Поляризация диэлектриков

Рассмотрим кратко физические процессы в активной зоне конденсатора на упрощенной модели поляризации диэлектрика, помещенного между пластинами. При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле Е0, созданное под действием разности потенциалов U, связанные заряды диэлектрика смещаются. Этот процесс называется поляризацией. Поляризация диэлектрика протекает по-разному, в зависимости от типа молекул диэлектрика. Полярные диэлектрики состоят, в основном, из диполей — поляризованных молекул, у которых электрические заряды +q и — q расположены на расстоянии / друг от друга. Диполь обладает электрическим моментом р, представляющим собой вектор, направленный от — q к +q по оси диполя и численно равный ql. При отсутствии внешнего поля все молекулярные диполи расположены хаотически и суммарный электрический момент диэлектрика равен нулю. Под действием сил поля Е0 диполи стремятся ориентироваться в пространстве таким образом, чтобы электрический момент их был направлен параллельно вектору Е0. Этому препятствуют силы взаимодействия между молекулами. Поэтому под влиянием внешнего поля диполи повернутся в направлении поля на некоторый угол и диэлектрик приобретет электрический момент ?р. Такая поляризация полярного диэлектрика называется ориентационной.

При поляризации диэлектрика связанные заряды на его внешних поверхностях, перпендикулярных линиям внешнего поля Е0, создают поле поляризации Еп, направленное против внешнего поля ( 3.3, б). Результирующее поле в диэлектрике как результат наложения двух полей, существующих в вакууме Е = Е0 — Еп, снижается. Суммарное поле диполей Еп всегда меньше Е0, так что поляризация диэлектрика может лишь ослабить, но не уничтожить создающее ее поле.

Поляризация диэлектрика характеризуется вектором поляризации РЕ, определяемым удельным суммарным электрическим моментом диполей

рованного. Краевой эффект тем меньше, чем больше *jsjd. Это условие выполняется при рулонном исполнении конденсаторов, а поэтому краевым эффектом в данном случае допустимо пренебречь или учесть его приблизительно посредством поправочных коэффициентов. Очевидно, что чем больше поляризация диэлектрика, тем больше а, и ег и тем больше емкость конденсатора при одном и том же S/d и энергия

Электрический ток смещения в диэлектрике. Ранее отмечено, что под действием внешнего электрического поля ток проводимости в диэлектрике очень мал (при рабочих напряжениях и температуре), основное изменение заряда в любом выделенном объеме диэлектрика является следствием смещения связанных заряженных частиц. При изменении напряженности электрического поля изменяется поляризация диэлектрика, а перемещение заряженных частиц образует электрический ток.

Диэлектрики — это вещества с очень малой электропроводностью. В отличие от проводников они не имеют (почти не имеют) свободных электронов. Диэлектрик, находящийся в электрическом поле, так же, как и проводник, электризуется через влияние. Однако между электризацией проводника и диэлектрика имеется существенное различие. В диэлектрике свободного перемещения электрических зарядов по всему объему произой-.ти не может (отрицательные заряды прочно связаны с ядром атома). Но в пределах каждой молекулы диэлектрика возможно смещение отрицательного заряда против направления внешнего электрического поля и положительного —- по направлению поля. Это явление называется поляризацией диэлектрика. С устранением внешнего электрического поля поляризация диэлектрика прекращается. При определенной величине напряженности внешнего поля смещение зарядов достигает предела, после чего происходит пробой диэлектрика. Если диэлектрик находится в переменном электрическом поле, то его поляризация происходит непрерывно, что приводит к его нагреву. Это явление используется на практике, например, для нагрева и сушки влажных материалов.

Так как поляризация диэлектрика происходит только при наличии внешнего электрического поля, то существует связь между векторами Р и Е. Эту связь запишем в виде

В любом диэлектрике с релаксационной поляризацией всегда дополнительно существует хотя бы один вид упругой поляризации. Общая поляризация диэлектрика, представляющая собой средний электрический момент единицы объема, выражается суммой

Диэлектрическая электроника. В диэлектриках в нормальных условиях нет электронов проводимости. Поэтому при воздействии внешнего электрического поля в них нет перемещения электронов. Однако если электрическое поле имеет большую напряженность, то происходит электрическая поляризация диэлектрика и в его объеме появляется собственное электрическое поле. В некоторых диэлектриках поляризация наблюдается при отсутствии внешнего поля (например, в сегнетоэлектриках).

Полюсное деление 259 Поляризация диэлектрика 437 Попов А. С. 5

§ 1.5. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКА

4.1. Поляризация диэлектриков 4.1.1. Основные определения

Зависимость Е от частоты. Как уже отмечалось, время установления электронной и ионной поляризации весьма мало; поляризация диэлектриков в этом случае полностью устанавливается за очень небольшое время по сравнению с полупериодом напряжения даже при наиболее высоких частотах, используемых з электротехнике и радиотехнике. Поэтому у таких диэлектриков нет заметной зависимости Е от частоты ( 4.4). У этих веществ квадрат показателя преломления п" в оптическом диапазоне частот практически равен s на радиочастотах. Например, для неполярного газа -водорода - при нормальных давлениях и температуре п=1,00014, п~ = 1,00028, е=1,00027; для неполярной жидкости - бензола - п=1,55, п~=2.40; ?=2,56, а для алмаза - вещества с очень большим значением показателя преломления -n=2,40;n2=5,76;s=5,7.

4.1. Поляризация диэлектриков......................... 85

9-2. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ

9-2. Поляризация диэлектриков...............145

Поляризация диэлектриков. В электрическом поле происходит поляризация диэлектриков, когда электрические диполи ориентируются по электрическому полю. Дипольными могут быть молекулы диэлектрика или атомы при смещении орбит электронов относительно ядер. Диэлектрик остается электрически нейтральным, но на его поверхностях, через которые входят или выходят линии электрического поля, появляются как бы связанные заряды.

Поляризация диэлектриков. В электрическом поле происходит поляризация диэлектриков, когда электрические диполи ориентируются по электрическому полю. Дипольными могут быть молекулы диэлектрика или атомы при смещении орбит электронов относительно ядер. Диэлектрик остается электрически нейтральным, но на его поверхностях, через которые входят или выходят линии электрического поля, появляются как бы связанные заряды.

§ 4-2. Поляризация диэлектриков

§ 4-2. Поляризация диэлектриков ...................... 78

§ 5.3. Поляризация диэлектриков

§ 1.1. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