Диэлектрики — Механизм поляризации

Если диэлектрик помещен в постоянное электрическое поле, то все виды поляризации, присущие данному веществу, успевают установиться. В этом случае вклад в е вносят как быстрые, так и медленные механизмы поляризации. В переменном электрическом поле с увеличением частоты v начинают запаздывать сначала наиболее медленные, а затем другие виды поляризации. Это приводит к изменению диэлектрической проницаемости (к дисперсии е). [c.294]

В диэлектриках с чисто электронной поляризацией (полиэтилен, полистирол, фторопласт и др.) диэлектрические потери очень малы tg6— (10- - 10 ). В этом случае tgS не зависит от температуры и частоты вплоть до 10 Гц. В диэлектриках с релаксационной поляризацией tg6 существенно изменяется с изменением Т и со. На основе анализа выражений для активного и реактивного токов, связанных с различными видами поляризации, можно получить информацию о вкладе того или иного механизма поляризации в диэлектрические потери. [c.303]

Эта формула пригодна для газообразных, но в ряде случаев с большим или меньшим приближением может быть применена также для жидких и твердых диэлектриков.) Таким образом, по физическому смыслу диэлектрическая проницаемость — количественная мера интенсивности процесса поляризации диэлектриков. Концентрация N поляризующихся частиц невелика в газах и намного выше в жидких и твердых диэлектриках. Поляризуемость частицы а зависит от механизма поляризации, определяемого природой диэлектрика. [c.544]

Упругая связь зарядов в атомах и молекулах диэлектрика обусловливает механизм электрического смещения и поляризации его под воздействием электрического поля. Диэлектриками являются все металлоиды, у которых ширина запрещенной зоны более 3 5й., [c.5]

Рис. 1-1. Диэлектрик сложного состава с различными механизмами поляризации в электрическом поле (а) и его эквивалентная схема (б)

Емкость конденсатора с диэлектриком и накопленный в нем электрический заряд определяется суммой различных механизмов поляризации, причем у одного и того же диэлектрика, как уже отмечалось, может наблюдаться несколько видов поляризации одновременно. [c.99]

Поляризация среды поддерживается электрич. полем [или, точнее, электрич. смещением D(x), создаваемым носителями заряда (см. Диэлектрики)]. Полная поляризация среды создаётся не только смещением ионов из положений равновесия (ионная поляризация), но и деформацией электронных оболочек ионов (электронная поляризация). Оба эти механизма поляризации возникают в присутствии ста-тич. электрич. поля и описываются статич. диэлектрической проницаемостью Eq [c.588]

Механизм поляризации диэлектриков зависит от строения диэлектрика. Диэлектрики бывают полярными и неполярными. Полярный диэлектрик содержит электрические диполи — молеку- [c.585]

Диэлектрики — Механизм поляризации 585 [c.683]

МЕХАНИЗМЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ ДИЭЛЕКТРИКОВ [c.62]

Рис. 3.1. Классификация механизмов поляризации диэлектриков

Характеристическая частота процессов установления ионной упругой поляризации определяется во всех случаях собственной частотой колебаний ионов или атомов и лежит в инфракрасном диапазоне электромагнитных волн. Поэтому с общей точки зрения ионную упругую поляризацию называют инфракрасной , в то время как электронная упругая поляризация классифицируется как оптическая . Поскольку характеристическая частота оптической поляризации в тысячи раз выше, чем частота инфракрасной, то эти виды поляризации могут рассматриваться (в первом приближении) как независимые друг от друга процессы поляризуемости складываются линейно без взаимного искажения. Разумеется, это справедливо лишь в слабых электрических полях, когда колебания гармонические, т. е. если диэлектрик является линейным. Обобщенная модель инфракрасной поляризации включает в себя как модели жесткого и мягкого иона, так и встречающуюся в литературе модель атомной поляризации. Отметим, что и дипольная упругая поляризация приводит к диэлектрической дисперсии в инфракрасном диапазоне частот, поэтому для определения механизма поляризации требуются сведения о структуре диэлектрика. [c.68]

