3 Види поляризації 5
3.1 Електронна поляризація 5
3.2 Іонна поляризація 6
3.3 Пружно-дипольна поляризація 7
3.4 Іонно-релаксаційна поляризація 8
3.5 Дипольна-релаксаційна поляризація 9
3.6 Міграційна (межслоевой) поляризація 11
3.7 Електронно-релаксаційна поляризація 11
3.8 Поляризація ядерного зсуву 12
3.9 Залишкова (електретні) поляризація 12
3.10 Спонтанна (сегнетоелектрична) поляризація 13
3.11 П'єзоелектрична поляризація 14
4 Класифікації діелектриків 15
5 Види поляризації по швидкості протікання процесу 17
Список використаної літератури 20
Суть явища поляризації полягає в тому, що під впливом зовнішнього електричного поля пов'язані заряди діелектрика зміщуються в напрямку діючих на них сил і тим більше, чим вище напруженість поля.
Своє застосування в електротехнічних приладах діелектрики знайшли за рахунок здатності поляризуватися [1].
Діелектриком називають "речовина, основним електричним властивістю якого є здатність поляризуватися в електричному полі" і в якому можливе існування електростатичного поля, так як електричні заряди його атомів, молекул або іонів пов'язані
Використовувані ж на практиці діелектрики містять і вільні заряди, які, переміщаючись в електричному полі, обумовлюють електропровідність на постійному струмі [2].
поняття поляризації
Поляризація - це обмежене зміщення зв'язаних зарядів або орієнтація дипольних молекул, що виникає в будь-якому діелектрику при впливі електричного поля. [3]
Виділяють два визначення поляризації:
Властивість світлових і електромагнітних коливань розміщуватися в одній певній площині. Площина поляризації падаючого променя.
Відкладення на електродах різних речовин, що послаблюють силу струму. Поляризація електродів.
Залежно від механізму або порядку зміщення електричних зарядів розрізняють наступні види поляризації:
Спонтанна (сегнетоелектрична) поляризація;
П'єзоелектрична поляризація [4].
механізми поляризації
Значення ємності конденсатора з діелектриком і накопичений в ньому електричний заряд обумовлені кількома механізмами поляризації, які різні в різних діелектриків і можуть мати місце одночасно у одного і того ж матеріалу.
На малюнку 1 представлена еквівалентна схема діелектрика, в якому існують різні механізми поляризації, можна представити у вигляді ряду підключених паралельно до джерела напруги конденсаторів.
Залежно від характеру хімічного зв'язку розрізняють наступні 3 основні механізми поляризації діелектриків: електронну, іонну і дипольні (орієнтаційну).
Електронна поляризація притаманна всім діелектриків і превалює в кристалах з ковалентним зв'язком. Під дією зовнішнього електричного поля P відбувається зміщення електронів атома щодо його ядра (деформація його електронної оболонки) і виникають індуковані диполі. Діелектричні властивості індукованих диполів відносяться до числа резонансних явищ.
Електронний механізм поляризації є найменш інерційним, тому що маса електрона значно менше маси частинок, що беруть участь в процесі поляризації. Час встановлення електронної поляризації складає ≈ 10-15 с, що можна порівняти з періодом світлових коливань [4].
види поляризації
3.1 Електронна поляризація
Електронна поляризація - це зміщення електронних орбіт щодо позитивно зарядженого ядра. Вона відбувається у всіх атомах будь-якого речовини і, отже, у всіх діелектриках, незалежно від наявності в них інших видів поляризації. Час відновлення становить 10 -13 сек.
Електронна поляризація спостерігається у всіх видів діелектриків і не пов'язана з втратами енергії до резонансних частот. Значення діелектричної проникності речовини з чисто електронної поляризацією чисельно дорівнює квадрату показника заломлення світла. Поляризуемость частинок при електронній поляризації не залежить від температури, а діелектрична проникність зменшується з підвищенням температури в зв'язку з тепловим розширенням діелектрика і зменшенням числа частинок в одиниці об'єму. Крива залежності від температури подібна кривої зміни щільності; причому найбільш різкі зниження спостерігаються при переходах речовини з твердого стану в рідке і з рідкого в газоподібний, як показано на малюнку 2.
