Явление переноса. Понятие о физической книтеки. Время релаксации

ВИДЫ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей под воздействием внешнего электрического поля. Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика.
Поляризация диэлектрика — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического момента у любого элемента его объема.
Различают поляризацию, наведенную в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, которая возникает в сегнетоэлектриках в отсутствие внешнего поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика появляется под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры.
Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на поверхности диэлектрика связанных электрических зарядов с поверхностной плотностью σ. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле с напряженностью Е₁, направленное против внешнего поля с напряженностью Е₀. Результирующая напряженность поля Е внутри диэлектрика Е=Е₀-Е₁.

Типы поляризации

В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы:

• 
  Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10⁻¹⁵ с). Не связана с потерями.
  
• 
  Ионная — смещение узлов кристаллической структуры под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Время протекания 10⁻¹³ с, без потерь.
  
• 
  Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле.
  
• 
  Электронно-релаксационная — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле.
  
• 
  Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие.
  
• 
  Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопических включений в диэлектрике. Самый медленный тип.
  
• 
  Самопроизвольная (спонтанная) — благодаря наличию этого типа поляризации в диэлектрике проявляются нелинейность свойств, то есть явление гистерезиса. Отличается очень высокими значениями диэлектрической проницаемости (от 900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной керамики). Введение спонтанной поляризации, как правило, увеличивает тангенс угла потерь материала (до 10⁻²)
  
• 
  Резонансная — ориентация частиц, собственные частоты которых совпадают с частотами внешнего электрического поля.
  
• 
  Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованию объемных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения, имеет большие потери и является поляризацией замедленного действия.
  

Поляризация диэлектриков имеет максимальное значение в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты. В связи с этим вводится понятие дисперсии диэлектрической проницаемости.
Поляризация диэлектриков имеет максимальное значение в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты. В связи с этим вводится понятие дисперсии диэлектрической проницаемости.
Термин «диэлектрик» образован от греческого diá – через и английского electric – электрический и был введен в употребление М. Фарадеем для обозначения сред, через которые проникает электрическое поле. Диэлектрики состоят из молекул. Заряды в диэлектрике не могут свободно перемещаться создавая ток. Тем не менее молекулы обладают электрическими свойствами.
Под действием электрического поля заряды в диэлектрике смещаются на расстояния порядка межатомных из положения равновесия – происходит поляризация диэлектрика – молекулы становятся электрическими диполями, ориентированными положительно заряженными концами по полю. Возникшие заряды называются индукционными, или связанными. Помимо них в диэлектрике могут быть свободные (сторонние) заряды - нескомпенсированные макроскопические заряды, появившиеся в результате, например электризации трением
Характеристики диполя: р – дипольный электрический момент l – плечо диполя Для системы зарядов:   e , я i i p q r   i r  - радиус-векторы зарядов Дипольный момент определяет поведение молекулы во внешнем электрическом поле. 5 Неполярные моле
Неполярные молекулы (электронная поляризуемость): в отсутствие электрического поля «центры тяжести» отрицательных и положительных зарядов молекул совпадают (нет собственного дипольного момента): Н2 , О2… p E     0  - поляризуемость молекулы Возникший в электрическом поле индуцированный дипольный момент пропорционален напряженности электрического поля: 6 Полярные молекулы (ориентационная поляризуемость): в отсутствие электрического поля «центры тяжести» отрицательных и положительных зарядов молекул не совпадают (наличие собственного дипольного момента у молекул): HCl, CО… В отсутствие электрического поля диполи совершают хаотическое тепловое движение, их ориентация беспорядочна. При внесении в поле происходит ориентация диполей по полю, сам дипольный момент не изменяется (жесткий диполь). 7 Ионные диэлектрические кристаллы (ионная поляризуемость): 2 решетки из ионов противоположных знаков. При внесении в электрическое поле происходит сдвиг решеток. – NaCl.
В отсутствие внешнего электрического поля суммарный дипольный момент диэлектрика равен нулю. При внесении в поле происходит поляризация диэлектрика – дипольный момент становится отличным от нуля. Поляризация диэлектриков     V p V P   1 0 P E   Для изотропных диэлектриков: - вектор поляризации (поляризованность). κ – диэлектрическая восприимчивость
Связанные (индукционные) заряды • входят в состав молекул диэлектрика • не могут покинуть пределы молекулы, в состав которой они входят, под действием электрического поля. заряды, находящиеся в пределах диэлектрика, но не входящие в состав его молекул; расположенные за пределами диэлектрика. Сторонние (свободные) заряды