АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Читайте также:
  1. A) это основные или ведущие начала процесса формирования развития и функционирования права
  2. I. Основные профессиональные способности людей (Уровень 4)
  3. I. Основные теоретические положения для проведения практического занятия
  4. I. Основные теоретические положения для проведения практического занятия
  5. I. Основные характеристики и проблемы философской методологии.
  6. II. Основные задачи и функции Отдела по делам молодежи
  7. II. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ СЛУЖБЫ ОХРАНЫ ТРУДА
  8. II. Основные принципы
  9. II. Основные принципы и правила поведения студентов ВСФ РАП.
  10. II. Основные цели, задачи мероприятий
  11. III ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТА КОНСТИТУЦИИ
  12. III. Основные направления уголовно-правовой политики

Переходя к рассмотрению явления поляризации, следует ска­зать о двух основных видах поляризации диэлектриков:

поляризация под воздействием электрического поля практически мгновенная, вполне упругая, без рассеяния энергии, т. е. без вы­деления теплоты;

поляризация, совершаемая не мгновенно, а нарастающая и убы­вающая замедленно и сопровождаемая рассеянием энергии в диэлек­трике, т. е. его нагреванием. Такой вид поляризации называют релаксационной поляризацией.

К первому виду поляризации относятся электронная и ионная, остальные механизмы принадлежат к релаксационной поляризации. Особым механизмом поляризации является резонансная, наблю­даемая в диэлектриках при весьма высоких частотах.

Емкость конденсатора с диэлектриком и накопленный в нем электрический заряд обусловливаются суммарным воздействием различных механизмов поляризации. Разные виды поляризации могут наблюдаться у разных диэлектриков, а также могут быть одновременно у одного и того же материала.

Эквивалентная схема диэлектрика, в котором существуют раз­личные механизмы поляризации, содержит емкости, включенные параллельно источнику напряжения U (рис. 1-1, б). Емкость Со и заряд Qo соответствуют собственному полю электродов, если между ними нет диэлектрика (вакуум). Величины Сэ и Q3 соответствуют электронной поляризации.

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов. Время уста­новления электронной поляризации ничтожно мало (около 10-15 с). Диэлектрическая проницаемость вещества с чисто электронной по­ляризацией численно равна квадрату показателя преломления света п. Смещение и деформация электронных орбит атомов или ионов не зависит от температуры, однако электронная поляризация вещества уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и уменьшением числа частиц в единице объема. Изменение диэлектрической проницаемости диэлектрика с электронной поляризацией при изменении температуры обусловли­вается лишь изменением его плотности (подробнее см. далее стр. 23). Электронная поляризация наблюдается у всех видов ди­электриков и не связана с потерей энергии.

Ионная поляризация характерна для твер­дых тел с ионным строением и обусловливается смещением упруго-связанных ионов. С повышением температуры она усиливается в ре­зультате ослабления упругих сил, действующих между ионами, из-за увеличения расстояния между ними при тепловом расширении.

Время установления ионной поляризации около 10"13 с.

Дипольно-релаксационная поляризация (Сд.р, фд-р, гд.р) для краткости называется дипольной, отличается от электронной и ион­ной тем, что она связана с тепловым движением частиц. Дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении, частично ориентируются под действием поля, что и является причи­ной поляризации.

Дипольная поляризация возможна, если молекулярные силы не препятствуют диполям ориентироваться вдоль поля. С увеличением температуры молекулярные силы ослабляются, вязкость вещества понижается, что должно усиливать дипольную поляризацию, однако в то же время возрастает энергия теплового движения молекул, что уменьшает ориентирующее влияние поля. Поэтому с увеличением температуры дипольная поляризация сначала возрастает (пока ослабление молекулярных сил сказывается сильнее, чем возрастание хаотического теплового движения), а затем, когда хаотическое движение становится интенсивнее, дипольная поляризация с ростом температуры начинает падать.

Поворот диполей в направлении поля в вязкой среде требует преодоления некоторого сопротивления, а потому дипольная поля­ризация связана с потерями энергии. На эквивалентной схеме ди­электрика (рис. 1-1, б) это отражено последовательно включенным с емкостью активным сопротивлением гд.р. В вязких жидкостях сопротивление поворотам молекул настолько велико, что в быстро-переменных полях диполи не успевают ориентироваться в направле­нии поля, и дипольная поляризация при повышенных частотах при­ложенного напряжения может полностью исчезать.

