V. Поляризация диэлектриков

Емкость плоского воздушного конденсатора можно вычислить, используя выражение:

[15]

Фарадей обнаружил, что емкость конденсатора увеличивается, если пространство между обкладками конденсатора вместо воздуха частично или полностью заполнить твердым или жидким диэлектриком. Кратность увеличения емкости равна относительной диэлектрической проницаемости этого вещества:

[16]

– абсолютная диэлектрическая проницаемость или удельная емкость материала [Ф/м].

Причиной увеличения емкости является поляризация диэлектрика, то есть перемещение связанных зарядов диэлектрика на ограниченные расстояния под воздействием электрического поля.

Электрическое поле, образованное этими зарядами, направлено навстречу внешнему и ослабляет его. Таким образом, при той же величине заряда на обкладках напряжение между ними при наличии поляризующегося диэлектрика оказывается меньше, а емкость больше.

Различают следующие виды поляризации:

- Электронная – упругое смещение и деформация электронных оболочек

- атомов и ионов. Наблюдается у всех видов диэлектрика, и не связана с потерей энергии.

- Ионная – смещение упруго-связанных ионов.

- Дипольная – частичная ориентация диполей под действием поля. Она связана с тепловым движением частиц, с потерей энергии.

- Структурная или миграционная поляризация – наблюдается в твердых телах неоднородной структуры, а так же при наличии примесей (пропитанные, бумажные, пленочные конденсаторы).

- Спонтанная – характерна для сегнетоэлектриков, характеризуется рассеянием энергии, выделением тепла.

Для конденсаторостроения неполярные вещества не очень удобны вследствие малого значения диэлектрической проницаемости , но все же применяются, когда требуются малые потери (), высокое удельное сопротивление и стабильность диэлектрической проницаемости к ним относятся: нефтяное масло, парафин, церезин, полиэтилен, полистирол, фторопласт – 4 и др.

Технические конденсаторные диэлектрики имеют сложную неоднородную структуру, поэтому у них присутствует несколько видов поляризации.