Поляризация диэлектриков и диэлектрическая проницаемость

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ и ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ [c.17]

Поляризация диэлектриков и диэлектрическая проницаемость [c.18]

Поляризацию диэлектриков и диэлектрические потерн на переменном токе часто рассматривают, пользуясь представлением диэлектрической проницаемости в комплексной форме [c.27]

Ионно-релаксационная поляризация. Используемые в технике твердые диэлектрики могут иметь неплотную упаковку объема частицами. В таких материалах образуются ионы, которые в ходе тепловых колебаний перебрасываются из положений временного закрепления на расстояния, соизмеримые с расстояниями между частицами (10 м), и закрепляются в новых положениях. В электрическом поле перебросы становятся направленными. В результате в диэлектрике возникает различие в расположении центров положительного и отрицательного зарядов, т. е. появляется электрический момент. Такой процесс называют ионно-релаксационной поляризацией. С ростом температуры число ионов, перебрасываемых в новые положения, увеличивается, поэтому растут поляризованность и диэлектрическая проницаемость. На рис. 5.16 приведена зависимость е, от температуры для натриево-силикатного стекла, в структуре которого имеют место слабосвязанные ионы. [c.156]

Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что величина Р в уравнениях (4-2) — (4-7) представляет собой поляризацию единицы объёма диэлектрика — это следует из (4-2) — и, следовательно, диэлектрическая восприимчивость а и диэлектрическая проницаемость е также относятся к единице объема диэлектрика. [c.86]

Диэлектрической проницаемостью е (или диэлектрической постоянной) изоляционного материала называется число, показывающее, во сколько раз увеличится емкость вакуумного конденсатора, если, не изменяя формы и размеров конденсатора, заполнить пространство между электродами испытуемым веществом е = Сх/Св (где С, — емкость испытуемого образца, Св — емкость вакуумного конденсатора). Диэлектрик тем лучше, чем меньше емкость конденсатора с данным материалом, чем меньше его диэлектрическая проницаемость. Значения диэлектрической проницаемости определяют, измеряя емкость с измерительного конденсатора, между обкладками которого помещается испытуемый образец. Диэлектрическая проницаемость представляет собой комплексную величину, слагаемыми которой являются компонента е, обусловленная деформационной и ориентационной поляризацией диэлектрика, и мнимая характеристика г", связанная с кинетикой процесса установления ориентационной дипольной поляризации 8 = е — /8". [c.122]

Диэлектрическая проницаемость обусловлена поляризацией диэлектрика и для любого материала численно всегда выше единицы. [c.562]

Как было показано ранее, величина диэлектрической проницаемости зависит от интенсивности процесса поляризации в диэлектрике. Поскольку в полярных диэлектриках протекают два вида поляризации, то при равных условиях (одинаковой температуре, величине приложенного напряжения и др.) у полярных диэлектриков величина диэлектрической проницаемости будет значительно больше, чем у [c.24]

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ, величина, характеризующая способность среды к поляризации. Д. в.— коэфф. пропорциональности к в соотношении где Ж — напряжённость электрич. поля, 3 — дипольный момент единицы объёма диэлектрика. Д. в. характеризует диэлектрич. свойства в-ва, так же как и диэлектрическая проницаемость 8, с к-рой она связана соотношением (в системе единиц СГСЭ) 8=14-4ях. [c.178]

Итак, для вывода зависимости показателя преломления от длины волны найдем, как зависит диэлектрическая проницаемость от частоты переменного электрического поля, и затем перейдем к показателю преломления п на основании соотношения п = ф е. В соответствии с теорией электронов будем рассматривать молекулы или атомы диэлектрика как системы, в состав которых входят электроны, находящиеся внутри молекул в положении равновесия. Под влиянием внешнего поля эти заряды смещаются из положения равновесия на расстояние г, превращая таким образом атом в электрическую систему с моментом величиной р = ге, направленным вдоль поля (диполь). Если в единице объема нашей среды находится N атомов, которые испытывают поляризацию, то электрический момент единицы объема, или поляризация среды, будет равняться Р = Np = Net. При этом мы для простоты полагали, что в среде имеется лишь один сорт атомов и в каждом из них способен смещаться только один электрон. В противном случае поляризация среды записывалась бы в виде [c.549]

