Механизмы 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]

Рис. 8.10. Зависимость е от частоты v стот (10 10 Гц) диэлектрическая проницаемость Бопт обусловлена только электронной упругой поляризуемостью. При столь высоких частотах из-за инерционности никакие другие механизмы поляризации не успевают установиться. В полях с частотами выше 10 —10 Гц поляризация уже невозможна и е==1.

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]

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

Этот метод применим для определения ТКе при любом механизме поляризации и для зависимосги (i) любой формы. [c.24]

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]

Значение s конденсированной среды существенно зависит от структуры вещества и от внеш. условий, обычно меняясь в пределах от неск. единиц до неск. десятков (у сегнетоэлектриков до 10 см. табл. в ст. Диэлектрическая проницаемость). Такой разброс значений е объясняется отчасти тем, что в разных веществах осн. вклад в е дают разл. механизмы поляризации. Напр., в Д. с полярными молекулами, где наблюдается ориентационная поляризация, е сравнительно велика (для воды е=81). [c.696]

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]

Энергетические барьеры между возможными локальными положениями электроны, ионы и диполи преодолевают за счет энергии теплового движения, а электрическое поле, изменяя высоту этих барьеров, приводит к накоплению большего числа заряженных слабосвязанных частиц в энергетически более благоприятных положениях. После выключения поля за счет дезориентирующего влияния теплового движения поляризация исчезает. Такой механизм поляризации, очевидно, является более медленным по сравнению с упругой поляризацией. В самом деле, система упруго смещенных зарядов после выключения поля возвращается в основное (неполяризованное) состояние за время 10 —с, причем для массивных ионов время релаксации больше, чем для легких электронов. [c.63]

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]

Даже в тех случаях, когда концентрация дефектов в кристалле не слишком велика, относительный вклад данного механизма поляризации в величину е может оказаться достаточно большим [c.71]

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

Вычислить дипо 7ьнук> тепловую поляризуемость можно, пользуясь аналогией между этим механизмом поляризации и механизмом ионной тепловой поляризации. Разница заключается лишь в том, что ион переходит из одного равновесного положения в другое за счет поступательного движения, а полярная молекула — за счет вращательного. Такой расчет приводит к обратно пропорциональной зависимости поляризуемости от температуры [c.289]

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]

Поляризацвя газов. Простейший случай — разреженный инертный газ, где дипольный момент появляется у атомов в результате смещения электронов относительно ядра (деформация электронного облака) в электрич. поле. Такой механизм поляризации наз. электронным. В этом случае (если пренебречь взаимодействием между атомами) е выражается ф-лой [c.695]

Сходный механизм поляризации спязан с перескоком под действием алектрич. поля отд. ионов из одних положений равновесия в другие. Такой механизм особенно часто наблюдается в молекулах с водородной связью, где ионы водорода имеют обычно неск. положений рав-повесия. [c.696]

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 тепловой поляризации термодиффузця неравновесно распределенных частиц требует времени релаксации 10 в— 10 ° с, причехМ это время, очевидно, существенно зависит от температуры. Сравнение различных механизмов поляризации приводится в табл. 3.1. [c.63]

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]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...