Влияние температуры и частоты на поляризацию

К основным внешним факторам, влияющим на поляризацию диэлектриков, относятся температура и частота электрического поля. На рисунке 37 показаны общие закономерности влияния указанных факторов на поляризацию для групп материалов с различными механизмами поляризации. Для конкретных материалов эти зависимости могут отличаться от приведенных на рисунке 37.

 

 

При низких температурах подвижность частиц и молекул в диэлектриках мала, а силы молекулярного взаимодействия достаточно велики. С увеличением температуры увеличивается подвижность частиц, уменьшается энергия взаимодействия между ними, и увеличивается ориентация под действием внешнего поля. Поэтому с повышением температуры ε_r у большинства твердых диэлектриков увеличивается (рисунок 37,а), кроме неполярных диэлектриков: у них ε_r уменьшается. У неполярных диэлектриков количество поляризованных частиц с повышением температуры остается неизменным, а объем увеличивается. Поляризованность Р= уменьшается, что и объясняет показанную зависимость. Изменение диэлектрической проницаемости при повышении температуры характеризуется температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости ТКε_r=^оК^-1. Для неполярных диэлектриков его значения отрицательны. Значения ТКε_r лежат в интервале 10^-3…10^{-6 о}К^-1 и приводятся в справочниках.

Изменение направления смещения диполей в материале диэлектрика связано с изменением направления электрического поля, то есть с частотой поля. При малых частотах питающего напряжения частицы успевают «следить» за изменением поля, смещаясь с его частотой. При упругих видах поляризации, имеющих малое время установления поляризации, ε_rпрактически не зависит от частоты приложенного напряжения до частот порядка 10¹²…10¹⁵Гц (рисунок 37, б).

При неупругих, релаксационных видах поляризации, время установления поляризации относительно велико. Если время релаксации τ больше времени половины периода частоты электрического поля, то электрические моменты смещенных частиц не успевают ориентироваться в электрическом поле, и ε_r уменьшается (рисунок 37,б). С увеличением частоты сначала исчезает миграционная, затем дипольная поляризация, а при очень высоких частотах (гигагерцы) – и ионная.

Замечание: Полярность диэлектрика определяет его пригодность при использовании в различных условиях. Реально нет неполярных диэлектриков. То, что практически считаем неполярными диэлектриками, на самом деле являются слабо полярными, так как в них всегда имеются определенное количество различных примесей, и, следовательно, имеются и другие виды поляризации, и связанные с ними рассеяния энергии.