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]

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]

Большинство диэлектриков немагнитно, т. е. р = р, = 1. Если, однако, потери от тока проводимости и электрической поляризации соизмеримы, можно первую составляющую также учесть введением комплексной диэлектрической проницаемости. В этом случае первое уравнение (1-10) примет вид [c.11]

Такие ионы в тепловом движении могут перемещаться на расстояния, значительно превышающие упругие смещения. Но в отличие от электропроводности этот процесс носит локальный, а не сквозной характер. Локальные тепловые перемещения слабо связанных ионов при наличии электронного поля создают асимметрию распределения электрических зарядов в диэлектрике и, следовательно, создают электрический момент в единице объема. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты электрического поля и от температуры. После снятия поля ионно-релаксационная поляризация постепенно ослабевает. Поляризация этого типа имеет замедленный характер и при высоких частотах не происходит. [c.8]

Все перечисленные в 1.1 виды поляризации относятся к твердым диэлектрикам. В неполярных твердых диэлектриках наблюдается электронная поляризация. В этом случае диэлектрическая проницаемость равна квадрату коэффициента преломления. Сюда относятся валентные кристаллы (алмаз), молекулярные кристаллы, не содержащие полярных групп (нафталин, сера), неполярные полимеры (полиэтилен, политетрафторэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол). Для неполярных диэлектриков температурный коэффициент диэлектрической проницаемости определяется изменением числа молекул в единице объема и может быть вычислен по формуле, применяемой для неполярных жидкостей [c.12]

Неорганические диэлектрики аморфной структуры, не содержащие полярных групп. К ним относятся, прежде всего, неорганические стекла, которые характеризуются ионно-релаксационной поляризацией. Диэлектрическая проницаемость стекол значительно зависит от их химического состава и температуры в пределах е = 3,8 -ь 20. [c.12]

О явлениях, обусловленных поляризацией диэлектрика, можно судить по значению диэлектрической проницаемости, а также угла диэлектрических потерь, если поляризация диэлектрика сопровождается рассеянием энергии, вызывающим нагрев диэлектрика. В нагреве технического диэлектрика могут участвовать содержащиеся в нем немногочисленные свободные заряды, обусловливающие возникновение под воздействием электрического напряжения малого сквозного тока, проходящего через толщу диэлектрика и по его поверхности. Наличием сквозного тока объясняется явление электропроводности технического диэлектрика, численно характеризуемой значениями удельной объемной электрической проводимости и удель- [c.16]

Твердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с неплотной упаковкой частиц (например, электротехнический фарфор), в которых наблюдается, помимо электронной и ионной, также и ионно-релаксационная поляризация, характеризуются в большинстве случаев сравнительно невысоким значением диэлектрической проницаемости и большим положительным температурным коэффициентом ТКе, (рис. 1-7). [c.26]

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]

Ионная упругая поляризация. Она происходит в кристаллических диэлектриках, построенных из положительных и отрицательных ионов, — в галоидно-щелочных кристаллах, слюдах, керамиках. В электрическом поле в таких диэлектриках происходит смещение электронных оболочек в каждом ионе — электронная поляризация. Кроме того, упруго смещаются друг относительно друга подрешеткииз положительных и отрицательных ионов (рис. 5.12,6), т. е. происходит упругая ионная поляризация. Это смещение приводит к появлению дополнительного электрического момента увеличивающего поляризованность, а следовательно, и диэлектрическую проницаемость на Еги. Таким образом, диэлектрическая проницаемость ионного кристалла равна = ег . + ги, где Еги зависит от физической природы ионов, сил их взаимодействия и строения кристаллической решетки. [c.154]

Спонтанная поляризация — это поляризация диэлектрика, возникающая при отсутствии внешнего электрического поля. Поляризация нелинейно зависит от напряженности электрического поля и характеризуется явно выраженным, большим максимумом при некоторой определенной температуре. Характерна для диэлектриков кристаллических структур, имеющих области (домены) с легко поляризующимися и длительно сохраняющими поляризованность кристаллическими системами, находящимися в большой зависимости от температуры вплоть до точки Кюри, при которой отмечается наивысшее поляризованное состояние и соответствуютцая ему максимальная диэлектрическая проницаемость. При более высокой температуре происходит структурное изменение в доменах и диэлектрическая проницаемость резко сни-лшется, а спонтанная поляризация исчезает. Эта поляризация имеет замедленный, характер, при высоких частотах не происходит, имеет диэлектрический гистерезис и характерна для сегнетоэлектрнков (ти-танаты бария, кальция, стронция). [c.9]

