Поляризація діелектричних матеріалів та їх діелектрична проникність
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
? поляризації при прикладенні до нього електричної напруги. Поляризація це обмежене зміщення звязаних зарядів або орієнтація дипольних молекул в діелектрику при впливі на нього зовнішнього електричного поля. Позитивні заряди зміщуються або орієнтуються в напрямку вектора напруженості поля Е, а негативні в зворотному напрямку. В результаті цього кожний елементарний обєм діелектрика отримує індукований (наведений) електричний момент. Утворення індукованого електричного моменту p в діелектрику і являє собою явище поляризації. Кількісно інтенсивність поляризації діелектрика визначається поляризованою P, що дорівнює відношенню індукованого електричного моменту обєму діелектрика до цього обєму, коли останній прямує до нуля.
P = dp/dV
Поляризована векторна величина: її напрямок співпадає з електричним моментом від негативного заряду до позитивного. Одиниця вимірювання модуля поляризованої [Кл/м2].
Поляризація характеризується значенням діелектричної проникності та кутом діелектричних втрат, якщо при поляризації виникає струм через товщу діелектрика, або по його поверхні.
Наявність струму пояснюється наявністю незначної кількості вільних зарядів в діелектрику та кількісно характеризується питомою обємною електричною провідністю та питомою поверхневою електричною провідністю діелектрика.
Будь-який діелектрик можна використовувати тільки при певній напрузі. При перевищенні цієї напруги настає пробій повна втрата діелектричних якостей діелектриків. Значення напруги, при якій виникає пробій діелектрика, називають пробивною напругою. Під впливом електричного поля звязані електричні заряди діелектрика зміщуються. При зникненні електричного поля вони повертаються в попередній стан. Якщо діелектрик помістити між двома електродами то утвориться конденсатор, заряд якого описується виразом :
,
де С ємність конденсатора;
U прикладена напруга
Заряд конденсатора можна описати виразом :
Q0 заряд, який був би на електродах (обкладинках) при наявності вакууму між ними;
QД заряд, обумовлений поляризацією діелектрика, що фактично розділяє електроди.
Відносна діелектрична проникність r , це відношення заряду при наявності діелектрика між обкладинками до заряду при його відсутності (між обкладинками вакуум):
З формули видно, що для будь-якого матеріалу діелектрика відносна діелектрична проникність >1 і тільки для вакууму = 1.
Співвідношення для r можна записати так:
,
,
де С0 величина ємності конденсатора при наявності вакууму між електродами.
Відносна діелектрична проникність r є відношенням ємності конденсатора з діелектриком між обкладинками до ємності конденсатора з вакуумом. Більшість діелектриків характеризуються лінійною залежністю електричного зміщення від напруженості електричного поля, яке створюється в діелектрику.
Особливу групу складають діелектрики, в яких зі зміною напруженості поля зміщення відбувається нелінійно. Такі діелектрики називаються сегнетоелектриками. Вперше це явище було виявлено у сегнетової солі (NaKC4 H4 O6 4H2 O).
Залежність діелектричної проникності від температури характеризується температурним коефіцієнтом діелектричної проникності.
,
при малих приростах
Вказує, як зміниться відносна діелектрична проникність при зміні температури на 1[К].
Залежність діелектричної проникності від тиску характеризується виразом:
при малих приростах р можлива формула:
Висновок: діелектрична проникність дозволяє виконати кількісну оцінку властивостей різних типів діелектричних матеріалів
Основні види поляризації діелектриків
Існує два основних види поляризації:
1. Поляризація під дією електричного поля практично миттєва, пружна, без розсіювання енергії та без виділення тепла. До цього виду поляризації відносяться електронна та іонна поляризації.
2. Поляризація, яка здійснюється не миттєво, а з повільним нарощуванням та спадом, що супроводжується розсіюванням енергії в діелектрику, а відповідно з його нагрівом. Такий вид поляризації називається релаксаційною поляризацією.
Особливим механізмом володіє резонансна поляризація, яка виникає в діелектриках на високих частотах.
Різні види поляризації зручно розглядати на еквівалентній схемі.
Рис.1
Ємність конденсатору з діелектриком та накопичений в ньому електричний заряд обумовлюється сумарною дією різних видів поляризації.
- Q0 , C0 відповідає власному полю електродів, якщо між ними вакуум.
- Qе, Cе відповідає електронній поляризації.
Електронна поляризація це пружне зміщення та деформація електронних оболонок атомів та іонів. Час встановлення дуже малий і складає ? 10 15 [с]. Електронна поляризація спостерігається у всіх діелектриках і не повязана з втратами енергії.
3. Qi , Ci відповідає іонній поляризації. Характерна для твердих матеріалів з іонною будовою та обумовлена зміщенням пружно звязаних іонів. Час встановлення ? 10 13 [с].
4. відповідає дипольно-релаксаційній поляризації. Скорочено називають дипольною. Дипольні матеріали, які заходяться в хаотичному тепловому русі, орієнтуються під дією пол?/p>