В газах и жидкостях, а также в некоторых твердых диэлектриках (таких, как лед) полярные молекулы могут изменять свою ориентацию, участвуя в тепловом хаотическом движении. Поскольку все направления ориентации при отсутствии внешнего электрического поля равновероятны, то результирующая поляризация равна нулю. Включение электрического поля приводит к преимущественной ориентации диполей в направлении приложенного поля. Этот механизм поляризации представляет собой тепловую поляризацию, так как переориентация свободных диполей определяется их тепловым движением. [c.68]

Диэлектрические потери, характеризующие превращение части электрической энергии в тепловую, являются важным электрофизическим параметром диэлектрика. Величина этих потерь, а также зависимость их от частоты и температуры свидетельствуют о тех или иных особенностях механизма поляризации. Диэлектрические потери обычно в значительной степени изменяются при введении в диэлектрик различного рода примесей. В твердых диэлектриках в зависимости от концентрации примесей или структурных дефектов величина диэлектрических потерь может изменяться в десятки и сотни раз, в то время как изменение величины [c.73]

Рис. 3.8. Частотные зависимости диэлектрической проницаемости (я), плотности поглощенной энергии (б), коэффициента потерь (в) н тангенса угла потерь (г) диэлектрика, в котором преобладают тепловые механизмы поляризации

Обычно электрическая поляризация диэлектриков, индуцированная внешним электрическим полем, после выключения поля исчезает — диэлектрик в равновесном состоянии деполяризован. Однако в некоторых случаях поляризованное состояние сохраняется диэлектриком длительное время после снятия поля — возникает остаточная поляризация. К ней может привести, например, замораживание некоторых механизмов тепловой и миграционной поляризаций, если время релаксации по тем или иным причинам резко возрастает (см. 2.1). Остаточную поляризацию могут создавать также электрические заряды, внедренные в диэлектрик при предварительной электризации и закрепившиеся в нем на поверхностных или объемных ловушках . Если диэлектрик с остаточной поляризацией не экранирован металлическими электродами, то он создает в окружающем пространстве электростатическое поле, подобно тому как постоянный магнит создает магнитное поле. [c.161]

Механизмы диэлектрической нелинейности. Зависимость макроскопического параметра е от среднего макроскопического поля Е означает, что микроскопическая поляризуемость а тех или иных механизмов поляризации зависит от действующего на молекулы, атомы или ионы микроскопического поля F. Однако установить общую аналитическую связь г Е) на основе зависимости a(F) сложно, так как зависимость F(Е) определяется конкретной структурой тех или иных диэлектриков и может быть весьма различной. [c.186]

Основные механизмы поляризации —это электронная (деформационная) поляризация (смещение орбиталей электронов относительно атомных ядер) и дипольная — поворот (ориентация) дипольных молекул в полярных диэлектриках. У неполярных диэлектриков может наблюдаться лишь электронная (деформационная) поляризация, у полярных — наряду с электронной и дипольная поляризация, когда пой действием сил внешнего электрического поля, созданного зарядами на электродах конденсатора, дипольные молекулы ориентируются в соответствии со знаком их полярности. [c.8]

Величина емкости конденсатора с диэлектриком и накопленный в нем электрический заряд обусловливаются суммой различных механизмов поляризации. Они могут наблюдаться у разных диэлектриков несколько механизмов одновременно могут быть и у одного и того же материала. Эквивалентной схемой диэлектрика, в котором существуют различные механизмы поляризации, служит ряд включенных параллельно к источнику напряжения и емкостей, как это показано на рис. 21. Емкость Со и заряд Ро соответствуют собственному полю электродов, если в пространстве между ними нет диэлектрика (вакуум). Емкость и заряд С , характеризуют электронную поляризацию. [c.39]

Рис. 21. Эквивалентная схема диэлектрика сложного состава с различными механизмами поляризации.

Рис. 29. Емкость и плотность тока в конденсаторе с диэлектриком, обладающим различными механизмами поляризации и сквозной электропроводностью, в зависимости от времени при мгновенном приложении электрического поля.

К первому виду поляризации относятся электронная и ионная,, остальные механизмы принадлежат к релаксационной поляризации. Особым механизмом поляризации является резонансная, наблюдающаяся в диэлектриках при световых частотах, а потому мало существенная для практической электротехники. [c.21]

Величина емкости конденсатора с диэлектриком и накопленный в нем электрический заряд обусловливаются суммой различных механизмов поляризации. Они могут наблюдаться у разных диэлектриков несколько механизмов одновременно может быть и у одного и того же материала. [c.21]

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Реальный (технический) диэлектрик тем более приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем слабее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением тепла. [c.3]

На первый взгляд кажется, что если известны механизмы поляризации, позволяющие рассчитывать различные виды поляризуемо-тей и, следовательно, поляризуемость по формуле (8.59), то легко можно вычислить и е. Однако сделать это не всегда просто. Дело в том, что электрическое поле, действующее на атом или молекулу внутри диэлектрика (назовем это поле локальным—Елок), не совпадает со средним макроскопическим полем Е в диэлектрике. Каледая молекула (или атом) находится прежде всего в поле действия окружающих молекул. Это поле изменяется при наложении [c.292]

В диэлектриках с нецентросимметричной структурой кроме рассмотренных выше механизмов поляризации, индуцированной внешним полем, возможна вынужденная поляризация, при которой ди-польНый момент возникает под действием механических напряжений (пьезополяризация), под влиянием изменения температуры (пиролополяризация) или при воздействии излучений (фотополяризация). В некоторых диэлектриках поляризация может существовать и без каких-либо воздействий спонтанная поляризация). [c.295]

При отсутствии внешнего электрического поля ориентация дипольных моментов микросистем диэлектрика имеет хаотический характер и вектор поляризации равен нулю. Если в диэлектрике существует электрическое поле напряженностью Е, то на каждый заряд диполя действует сила F qE, стремящаяся развернуть диполь по направлению электрического поля (рис. 9-2, а). Преимущественная ориентация диполей в одну сторону приводит к тому, что их геометрическая сумма в единице объема 01лич[ а от нуля и в соответствии с формулой (9-3) вектор поляризации в этом случае тоже не равен нулю. Так выглядит в самом грубом приближении один из возможных механизмов поляризации диэлектрика. Более подробно различные виды процесса поляризации будут рассмотрены в 9-2. [c.137]

Емкость конденсатора с диэлектриком и накопленный в нем электрический заряд обусловливаюася суммарным воздействием эазличных механизмов поляризации. Разные виды поляризации могут наблюдаться у разных диэлектриков, а также могут быть одновременно у одного и того же материала. [c.19]

Эквивалентная схема диэлектрика, в котором существуют различные механизмы поляризации, содержит емкости, включенные тараллельно источнику напряжения О (рис. 1-1, б). Емкость С л заряд Qo соответствуют собственному полю электродов, если между ними нет диэлектрика (вакуум). Величины Сэ и соответствуют )лектронной поляризации. [c.19]

Миграционная поляризация (С , Q , / ) понимается как допол-([ительный механизм поляризации, проявляющийся в твердых те-/(ах неоднородной структуры при макроскопических неоднородностях h наличии примесей. Эта поляризапия проявляется при низких ta TOTax и связана со значительным рассеянием электрической нергии. Причинами такой поляризации являются проводящие и полуироводящие включения в технических диэлектриках, наличие слоев с различной проводимостью и т, д. [c.21]

Поляризация представляет собой процесс смещения структурных элементов (электроноб, атомов, ионов и др.) кристаллической решетки со своего нормального положения под влиянием электрического поля. В результате взаимодействия с внешним электрическим полем происходит нарушение и перераспределение электростати- чe киx сил, действующих внутри кристалла, при сохранении его общей нейтральности. Механизм поляризации может быть различен в зависимости от того, какие структурные элементы участвуют в процессе поляризации, В керамических материалах имеются следующие основные виды поляризации электронная, ионная, электронно- и ионно-релаксационная, спонтанная (самопроизвольная). Степень поляризации керамического диэлектрика и его поляризуемость в целом складываются-как сумма поляризаций каждого вида. Диэлектрическая проницаемость керамики отражает ее поляризуемость. [c.16]

Механизмы поляризации веществ различны и зависят от характера химической связи (рис. 31). Например, в ионных кристаллах (Na l и др.) поляризация является результатом деформации электронных оболочек отдельных ионов (электронная поляризация) и сдвига ионов относительно друг друга (ионная поляризация). В кристаллах с ковалентной связью (например, в алмазе) поляризация обусловлена главным образом смещением электронов, осуществляющих химическую связь. В полярных диэлектриках (например, в твердом HjS), в которых молекулы или радикалы представляют собой [c.92]

Уравнение AQ = r mnEmEn характеризует еще один квадратичный по полю эффект — диэлектрические потери (рис. 1.7,г) — необратимый переход электрической энергии в тепловую (традиционное описание потерь дано в 3.2). В переменных электрических полях потери в диэлектрике обусловлены главным образом инерционностью медленных механизмов поляризации, а также потерями на электропроводность. В постоянном поле потери обусловлены только электропроводностью (джоулева теплота). Как поляризационные потери, так и мощность джоулевых потерь пропорциональны квадрату поля. [c.21]

Микроскопические представления о механизмах поляризации могут быть сведены к нескольким моделям возможных процессов возникновения электрического дипольного момента в диэлектриках. Поскольку квантово-механические расчеты взаимодействий электронных оболочек и ядер атомов сложны даже для сравнительно простых молекул, целесообразно рассмотреть простейшие классические модели поляризации. В образовании электрического дипольного момента, как и в электропроводности, могут участвовать различные заряженные частицы, смещение которых под действием электрического поля или по другим причинам приводит к поляризованному состоянию. К ним относятся электроны, смещающиеся из равновесного положения относительно положительно заряженных ядер ионы, отклоняющиеся от равновесного положения в кристаллической рещетке диполи — полярные молекулы или радикалы, изменяющие свою ориентацию и, следовательно, электрический дипольный момент. Соответственно поляризация может быть электронной, ионной или дипольной. В некоторых неоднородных или многокомпонентных диэлектриках в образовании электрического дипольного момента участвуют также макродиполи — полярные или заряженные группы или слои в структуре диэлектрика. [c.62]

Электроны, ионы или диполи приводят к образованию электрического дипольного момента (поляризованного состояния) посредством различных механизмов. Если эти частицы связаны в структуре диэлектриков достаточно жестко , внещнее поле или другие воздействия могут привести лищь к очень малым (по сравнению с атомными размерами) смещениям этих частиц относительно неполяризованного состояния. Тем не менее небольщие упругие смещения всех структурных единиц диэлектрика приводит к значительному интегральному вкладу в изменение его свойств. Такой механизм поляризации можно называть упругим его называют также поляризацией смещения или деформационной поляризацией. [c.62]

В случае слабой связи электронов, ионов или диполей в структуре диэлектриков на процессах поляризации сильно сказывается их тепловое движение и поляризация называется тепловой (или прыжковой). В газах и жидкостях слабо связаны лищь молекулы и тепловая поляризация обусловлена дипольным механизмом. В твердых диэлектриках в тепловой поляризации могут участвовать не только диполи, но также электроны (дырки) или 62 [c.62]

