — смещение 010000018010108100018электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10⁻¹⁵ с). Не связана с потерями.

• Ионная — смещение узлов кристаллической структуры под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина 09011018000018105111008постоянной решетки. Время протекания 10⁻¹³ с, без потерь.

• Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией 00800018диполей во внешнем электрическом поле.

• Электронно-релаксационная — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле.

• Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие.

Вопрос 27

ДИЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ПРОНИЦА́ЕМОСТЬ, безразмерная величина e, ?>:07K20NI0O, 2> A:>;L:> @07 A8;0 2708<>459AB28O F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия F_o в вакууме:

e =F_о/F.

Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз поле ослабляетсядиэлектриком, количественно характеризуя свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.

Значение относительной диэлектрической проницаемости вещества, характеризующее степень его поляризуемости, определяется механизмамиполяризации. Однако величина в большой мере зависит и от агрегатного состояния вещества, так как при переходах из одного состояния в другое существенно меняется плотность вещества, его вязкость и изотропность.

ДИЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ВОСПРИИ́МЧИВОСТЬ, коэффициент пропорциональности c междуполяризациейHYPERLINK "http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=663389" диэлектрика P (дипольным моментом единицы объема) и напряженностьюE внешнего электрического поля.

В диэлектрике, помещенном во внешнее электрическое поле, наблюдается процесс поляризации: диэлектрик приобретает определенный макроскопический дипольный момент. Для большинства диэлектриков в слабых электрических полях вектор поляризации пропорционален напряженности внешнего электрического поля, и эта связь выражается соотношением:

Р = ce_>E,

где c  :>MDD8F85=B ?@>?>@F8>=0;L=>AB8, :>B>@K9 8 =07K20NB 48M;5:B@8G5A:>9 2>A?@88<G82>ABLN; e_> — электрическая постоянная, e_> =8,854^.10^-12 Ф/м.

В изотропных диэлектриках направления векторов Р и E совпадают, диэлектрическая проницаемость e 8 48M;5:B@8G5A:0O 2>A?@88<G82>ABL c скалярны. Чтобы на опыте определить эти величины для изотропного диэлектрика, достаточно измерить емкость или заряд конденсатора с диэлектриком и без него и по известной формуле емкости плоского конденсатора вычислить единственное значение искомой величины.

Поляризуемость полярных диэлектриков обусловлена всеми механизмами поляризации: электронной, ионной, дипольной. Обычно редко бывает, чтобы все доли поляризуемости были одинаково велики. Например, в ионных кристаллах дипольная часть вообще отсутствует. Экспериментально вклад каждой доли можно найти, измеряя диэлектрические проницаемости при разных частотах электромагнитной волны. При малых частотах (или в статическом поле) вклад дают все составляющие. При повышении частоты первым исчезнет вклад ориентационной части, молекулы не будут успевать поворачиваться, следуя быстро изменяющемуся электрическому полю волны. Переход к новому режиму осуществляется обычно при частотах радиодиапазона. При дальнейшем росте частоты исчезнет вклад ионной части: ионы более инерционны, чем электроны. В диапазоне оптических частот доминирует электронная доля поляризации. При переходе к еще более высоким частотам даже электронные облака не будут успевать следовать за изменениями электрического поля и поляризуемость диэлектрика исчезнет.

Для анизотропных сред (кристаллы, текстуры) диэлектрическая восприимчивость является тензорной характеристикой, поэтому направления Р и E в общем случае оказываются различными: они не совпадают ни по модулю, ни по направлению. Поле E, направленное, например, вдоль какой-нибудь из осей координат, создаст в кристалле электрическое смещение, имеющее компоненты в общем случае по всем трем осям координат. В сильных электрических полях нарушается линейная зависимость между поляризованностью и напряженностью поля, наблюдаются нелинейные эффекты.