Диэлектрики. Определения. Поляризация

Диэлектрики
определения
Связанные заряды – разноименные заряды, входящие в состав атомов (или молекул), которые не могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга.
Свободные заряды – заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля.

Идеальный диэлектрик состоит только из связанных зарядов.
Реальный диэлектрик из-за дефектов строения и ионогенных примесей кроме связанных зарядов содержит некоторое количество свободных зарядов.
Поляризация – перемещение связанных зарядов под действием электрического поля.
Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение свободных зарядов.

Поляризация полярных диэлектриков

Поляризация неполярных диэлектриков

Поляризация
Поляризация – это такое явление, когда под действием внешнего электрического поля происходит ограниченное смещение связанных заряженных частиц и некоторое упорядоченное расположение диполей, совершающих хаотическое тепловое движение, в результате чего в диэлектрике образуется результирующий электрический дипольный момент.

Проявления поляризации диэлектриков
Возникновение связанных нескомпенсированных зарядов на гранях диэлектрика;
Возникновение собственного электрического поля в диэлектрике, направленного противоположно внешнему полю;
Ослабление внешнего электрического поля;
Изменение линейных размеров диэлектрика (электрострикция)
Нагрев диэлектрика.

Поляризованость диэлектрика
Поляризованость - векторная величина, которая характеризует степень поляризации диэлектрика
Р – вектор поляризации (поляризованность) [Кл/м2];
Pi- индуцированный дипольный момент [Кл•м];
ΔV – объем диэлектрика [м3];
N - число молекул в объеме.

Диэлектрическая проницаемость
Диэлектрическая проницаемость среды относительная — физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды и показывающая, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в этой среде меньше, чем в вакууме.
Е0 - напряженность внешнего электрического поля в вакууме;
Е - напряженность полного поля в однородном диэлектрик;
E’ – поле, созданное нескомпенсированными зарядами на гранях диэлектрика.

Виды поляризации
Упругая поляризация
Электронная
Ионная
Дипольная (ориентационная)
Неупругая поляризация
Электронно-релаксационная
Ионно-релаксационная
Дипольно-релаксационная
Спонтанная (самопроизвольная)
Резонансная
Миграционная
Структурная

Электронная поляризация
Электронная поляризация - смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля.
Характерна для всех диэлектриков и несвязанна с потерями энергии.
Время поляризации: ~10-15

Ионная поляризация
Ионная поляризация — смещение узлов кристаллической решетки под действием внешнего электрического поля на величину меньшую чем величина постоянной решетки.
Время поляризации: ~10-13 с.

Дипольная поляризация
Дипольная поляризация наблюдается в дипольных молекулах, закрепленных одним концом и которые ограниченно вращаются на небольшой угол.

Электронно-релаксационная
поляризация
Электронно-релаксационная поляризация — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле.

Ионно-релаксационная
поляризация
Ионно-релаксационная поляризация — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие

Дипольно-релаксационная
поляризация
Дипольно-релаксационная - проявляется в появлении некоторой упорядоченности в расположении полярных молекул, совершающих хаотические тепловые движения под действием электрического поля.

Спонтанная (самопроизвольная)
поляризация
Спонтанная (самопроизвольная) поляризация обусловлена наличием в веществе доменов, которые обладают электрическим моментом в отсутствие электрического поля, но которые имеют разную ориентацию.

Резонансная поляризация
Резонансная поляризация — ориентация частиц, собственные частоты которых совпадают с частотами внешнего электрического поля.

Миграционная поляризация
Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованию объемных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения