Тема №1. Поляризация диэлектриков.

Поляризация – это ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул в электрическом поле.

В любом материале, независимо от наличия или отсутствия в нем свободных носителей заряда, всегда имеются связанные заряды: электроны оболочек атомов, ионы. Под действием внешнего электрического поля связанные заряды в диэлектрике смещаются из своих равновесных состояний по направлению действующих сил в зависимости от величины напряженности поля. В результате этого каждый элементарный объем диэлектрика dV приобретает индуцированный электрический момент dp. Образование индуцированного электрического момента Р в диэлектрике и представляет собой явление поляризации. Мерой поляризации диэлектрика является вектор поляризации (поляризованность, интенсивность поляризации), который равен отношению индуцированного электрического момента объема диэлектрика к этому объему, когда последний стремится к нулю.

Различают два механизма поляризации: поляризация мгновенная, вполне упругая, без рассеяния энергии, т.е. без выделения тепла, за время 10^–15–10^–13 с; поляризация, совершаемая не мгновенно, а нарастающая и убывающая замедленно и сопровождаемая рассеянием энергии в диэлектрике, т.е. его нагреванием. Такой вид поляризации называется релаксационной (время от 10^–8 до 10² с).

Мгновенные виды поляризации:

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов относительно ядра под действием внешнего электрического поля. Наблюдается такая поляризация во всех видах диэлектриков.

Ионная поляризация характерна для твердых тел с ионным строением и обуславливается смещением упруго связанных ионов в узлах кристаллической решетки, т.е. упругой деформации решетки.

Релаксационные виды поляризации:

Дипольно-релаксационная поляризация наблюдается в полярных диэлектриках и представляет собой ориентацию дипольных молекул вдоль линий электрического поля.

Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в диэлектриках ионной структуры с неплотной упаковкой ионов (например, неорганических стеклах). Слабосвязанные ионы вещества под воздействием внешнего электрического поля среди хаотических тепловых движений ограниченно смещаются в направлении электрического поля.

Электронно-релаксационная поляризация возникает за счет возбужденных тепловых энергий избыточных, дефектных электронов или дырок за время 10^–8–10^–6 с.

Спонтанная (самопроизвольная) поляризация – этот вид поляризации возникает в диэлектриках, имеющих доменную структуру.

Миграционная поляризация наблюдается в твердых диэлектриках с макроскопически неоднородной структурой (например, в слоистых материалах), а также в диэлектриках, содержащих проводящие и полупроводящие включения (например, поры, заполненные влагой). При внесении в электрическое поле диэлектрика, имеющего слоистое строение (например, гетинакс, текстолит), в результате разной электропроводности различных слоев, на границе их раздела и в приэлектродных объемах, начнут накапливаться заряды медленно движущихся ионов, и возникнет межслойная поляризация.

Резонансная поляризация проявляется в диэлектриках под воздействием высокочастотного электрического поля (f = 10⁶ Гц), когда частота собственных колебаний электронов или ионов совпадает с частотой внешнего поля.

Технические диэлектрики обладают, как правило, не одним, а одновременно несколькими видами поляризации.