Малюнок 2 - Перехід речовини з твердого стану в рідке і з рідкого в газоподібний
а) під напругою; б) без напруги;
Малюнок 3 - Поляризація атомів
На малюнку 3 показано графічне зображення поляризації атомів.
Як ми бачимо орбіти електронів витягуються під дією напруги [4].
3.2 Іонна поляризація
Іонна поляризація - спостерігається в речовинах з іонної хімічним зв'язком і проявляється в зміщенні одна відносно іншої разноименно заряджених іонів. Як вказувалося, час електронної поляризації досить мало - на 2 - 3 порядки більше електронної поляризації.
У діелектриках з іонним типом хімічного зв'язку під дією електричного поля відбувається зміщення позитивних іонів щодо негативних. Час встановлення іонної поляризації складає зазвичай 10 -14 - 10 -15 с. Це означає, що дана поляризація повністю встигає встановлюватися в змінних полях, включаючи надвисокочастотні (10 10 - 10 11 Гц). У той же час в інфрачервоній області спектра спостерігається запізнювання у встановленні іонної поляризації.
Діелектрична проникність збільшується зі зростанням температури для неорганічних стекол різного складу, для керамічного матеріалу - електротехнічного фарфору, що містить велику кількість склоподібної фази [5].
Малюнок 4 - Іонна поляризація молекули
На малюнку 4 представлена схема іонної поляризації молекули.
3.3 Пружно-дипольна поляризація
У багатьох діелектриках є молекули, які володіють власним електричним моментом. При зміні напрямку орієнтації диполів в зовнішньому електричному полі виникають пружні повертають сили.
У газах і рідинах полярні молекули разоріентіровать за рахунок теплового руху, так що результуюча поляризація дорівнює нулю. Під дією зовнішнього поля встановлюється деяка переважна орієнтація диполів в напрямку поля.
У зовнішньому електричному полі має місце пружне відхилення дипольних моментів від рівноважної орієнтації, як це показано на малюнку 5.
Малюнок 5 - Упругий поворот диполя у зовнішньому полі
Коли диполі пов'язані досить жорстко, при накладенні зовнішнього електричного поля відбуваються пружні зміни в їхньому напрямку.
Поляризуемость залежить від електричного моменту кожної молекули, енергії міжмолекулярних зв'язків і напрямку електричного поля. Коли внутрішнє і зовнішнє поля паралельні, поляризованість дорівнює нулю. Тому внесок пружною дипольної поляризації може обумовлювати анизотропию діелектричної проникності [5,6].
3.4 Іонно-релаксаційна поляризація
Спостерігається в неорганічних стеклах і в деяких іонних речовинах з нещільної упаковкою іонів. У цих випадках слабо пов'язані іони речовини під впливом зовнішнього електричного поля отримують надлишкові перекидання в напрямку поля, як показано на малюнку 6.
З підвищенням температури поляризація значно збільшується.
Малюнок 6 - Залежність потенційної енергії іона від відстані при зовнішньому електричному полі
Під час відсутності зовнішнього електричного поля всі напрямки перекидань іонів через потенційний бар'єр різновірогідні. Тому розподіл іонів рівномірно.
Малюнок 7 - Залежність потенційної енергії іона від відстані при наявності зовнішнього поля
З малюнка 7 випливає, що ймовірність перескоку іона з положення 1 в положення 2 збільшується, а ймовірність зворотних перескоків зменшується. Це відбувається тому, що за рахунок накладення поля потенційний бар'єр в першому випадку зменшується на ΔU, а в другому - збільшується на ΔU [4,6].