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]

Для диэлектрика с диэлектрической проницаемостью е электрическая поляризация Р (величина, аналогичная магнитному моменту М в рассмотренном выше примере) в электрическом поле Е принимает значение Р = (е — 1) Е1ки. [Величина (е — 1)/4я соответствует величине х-1 Таким образом, согласно соотношениям (1) и (2), [c.194]

Кроме электронно поляризации, не связанной с появлением активного тока, в некоторых твердых диэлектриках может быть и другой вид поляризации — ионная, также не вызывающая появления активного тока. Наиболее характерна ионная поляризация ионных кристаллов. Сущность ее заключается в смещении ионов электрическим полем положительных — в сторону отрицательного электрода, отрицательных — в сторону положительного. Эго смещение происходит на незначительные расстояния от полол ения равновесия при отсутствии электрического поля и носит упругий характер, чем и объясняется тот факт, что ионная поляризация создает чисто реактивный ток, добавочный к току электронной поляризации. Следовательно, ионная поляризация, накладывающаяся на электронную, приводит к увеличению емкостного тока в диэлектрике, а значит — к увеличению емкости, к увеличению диэлектрической проницаемости. В ионных кристаллах с рыхлой структурой, с так называемой неплотной упаковкой частиц, когда расстояния между ионами в узлах кристаллической решетки велики по сравнению с радиусами самих ионов, смещение последних мо1кет быть довольно велико. При этом возникают значительные суммарные электрические моменты в единице объема, наблюдается значительное возрастание емкости. Следовательно, такой диэлектрик будет иметь диэлектрическую проницаемость, намного превосходящую ее значение, обусловленное одной электронной поляризацией. Проф. Г. И. Сканави, изучая явление ионной поляризации, обнаружил у минерала перовскита диэлектрическую проницаемость, равную 160. Позднее им же были получены керамические материалы, у которых вследствие интенсивной поляризации ионного смешения диэлектрическая проницаемость имеет еще большие значения. Такие материалы представляют большой интерес для практики, так как дают возможность получать конденсаторы с большой удельной емкостью, т. е, с большой емкостью в единице объема. [c.27]

Важнейшими из этих особенностей являются зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и от частоты. Повышение температуры действует на ди-польпую поляризацию двояко за счет ослабления меж-молекулярных связей ориентация диполей должна облегчаться, а за счет усиления теплового движения — ослабляться, так как сильное тепловое хаотическое движение будет мешать упорядочению расположения молекул. При достаточно низких температурах за счет усиления межмолекулярных связей и резко пониженной подвижности молекул дипольная поляризация проявляется очень слабо и диэлектрическая проницаемость диэлектрика оказывается небольшой. При достаточно высокой температуре за счет большого усиления теплового движения, затрудняющего ориентацию диполей электрическим полем, дипольная поляризация также будет ослаблена. При оптимальном значении температуры дипольная поляризация 1выражена наиболее сильно, и величина диэлектрической проницаемости достигает максимума. Сказанное иллюстрируется рис. 2-4, на котором показана зависимость диэлектрической проницаемости совола от температуры при разных частотах. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости при разных температурах имеет разные числовые значения и даже разные знаки. [c.31]

Важнейшими из этих особенностей являются зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и частоты. Повышение температуры действует на дипольную поляризацию двояко за счет ослабления межмолекулярных связей ориентация диполей должна облегчаться, а за счет усиления теплового движения — ослабляться, так как сильное тепловое хаотическое движение будет мешать упорядочению расгюложения молекул. При достаточно низких температурах за счет усиления межмолекулярных связей и резко пониженной подвижности молекул дипольная поляризация проявляется очень слабо и диэлектрическая проницаемость диэлектрика оказывается небольшой. При достаточно высокой температуре за счет большого усиления теплового движения, затрудняющего ориентацию диполей электрическим полем, дипольная поляризация также будет ослаблена. При некогоро.м промежуточном значении температуры дипольная поляризация выражена наиболее сильно и величина диэлектрической проницае- [c.23]

