Поляризація діелектричних матеріалів та їх діелектрична проникність
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
?, що і стає причиною поляризації.
Поворот диполів в напрямку поля у вязкому середовищі потребує подолання деякого опору, а тому виникають втрати енергії. На еквівалентній схемі це відображено активним опором .
Проміжок часу, за який відновлюється орієнтація диполів за рахунок теплового руху в 2,7 рази відносно початкового стану, називають “часом релаксації”.
Дипольна поляризація притаманна полярним газам і рідинам, а також деяким твердим матеріалам. Прикладом є целюлоза.
5. відповідає іонно-релаксаційній поляризації. Слабо звязані іони речовини під впливом зовнішнього електричного поля зміщуються в напрямку поля. Після зняття дії електричного поля дія іонно-релаксаційної поляризації поступово зменшується за експоненціальним законом. Відбувається в неорганічному склі та в деяких іонних кристалічних неорганічних речовинах.
6. відповідає електронно-релаксаційній поляризації. Виникає внаслідок збудження тепловою енергією надлишкових (дефектних) електронів або дірок. Характерна для діелектриків з великим внутрішнім полем та електронною електропровідністю. Прикладом є діоксид титана забруднений домішками Са (кальцію) та Ва (барію).
7. відповідає міграційній поляризації. Це додатковий механізм поляризації. Виникає в твердих матеріалах з неоднорідною структурою при макроскопічних неоднорідностях та наявності домішок.
8. Rіз відповідає опору ізоляції скрізному струму через діелектрик.
Висновок
В одному й тому ж матеріалі діелектрика при різних умовах (температура, частота) може виникати різна поляризація, що необхідно враховувати при виборі діелектрика для конкретних умов застосування.
Класифікація діелектриків за видом поляризації
За видом поляризації всі діелектрики поділяються на чотири групи:
- Діелектрики в яких спостерігається, електронна поляризація це неполярні, або слабо полярні гази, рідини, або тверді матеріали (парафін, сірка, полістирол, бензол, водень).
- Діелектрики в яких спостерігається, як електронна так і дипольно-релаксаційна поляризація. До них відносяться полярні (дипольні) органічні напіврідинні та тверді матеріали (епоксидні смоли, целюлоза, масляно-каніфольні компаунди).
- Тверді неорганічні діелектрики з електронною, іонною та іонно-електронно-релаксаційною поляризацією. До цієї групи відносять кристалічні матеріали кварц, слюда, камяна сіль, а також матеріали з скловидною фазою неорганічне скло, фарфор.
- Сегнетоелектрики, які мають спонтанну електронну, іонну або іонно-електронно-релаксаційну поляризацію (сегнетова сіль, титан барію).
Діелектрична проникність різних типів матеріалів
Діелектрична проникність газу
Газоподібні речовини мають малу щільність тому, що відстань між молекулами велика, а тому діелектрична проникність всіх газів мала і близька до одиниці.
Поляризація газу може бути електронною або дипольною, якщо молекули газу полярні. Але, навіть для полярних газів основною є електронна поляризація.
Показник заломлення та діелектрична проникність деяких газів
ГАЗРадіус
Молекули (нм)Показник заломлення nДіелектрична проникність n2Гелій (Не)0,1121,0000351,0000721,000070Водень (Н)0,1351,000141,000271,00028Кисень (О)0,1821,000271,000551,00054Аргон (Ar)0,1831,0002751,000561,00055Азот (N)0,1911,000301,000601,00060Вуглекислий газ0,2301,000501,000961,00100
З таблиці видно, що діелектрична проникність газу тим вище, чим більше радіус молекули.
Показник заломлення це є відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення.
показник заломлення світла при переході з першого середовища в друге
Зміна кількості молекул в одиниці обєму газу n0 при зміні температури та тиску приводить до зміни діелектричної проникності газу. Число молекул в одиниці обєму прямо пропорційно тиску та зворотно-пропорційно абсолютній температурі.
Висновок: чим більше Т, тим менше ; чим більше р, тим більше , оскільки число молекул в одиниці обєму газу no no=p/(kT).
Діелектрична проникність рідинних діелектриків
Рідинні діелектрики можуть бути побудовані з неполярних молекул або з полярних (дипольних). Значення діелектричної проникності неполярної рідини невелика та близька до значення квадрату показника заломлення світла.
2
Залежність діелектричної проникності неполярної рідини від температури повязана з зменшенням кількості молекул в одиниці обєму (теплове розширення діелектрика).
Значення діелектричної проникності неполярної рідини не перевищує 2,5.
Поляризації рідини з дипольними молекулами
Визначається одночасно електронною та дипольною поляризаціями.
Температурна залежність діелектричної проникності полярної рідини більш складна, ніж неполярної та має вигляд:
1) для F1 = 50 Гц
2) для F2 = 400 Гц
3) для F3 = 1000 Гц
Вигляд залежності пояснюється тим, що при збільшенні температури молекулярні сили послаблюються, вязкість речовини знижується, що повинно підсилювати дипольну поляризацію, однак в той же час збільшується енергія теплового руху молекул, що зменшує енергію орієнтуючої дії поля. Тому з ростом температури дипольна поляризація на початку зростає, а потім, коли хаотичний рух стає інтенсивніше, дипольна поляризація починає падати. Значення для різних температур частіше всього знаходять методом графічн?/p>