Поляризация представляет собой обратимое смещение заряженных частиц, входящих в состав диэлектрика, под воздействием электрического поля. Под влиянием электрического поля заряды смещаются по направлению поля и смещение тем больше, чем больше E.
При снятии электрического поля заряды возвращаются в исходное состояние.
В полярных диэлектриках, содержащих дипольные молекулы, воздействие электрического поля вызывает поворот диполей в направлении поля.
Каждый диэлектрик с нанесёнными на него электродами и включённым в электрическую цепь можно рассматривать как конденсатор определённой ёмкости.
Одной из важнейших характеристик диэлектриков является его относительная диэлектрическая проницаемость . Эта величина представляет собой отношение заряда Q, полученного при некотором напряжении U на конденсаторе, содержащем данный диэлектрик, к заряду , который можно было бы получить в конденсаторе тех же размеров и при том же U, если между электродами находится вакуум.
заряд обусловленный поляризацией диэлектрика.
ёмкость которую имел бы конденсатор, если между пластинами находился бы вакуум
Различают два вида поляризации:
3. Поляризация, не вызывающая диэлектрических потерь – происходит мгновенно без поглощения энергии, т.е. без выделения теплоты.
4. Поляризация, совершаемая не мгновенно, а нарастающая и убывающая постепенно. Данный вид поляризация сопровождается большим выделением энергии – релаксационная поляризация.
К первому виду относится электронная и ионная поляризация. Электронная поляризация представляет собой смещение электрических орбит относительно атомных ядер.
| + |
| + |
| E=0 |
Центры отрицательных и положительных зарядов не совпадают. Время поляризации приблизительно равно t=10-15 с.
Электронная поляризация наблюдается у всех видов диэлектриков и зависит от плотности диэлектриков. Смещение электронов при электронной поляризации носит упругий характер и при исчезновении поля электроны возвращаются в исходное состояние, причём нет необратимого поглощения энергии.
Ионная поляризация характерна для твёрдых диэлектриков ионного строения и представляет собой смещение относительно друг друга ионов, входящих в молекулу. Время установления поляризации t=10-13 с. Нет необратимого поглощения энергии.
Рассмотрим второй поляризации:
Дипольно - релаксационная поляризация представляет собой поворот полярных молекул в направлении поля.
Поворот диполя в направлении поля требует преодоления некоторого сопротивления, поэтому дипольная поляризация связана с потерей энергии. t= 10-8 - 10-2 с.
Электронно – релаксационная поляризация возникает вследствие возбуждения тепловой энергией избыточных электронов или дырок.
Ионно – релаксационная поляризация - смещение связанных ионов под действием поля и наблюдается в некоторых твёрдых диэлектриках.
Миграционная поляризация - проявляется в твердых телах неоднородной структуры при наличии примесей. Причиной являются проводящие или полупроводящие примеси в диэлектриках и наличие слоёв с различной проводимостью.
При внесении неоднородных материалов в электрическое поле, электроны и ионы примесей перемещаются в пределах каждого включения и образуют большие поляризованные области.
Дипольная поляризация (спонтанная, самопроизвольная) присуща сегнетоэлектрикам.
Сегнетоэлектрическими свойствами обладают некоторые органические кристаллы. В них имеются домены, которые обладают электромагнитным моментом при отсутствии поля.
Поляризация зависит от E электрического поля.
Такая поляризация характеризуется большим поглощением теплоты.
Диэлектрическая проницаемость газообразных диэлектриков (
Газообразные диэлектрики имеют большую плотность, поэтому их диэлектрическая проницаемость близка к 1.
Поляризация в газообразных диэлектриках может быть электронной и дипольной.
Для полярных газов основную роль играет электронная поляризация. Диэлектрическая проницаемость газов ( зависит от давления и температуры.
| P | |
| 0,1МПа | 1,00058 |
| 0,2 МПа | 1,0108 |
| t | |
| -60 °C | 1,00052 |
| 20 °C | 1,00058 |
| 60 °C | 1,00081 |