Таким образом, каждая пара ионов образует упругий диполь. Наряду с процессом поляризации ионного смещения в ионных кристаллах протекает электронная поляризация. Общая интенсивность процессов поляризации у ионных кристаллических диэлектриков (радиокерамические материалы, слюда) довольно большая, поэтому значения диэлектрической проницаемости у них относительно большие (е = 7 Ч- 12 и выше). Оба процесса поляризации мгновенные, поэтому диэлектрическая проницаемость ионных кристаллических диэлектриков не зависит от частоты приложенного напряжения. Ионные диэлектрики широко применяют в радиотехнике. [c.25]

Исследование зависимости диэлектрической проницаемости от частоты или, другими словами, диэлектрических спектров, дает В2<жную информацию о свойствах диэлектриков. По этой зависимости можно сделать качественные выводы о физической природе и механизмах диэлектрической поляризации, а также получить количественные данные о вкладах этих механизмов. [c.295]

И соответственно прирост диэлектрической проницаемости за счет релаксационной поляризации Дврел — серел = рел/( о )- Усиление теплового движения препятствует полному завершению поляризации диэлектрика, стре.мпсь нарушить преимущественную ориентацию дипольных моментов по направлению электрического поля. Отрицательное влияние повышения температуры заключается в ослаблении поляризации. [c.152]

Диэлектрическая проницаемость является важнейшим макроскопическим параметром диэлектрика, характеризующим процесч,- поляризации, и она может быть найдена по измеренной емкости конденсатора с диэлектриком. [c.150]

Органические полярные диэлектрики имеют дипольно-релаксационную поляризацию, которая связана с наличием в звеньях цепей полимера полярных радикалов (гидроксильных, карбоксильных, галоидных и др.) при несимметричном их расположении в цепи полимера. Эта поляризация в твердом диэлектрике, так же как и в жидкостях, связана с тепловым движением, но ориентация диполей здесь происходит в меньшей мере, не всей молекулы, а только ее радикалов, так как поворот диполей ограничивается высокой вязкостью полимера, превосходящей вязкость мономеров или олигомеров в десятки тысяч и миллионы раз. Диэлектрическая проницаемость твердых полярных полимеров, так же как и полярных мономеров и олигомеров, зависит от частоты и температуры, но максимум выражен тем меньше, чем больше, жесткость материала, чем выше его вязкость в одном и том же интервале температур и частот. Зависимость поляризации диэлектриков от частоты электрического поля иоказана на рис. 1.1. [c.13]

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение л деформацию электронных оболочек атомов и ионов. Время уста-товления электронной поляризации ничтожно мало (около 10"с). Диэлектрическая проницаемость вещества с чисто электронной поляризацией численно равна квадрату показателя преломления света п. Смещение и деформация электронных орбит атомов или яонов не зависит от температуры, однако электронная поляризация вещества уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и уменьшением числа частиц в единице объема. Изменение диэлектрической проницаемости диэлектрика с злектронной поляризацией при изменении температуры обусловли-зается лишь изменением его плотности (подробнее см. далее стр. 23). Электронная поляризация наблнадается у всех видов диэлектриков и не связана с потерей энергии. [c.19]

Диэлектрическая проницаемость твердых тел зависит от структурных особенностей твердого диэлектрика. В 1вердых телах возможны все виды поляризации. Для твердых неполярных диэлектриков характерны те же закономерности, что и для неполярных жидкостей и газов. Это подтверждается данными табл. 1-5 и зависимостью е, (/) для парафина, показанной на рис. 1-5. При переходе парафина из твердого состояния в жидкое (температура плавления около [c.25]

Твердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц, обладаьзт электронной и ионной поляризациями и имеют диэлектрическую проницаемость, изменяющуюся в широких пределах. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ионных кристаллов в большинстве случаев положителен. Примером одного из таких диэлектриков служит КС1 (рис. 1-6). [c.26]

