Поляризація

Якщо між двома паралельними електродами знаходиться вакуум, то результуюча електрична індукція (зміщення) D прямо пропорційна прикладеному полю:

D = e_o×E,

E = [ B/м ]; D = [ Кл/м² ]; e_o = [ Ф/м ].

Константа e_о називається абсолютною діелектричною проникністю:

e_o = 8,85×10^-12 Ф/м.

Якщо між двома електродами ввести якийсь матеріал, то відношення D/E збільшиться:

D = e_c×E.

Введемо безрозмірну величину: e = e_c/eo - відносну діелектричну проникність, або просто діелектричну проникність. Тоді:

D = e_o×e×E.

Електричну індукцію можна поділити на дві складові: а) індукцію, обумовлену присутністю матеріалу, і; б) індукцію, яку спостерігаємо у відсутності матеріалу. Нас буде цікавити перша складова, що називається поляризацією p:

P = D-e_o×E = e_o×e×E-e_o×E = (e-1) ×e_o×E.

Поляризація може бути поділена на чотири складові, кожній з яких належить свій механізм виникнення у відповідності з типом створюваного дипольного моменту:

P = P_ел + P_іон + P_ор + P_пр.

Електронна поляризація p_ел зображена схематично (рис.5.4, а) як зміщення електронної хмари в атомі. Іонна поляризація p_іон виникає в зв’язку із зміщенням атомів і іонів (рис.5.4, б). Обидві ці поляризації виникають тільки під дією електричного поля і зникають при знятті поля. Орієнтаційна поляризація p_ор виникає в присутності постійних диполей, які в нормальному стані хаотично орієнтовані, а під дією електричного поля приймають певну орієнтацію (рис.5.4, в). Четверта складова - поляризація просторового заряду (міграційна поляризація) p_пр - є результатом присутності в діелектрику ділянок або областей з низьким питомим опором (рис.5.4, г).

зовнішнє поле відсутнє

- - + - +

- - · - - + + - + +

- - - + - +

фаза з високою

зовнішнє поле провідністю

+ + + + + + + + + + +

- - - - - -

- - - - - - - - - -

- - - - - - + + + +

· + + +

- - - - - - - - - - -

(а) (б) (в) (г)

де, - «+», - «-».

Рис.5.4. Складові поляризації

Дипольний момент р дорівнює добутку Q на відстань d між різнополярними зарядами:

P = Q×d = Z×e×d (для зарядів кратних е).

Насправді, поляризація є інтегральною сумою всіх окремих дипольних моментів в одиниці об’єму:

P = (S p_ел + S p_іон + S p_ор + S p_пр)/ V.

Але є випадки коли зручніше розглядати поляризацію як великий диполь, у якого центри тяжіння позитивного і від’ємного зарядів зміщені в об’ємі матеріалу на деяку відстань.