Физические процессы в диэлектриках

Поляризация

Состояние диэлектрика характеризуется наличием дипольного момента у любого элемента его объема. Бывает вынужденная (внешнее поле) и самопроизвольная (спонтанная) поляризация. Способность материалов к поляризации характеризуется диэлектрической проницаемости среды:

У диэлектриков два назначения:

1. Электроизоляция

2. Способность накапливать энергию электрического поля (обусловлено поляризацией)

Механизм поляризации

1. Электронный механизм: Поляризация происходит за счет упругого смещения и деформации электронных оболочек атомов и ионов.

2. Ионный механизм: Наблюдается в твердых телах с ионным строением, возникает за счет упругого смещения ионов.

3. Дипольный (релаксационный) механизм: Дипольные моменты частично ориентированны под действием поля. В отличии от предыдущих двух после снятия поля поляризация убывает ~.

4. Ионно-релаксационный механизм: В некоторых веществах в решетке есть слабосвязанные ионы (энергия связи невелика). Под действием внешнего электрического поля такие слабо привязанные ионы могут быть переброшены на величину больше чем период решетки. После снятия внешнего напряжения они медленно возвращаются в положение равновесия, на это перемещение расходуется энергия. Этот вид поляризации называют вредным, так как на высоких частотах мешает время релаксации и рассеивается много энергии.

5. Электронно-релаксационный механизм: Поляризуется за счет избытка электронов или дырок, так же является вредным механизмом поляризации.

6. Резонансная поляризация: Наблюдается на очень высоких частотах (оптический диапазон), если частота электрического поля совпадает с одной из резонансных частот электронных орбит, связей и др.

7. Миграционный механизм: Миграционная поляризация наблюдается в твердых телах неоднородной структуры, содержащей большое количество примесей и макроскопических неоднородностей. Проявляется в перемещении этих неоднородностей, является вредной, так как поглощается много энергии.

8. У сегнетоэлектриков наблюдается самопроизвольная поляризация. Она проявляется в наэлектризованности и сохранении наэлектризованности в отсутствии внешнего электрического поля.

Линейные и нелинейные диэлектрики

У линейных диэлектриков зависимость между напряженностью и индукцией представляет прямую линию, угол наклона определяется диэлектрической проницаемостью среды.

Зависимость линейная значит, не зависит от напряженности приложенного поля.

Нелинейные диэлектрики

У нелинейных диэлектриков может проявляться насыщение и гистерезис.

Удельное объемнее сопротивление

- сопротивление численно равное сопротивлению куба материала с ребром 1 метр.