Подробнее эти механизмы поляризации рассмотрены в гл. 5 и 6 в связи с различными применениями диэлектриков в электронике. В качестве примера не индуцированной электрическим полем поляризации отметим пьезополяризацию, возникающую в нецент-роснмметричных диэлектриках при их механической деформации. В пьезоэлектриках механическая деформация приводит к смещению ионов из равновесного положения, при котором возникает электрическая поляризация диэлектрика. Время установления этой механической поляризации зависит от электрических и упругих свойств диэлектрика, а также от геометрических размеров образца, который деформируется как целое. Как и при упругой поляризации, возникает возвращающая сила (пропорциональная деформации пьезоэлектрика), которая стремится возвратить образец в равновесное (недеформированное и неполяризован-ное) состояние. Отметим, что поляризация в этом случае индуци-64 [c.64]

В качестве примера поляризации, существующей в отсутствие внешних воздействий на диэлектрик, упомянем остаточную поляризацию (см. рис. 3.1). Диэлектрик с такой поляризацией создает в окружающем пространстве постоянное электрическое поле (подобно тому, как постоянные магниты создают магнитное поле). Такие диэлектрики называют электретами. Поляризованное состояние электрета достщается специальной предварительной обработкой (тепловым, оптическим, механическим, магнитным и электрическим воздействиями), после чего возникает и длительно сохраняется в отсутствие внешних воздействий метастабиль-ное поляризованное состояние. Микромеханизмы остаточной поляризации различны в ряде случаев эта поляризация обусловлена внедрением в диэлектрик объемного заряда возможны также различные медленные ( замороженные ) механизмы миграционной и тепловой поляризации дефектов структуры. [c.65]

Для электронной упругой поляризации важными являются следующие особенности. Вочпервых, этот механизм поляризации является наиболее общим, так как деформация электронных оболочек атомов или ионов в электрическом, поле происходит во всех без исключения диэлектриках. Во-вторых, это наименее инерционный поляризационный механизм, поскольку масса электронов много меньше, чем эффективная масса других частиц, участвующих в процессе поляризации (ионов или молекулярных диполей). Быстрое установление электронной поляризации позволяет выделить экспериментально ее вклад из статической диэлектрической проницаемости того или иного диэлектрика. Этот вклад соответствует еэл = п , где п — коэффициент оптического преломления. [c.66]

Особенно важное значение имеет величина ТКе, так как внешняя термостабилизация устройств СВЧ хотя н возможна, но нежелательна. Поэтому кроме высокой е и малого tg б СВЧ-диэлектрики должны обладать высокой термо-ста бильностью (ТК е=10 —10 К). Эти требования для большинства диэлектриков оказываются физически противоречивыми. Получение в одном веществе высокой диэлектрической проницаемости и термостабильности является сложной научно-технической задачей, особенно в СВЧ-диапазоне, где можно использовать только быстрые механизмы поляризации (упругую поляризацию), а с бычный метод управления электрическими свойствами — введение примесей, регулировка концентрацией дефектов — приводит к диэлектрическим потерям. [c.89]

Термоэлектреты получают, нагревая диэлектрик в сильном электрическом поле. При этом образуются как гомо-, так и гетерозаряды. Формирование гомозаряда может происходить, например, вследствие термостимулированной инжекции электронов с катода (или дырок с анода). Гетерозаряд появляется благодаря различным примесным механизмам поляризации — тепловой (электронной, ионной или дипольной), а также миграционной (объемно-зарядной, механизму Максвелла—Вагнера). Под действием ноля через нагретый диэлектрик проходит абсорбционный ток, свидетельствующий о накоплении в диэлектрике пространственно разделенных объемных зарядов, приводящих к макроскопическому электрическому моменту — поляризованности. После такой вынужденной температурной поляризации диэлектрик охлаждают, не выключая электрического поля при этом поляризо-ванность замораживается . [c.162]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...