Кроме того, в твердых диэлектриках наблюдаются электроннорелаксационная, резонансная, структурная и самопроизвольная (спонтанная) поляризации, которые в полимерных материалах, как правило, не проявляются. Таким образом, пз всех рассмотренных видов поляризации стеклопластики на основе полиэфирных, эпоксидных, фенольно-формальдегидных и других смол следует отнести к материалам, которые обладают почти всеми видами поляризации одновременно, так как смолы обладают электронной и диполы-ю-релаксациоиной поляризациями одновременно, а стеклонаполнитель — ионно-релаксационной поляризацией. Основной предпосылкой для определения плотности полимерных материалов служит формула Клаузиуса—Моссоти, связывающая электрические свойства молекул, диэлектрическую проницаемость, поляризуемость и дипольный момент с плотностью и молекулярной массой [c.98]

Все существующие феноменологические модели связи электрического сигнала на электродах короткозамкнутого конденсатора с диэлектрическим слоем при прохождении волны нагрузки с параметрами нагрузки предполагают поляризацию диэлектрика на фронте волны с изменением диэлектрической проницаемости и проводимости (или без изменения последней) I связанную с поляризацией неравновеспость состояния вещества за фронтом волны. За фронтом идет процесс распада поляризации по одному или нескольким механизмам с соответствующими временами релаксации [109, 157, 311, 374]. Для большинства исследованных материалов в диапазоне давления до ЫО кгс/см2 величина ударной поляризации в 10 —10 раз лченьше предельной величины поляризации, соответствующей развороту всех диполей полярного диэлектрика в одном направлении. В связи с этим следует ожидать, что при наложении сильного электрического поля поляризация диэлектрика значительно более высокая, чем при прохождении ударной волны. Вместе с тем вклад ударной поляризации в поляризованном электрическим полем диэлектрике резко уменьшается. Эти соображения позволяют принять, что процессы ударной поляризации в диэлектрике при сильном внешнем электрическом поле можно не учитывать при анализе работы диэлектрического датчика давления. [c.173]

О проблемах пьезоэлектрического и пироэлектрического эффектов. Пьезоэлектрический п пироэлектрический эффекты связаны с понятием диэлектрической проницаемости. Известно, что на поверхности диэлектрика, помещенного в электрическое поле напряженностью Е, индуцируются заряды (на одной чагги поверхности положительный, а на другой — отрицательный), удельный дипольный момент которых Р (вектор поляризации) пропорционален напряженности Е. [c.472]

Электронные свойства Т. т. Кристаллы, имеющие только заполненные и пустые электронные энергетич. зоны, ведут себя в электрич. поле как диэлектрики (изоляторы). Первый возбуждённый уровень находится на конечном расстоянии от основного, причём ширина запрещённой зоны iS j велика. Делокализация электронов в таких Т. т. не играет роли, диэлектрики можно считать состоящими из разделённых в пространстве атомов, молекул или ионов. Влияние электрич. поля сводится к сдвигу зарядов и приводит к поляризации диэлектриков (подробно см. в ст. Диэлектрики, Диэлектрическая проницаемость). [c.46]

ЭЛЕКТРОСТРЙКЦИЯ—деформация диэлектрика, пропорциональная квадрату приложенного электрич. поля (или поляризации). Электрострикционная деформация не меняет знак при изменении направления поля на противоположное. При наличии обратного пьезоэлектрич. эффекта (линейной связи деформации и поля см. Пьеюэлек-трики) Э. выступает в качестве малой нелинейной добавки к нему. В отличие от пьезоэлектрич. эффекта, у Э. нет обратного эффекта, но есть термодина.мически сопряжённый эффект — изменение диэлектрической проницаемости пол действием механич. напряжения (аналог фотоупруго-сти), Коэф. Э. является тензором 4-го ранга, несимметричным по перестановке 1-й и 2-й пар индексов и симметричным по перестановке индексов внутри 1-й и 2-й пар. Тензор Э. характеризуется в общем случае (триклинная симметрия) 36 компонентами. Э. может иметь место в центросимметричных кристаллах и в изотропной среде. В сегнето-электриках с центросимметричной исходной (неполярной) фазой эффект Э. велик в области фазового перехода, а в сегнетоэлектрич. фазе пьезоэлектрич. эффект можно [c.594]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...