Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника План урока
    Содержание дисциплины

    Общие свойства и классификация диэлектриков
    Содержание дисциплины

    Поляризация диэлектриков

    Учебная тема
    Поляризация диэлектриков

    Тема 13. Поляризация диэлектриков

    Принято различать упругую (быструю, не релаксационную) и не упругую (медленную, релаксационную) поляризации. Упругая поляризация завершается мгновенно за время t, намного меньшее полупериода приложенного напряжения. Поэтому процесс быстрой поляризации создает в диэлектрике только реактивный ток. К таким быстрым поляризациям относятся электронная (завершающаяся за время 10–16...10–13 с) и ионная упругая (завершающаяся за время 10–14...10–13с).

    Электронная поляризация. В электрическом поле в атомах, ионах или моле кулах деформируются электронные оболочки. Смещение электронов происходит на малые расстояния (10–13 м) в пределах своих атомов и молекул. Такая поляризация происходит у всех атомов и молекул независимо от их агрегатного состояния и существования в них других видов поляризации.

    Диэлектрики, у которых имеет место только электронная поляризация, называются неполярными диэлектриками. В молекулах неполярных диэлектриков центры положительного и отрицательного зарядов совпадают, поэтому такие молекулы неполярны. Неполярными диэлектриками являются: газы – гелий, водород, азот, метан ; жидкости – бензол, четыреххлористый углерод; твердые –

    алмаз, полиэтилен, фторопласт 4, парафин.

    Ионная поляризация не зависит от частоты приложенного напряжения до 1012...1013 Гц. Диэлектрическая проницаемость ионных кристаллов с ростом температуры увеличивается, так как тепловое расширение приводит к ослаблению сил связи между ионами и поэтому к увеличению их смещения в электрическом поле.

    К неупругим относится дипольная поляризация, которая наблюдается в полярных газообразных и жидких диэлектриках. Полярные диэлектрики пост роены из полярных молекул, в которых центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Полярная молекула имеет собственный электрический момент (дипольный момент). Из полярных молекул состоят газообразные аммиак NH3,пары воды и спиртов. Полярными жидкостями являются вода, хлорбензол C6H5Cl, нитробензол C6H5NO2. В электрическом поле в таких молекулах смещаются электронные оболочки атомов – происходит электронная и дипольная поляризации (дипольные моменты молекул ориентируются по полю). В твердых полярных диэлектриках процесс дипольной поляризации состоит в деформации участков – звеньев, сегментов молекул или ориентация отдельных полярных групп молекул.

    Ионно-релаксационная поляризация. Используемые в технике твердые диэлектрики могут иметь неплотную упаковку объема частицами, дефекты кристаллической решетки – вакансии. Перемещение ионов в электрическом поле становится направленным. В результате возникает различие в расположении центров положительного и отрицательного зарядов, т. е. появляется электрический момент. Такой процесс называется ионно - релаксационной поляризацией. С ростом температуры увеличивается поляризованность и диэлектрическая проницаемость.

    Миграционная поляризация. Электроизоляционные материалы могут быть неоднородными с отличающимися значениями удельной электрической проводимости и диэлектрической проницаемости. Образуются дополнительные заряды на границах блоков, зерен. Могут иметь место такие слабо связанные ионы, которые направляются к электродам и там локализуются, в результате около электродов образуется объемный заряд, обусловливающий электрический момент. Такую поляризацию называют объемно-зарядовой или высоковольтной поляризацией. Процессы миграционной поляризации завершаются за 10–3...1 с.

    Спонтанная (самопроизвольная) поляризация. Доменная поляризация. Характерные для сегнетоэлектриков свойства впервые были обнаружены у сегнетовой соли, поэтому сегнетоэлектриками стали называть вещества, свойства которых подобны свойствам сегнетовой соли.

    В сегнетоэлектриках даже в отсутствии электрического поля наблюдается самопроизвольное смещение частиц ионов в ионных кристаллах или полярных радикалов молекул, которое приводит к несовпадению положительного и отрицательного зарядов в объеме диэлектрика, т. е. поляризации. Такая поляриза ция называется спонтанной (самопроизвольной). В диэлектрике образуются области – домены. В каждом домене частицы, обусловливающие самопроизвольную поляризацию, смещены в одном направлении.

    Поляризованность кристалла с ростом напряженности электрического поля увели чивается благодаря ориентации Рs доменов и достигает поляризованности насыщения. С уменьшением напряженности при E = 0 наблюдается остаточная по

    ляризованность, так как сохраняется ориентация доменов. Уменьшить поляри зованность до нуля можно, приложив к образцу электрическое поле напряжен ностью Ес, которое называется коэрцитивной силой.

    Для сегнетоэлектриков характерны большая (до нескольких тысяч) диэлект рическая проницаемость и ее резкая зависимость от температуры. Увеличение температуры приводит к ослаблению сил, препятствующих ориентации доменов. Поляризованность диэлектрика, вызванная доменной поляризацией, увеличивается, а диэлектрическая проницаемость достигает максимального значения при температуре точки Кюри. Спонтанная поляризованность при температуре Кюри исчезает, сегнетоэлектрик теряет свои сегнетоэлектрические свойства и переходит в параэлектрическое состояние, при котором сохраняется нелинейная зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля.

    - Содержание дисциплины

    Общие свойства и классификация диэлектриков

    Закрепление материала
    Тестирование материала
    Содержание дисциплины

    Удельные диэлектрические потери и угол диэлектрических потерь