Промежуток времени, в течение которого упорядоченность ориен­тированных полем диполей после его снятия уменьшится вследствие теплового движения в 2,7 раза по сравнению с первоначальным зна­чением, называют временем релаксации.

Дипольная поляризация свойственна полярным газам и жид­костям. Этот вид поляризации может наблюдаться также и в твер­дых полярных органических веществах, но в этом случае поля­ризация обычно обусловлена уже не поворотом самой молекулы, ауповоротом имеющихся в ней радикалов по отношению к моле-к ле. Примером вещества с этим видом поляризации является цел­люлоза, полярность которой объясняется наличием гидроксильной группы ОН.

В кристаллах с молекулярной решеткой и слабыми Ван-дер-Ва-альсовыми связями возможна ориентация и более крупных частиц. Ионно-релаксационная поляризация (Си.р, QHp, ^и-р) наблю­дается в неорганических стеклах и в некоторых ионных кристал­лических неорганических веществах с неплотной упаковкой ионов (см. рис. В-2, б). В этом случае слабо связанные ионы вещества под воздействием внешнего электрического поля среди хаотического теплового движения смещаются в направлении поля.

После снятия электрического поля ионно-релаксационная по­ляризация постепенно ослабевает по экспоненциальному закону, а с повышением температуры — заметно усиливается.

Электронно-релаксационная поляризация (Сэ-Р, Q3-p» ^-P) от­личается от электронной и ионной и возникает вследствие возбуж­дения тепловой энергией избыточных (дефектных) электронов или дырок.

Электронно-релаксационная поляризация характерна для ди­электриков с высоким показателем преломления, большим внутрен­ним полем и электронной электропроводностью; например, диоксид титана, загрязненный примесями Nb+5, Са+2, Ва+2; диоксид титана с анионными вакансиями и примесью ионов Ti+S; некоторые соеди­нения на основе оксидов металлов Переменной валентности — ти­тана, ниобия, висмута.

Следует отметить высокое значение диэлектрической проницае­мости, которое может быть при электронно-релаксационной поля­ризации, а также наличие максимума в температурной зависимости г,.

Диэлектрическая проницаемость титаносодержащеи керамики с элек­тронно-релаксационной поляризацией в соответствии с теоретиче­скими положениями, уменьшается с возрастанием частоты электри­ческого поля.

Миграционная поляризация (См, QM, гм) понимается как допол­нительный механизм поляризации, проявляющийся в твердых те­лах неоднородной структуры при макроскопических неоднородностях и наличии примесей. Эта поляризация проявляется при низких частотах и связана со значительным рассеянием электрической энергии. Причинами такой поляризации являются проводящие и полупроводящие включения в технических диэлектриках, наличие слоев с различной проводимостью и т. д.

При внесении неоднородных материалов в электрическое поле свободные электроны и ионы проводящих и полупроводящих вклю­чений перемещаются в пределах каждого включения, образуя боль­шие поляризованные области. В слоистых материалах на границах раздела слоев и в приэлектродных слоях может быть накопление зарядов медленно движущихся ионов.

Все емкости эквивалентной схемы на рис. 1-1,6 шунтированы сопротивлением Rm, представляющим собой сопротивление изоля­ции сквозному току через диэлектрик.

В веществах с самопроизвольной поляризацией имеются от­дельные области (домены), обладающие электрическим моментом в отсутствие внешнего поля. Однако при этом ориентация электри­ческих моментов в разных доменах различна. Наложение внешнего поля способствует преимущественной ориентации электрических моментов доменов в направлении поля, что дает эффект очень силь­ной поляризации. В отличие от других видов поляризации при не­котором значении напряженности внешнего поля наступает насы­щение, и дальнейшее усиление поля уже не вызывает возрастания интенсивности поляризации. Поэтому диэлектрическая проницае­мость при спонтанной поляризации зависит от напряженности элек­трического поля. В температурной зависимости ег наблюдается один или несколько максимумов. В переменных электрических полях материалы с самопроизвольной поляризацией характеризуются зна­чительным рассеянием энергии, т. е. выделением теплоты.

Вопрос 4


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)