Види поляризації діелектриків

Розрізняють десять видів поляризації. Вони діляться на дві основні групи:

1) миттєва поляризація, що відбувається в діелектрику практично миттєво й без виділення теплоти;

2) релаксаційна поляризація, що відбувається уповільнено в часі й супроводжується розсіюванні енергії в діелектрику.

До першої групи ставляться електронна й іонна поляризація, а всі інші - до другої.

I. Електронна поляризація являє собою пружний зсув і деформацію електронних оболонок атомів до іонів, характерна для всіх діелектриків і не пов'язана із втратами енергії. Час поляризації - ~10^-15 с. Після зняття електричного поля електронна поляризація зникає. Тому що поляризація визначається пружною деформацією електронних оболонок атомів, то вона не повинна залежати від температури. Однак через розширення тіла при нагріванні електричний момент одиниці об'єму речовини зменшується. Тому діелектрична проникність діелектриків з електронним видом поляризації з підвищенням температури зменшується практично лінійно. Оскільки час релаксації менше 10^-15 с, діелектрична проникність від частоти практично не залежить.

2. Іонна поляризація характерна для твердих діелектриків з іонною будовою й обумовлена пружним зсувом іонів на відстані, яки не перевищують параметр кристалічної решітки. Час поляризації - ~ 10^-13 с. З підвищенням температури поляризація підсилюється в результаті ослаблення пружних сил, що діють між іонами (рис. 1.3).Від частоти електричного поля практично не залежать, тому діелектрики з миттєвим видом поляризації широко застосовуються при високих частотах.

3. Диполъно-релаксаційна поляризація обумовлена поворотом (орієнтацією) дипольних молекул у напрямку електричного поля й пов'язана з тепловим рухом часток. З підвищенням температури дипольно-релаксаційна поляризація зростає доти, поки ослаблення молекулярних сил не виявиться сильніше, ніж зростання хаотичного теплового руху молекул (рис. 1.4). Потім, коли хаотичний рух стає інтенсивніше й починає переважати над орієнтацією молекул, дипольно-релаксаційна поляризація зменшується. Ця поляризація характерна для полярних газів і рідин. Крім того, вона спостерігається у твердих полярних діелектриках. У цьому випадку вона обумовлена поворотом полярних радикалів. Час поляризації - 10^-2... 10^-8 с і тому ε залежить від частоти (рис. 1.5). Поки частота електричного поля мала, диполі встигають слідувати за зміною електричного поля й діелектрична проникність не залежить від частоти. Однак при високих частотах диполі не встигають слідувати за зміною електричного поля, і діелектрична проникність зменшується. Із цієї причини полярні діелектрики не рекомендується використати на високих частотах.

4. Іонно-релаксаційна поляризація обумовлена надлишковим локальним перекиданням іонів речовини, що перебувають під впливом зовнішнього електричного поля, серед хаотичних теплових перекидань іонів. Спостерігається в деяких іонних кристалічних неорганічних речовинах з нещільним упакуванням іонів. Носить уповільнений характер. Залежність від температури подібна іонної поляризації (див. рис. 1.4), а залежність від частоти - дипольно-релаксаційної поляризації (див. рис. 1.5).

5. Електронно-релаксаційна поляризація виникає за рахунок збуджених тепловою енергією надлишкових, "дефектних" електронів, або дірок. Характерна для діелектриків з великим внутрішнім полем й електронною електричною провідністю (кераміка на основі оксидів титану).
Має високе значення діелектричної проникності (50... 5000).

6. Пружна-дипольна поляризація спостерігається в дипольних молекулах, закріплених одним кінцем й яки обмежено повертаються на невеликий кут.

7. Структурна поляризація проявляється у твердих тілах неоднорідної структури з мікроскопічними домішками й неоднорідністями при низьких частотах і зв'язана зі значним виділенням теплоти (шаруваті міканіти, мікалекси).

8. Поляризація ядерного зсуву виникає в результаті зміщення
ядер атомів у сильних електричних полях.

9. Спонтанна (самосвавільна) поляризація обумовлена наявністю у речовині доменів, що володіють електричним моментом під час відсутності
електричного поля, але яки мають різну орієнтацію. Накладення поля
сприяє їхній переважній орієнтації, що дає ефект дуже
сильної поляризації. На відміну від інших видів спонтанна поляризація
нелінійно залежить від величини електричного поля. Характерна для сегнетоелектриків.

10. Залишкова поляризація властива електретам і відзначається в течії тривалого часу після зняття електричного поля. Сильно залежить від напруженості електричного поля й температури. Матеріали з
такою поляризацією знайшли застосування в електрофотографії й паливних
елементах.