Замедленные виды поляризации.
Мгновенные виды поляризации
Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов. Диэлектрическая проницаемость уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением и уменьшением числа частиц в единице объема. Кривая зависимости e от температуры подобна кривой изменения плотности, резкие снижения наблюдаются при агрегатных переходах (рисунок 1.1).
Электронная поляризация, очевидно, наблюдается во всех веществах. В ряде диэлектриков наблюдается только этот вид поляризации: полиэтилен, полистирол, фторопласт, сера и др.
Рисунок 1.1 Температурная зависимость диэлектрической проницаемости для различных видов поляризации
Ионная поляризация обусловлена смещением упруго-связанных ионов на расстояние существенно меньше постоянной решетки. На заряд q в поле напряженностью Е действует сила F = q Е. При смещении заряда на расстояние Dx возникает возвращающая упругая сила Fупр = kупрDx, где kупр – коэффициент упругой связи. В состоянии равновесия F=Fупр или q Е = kупрDx. При повышении температуры диэлектрик расширяется, увеличивается расстояние между атомами, коэффициент упругой связи уменьшается, поэтому ионы под действием поля смещаются на большее расстояние и диэлектрическая проницаемость увеличивается.
Ионная поляризация наблюдается в ионных кристаллах, неорганических стеклах, керамиках.
Замедленные виды поляризации.
Дипольно-релаксационная поляризация обусловлена частичной ориентацией под действием поля дипольных молекул, находящихся в тепловом хаотическом движении.
У полярных диэлектриков в области низких температур ориентация молекул в большинстве случаев невозможна. При повышении температуры вязкость уменьшается, и возможность ориентации диполей облегчается, что приводит к возрастанию диэлектрической проницаемости. Однако при дальнейшем росте температуры сказывается усиление тепловых колебаний молекул, что уменьшает степень упорядоченности их ориентации. Это приводит к тому, что кривая зависимости e от температуры имеет максимум, а в дальнейшем снижается. Максимум может быть выражен не резко для некоторых материалов, представляющих смесь различных химических веществ.
Дипольно-релаксационная поляризация характерна для капрона, феноло-формальдегидных смол, эпоксидных компаундов, хлорированных углеводородов, кремнийорганических соединений и др.
Ионно-релаксационная поляризацияобусловлена тем, что слабосвязанные ионы под действием внешнего поля среди хаотических тепловых перебросов совершают избыточные перебросы в направлении поля и смещаются на расстояния, превышающие постоянную решетки. После снятия электрического поля ионы постепенно возвращаются к центрам равновесия. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости на рисунке 1 приведена только для твердых диэлектриков, так как в расплавленном состоянии соединения становятся проводниками с электролитической электропроводностью и для большинства материалов максимума в температурной зависимости диэлектрической проницаемости экспериментально не обнаружено.
Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в диэлектриках с неплотной упаковкой атомов, например в неорганических стеклах, керамиках, кристаллических диэлектриках с неплотной упаковкой частиц в решетке.
Электронно-релаксационная возникает за счет возбуждения тепловой энергией избыточных «дефектных» электронов и дырок. На температурной зависимости диэлектрической проницаемости имеется максимум.
Миграционная поляризация наблюдается в неоднородных диэлектриках с проводящими и полупроводящими включениями, в слоистых диэлектриках имеющих слои с различной проводимостью.
При внесении неоднородных материалов в электрическое поле свободные электроны и ионы проводящих и полупроводящих включений перемещаются в пределах каждого включения, которое становится подобным огромной поляризованной молекуле. В граничных слоях слоистых материалов и приэлектродных слоях может быть накоплен заряд медленно движущихся ионов. Эта поляризация выключается при наиболее низких частотах и связана со значительным рассеянием электрической энергии.
Спонтанная поляризация свойственна сегнетоэлектрикам, которые являются нелинейными диэлектриками.
В нелинейных диэлектриках зависимость поляризованности и электрического смещения от напряженности поля имеет вид петли гистерезиса, а зависимость диэлектрической проницаемости имеется максимум (рисунок 1.2б) .В линейных диэлектриках зависимость поляризованности и электрического смещения от напряженности поля – линейная, а диэлектрическая проницаемость не зависит от напряженности поля (рисунок 1.2а).
Рисунок 1.2 Зависимость электрического смещения и диэлектрической
проницаемости для линейного (а) и нелинейного (б) диэлектриков.
Диэлектрики с замедленными видами поляризации опасно использовать на высоких частотах из-за разогрева материала.
Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 3844;