Классификация диэлектриков по видам поляризации

Общая характеристика поляризации диэлектриков.

Основным, характерным для любого диэлектрика процессом, возникающим при воздействии на него электрического напряжения, является поляризация - ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул.

Под влиянием электрического поля связанные электрические заряды диэлектрика смещаются в направлении действующих на них сил и тем больше, чем выше напряженность поля. При снятии элек­трического поля заряды возвращаются в прежнее состояние. В по­лярных диэлектриках, содержащих дипольные молекулы, воздей­ствие электрического поля вызывает еще и ориентацию диполей в направлении поля; при отсутствии поля диполи дезориентируются вследствие теплового движения.

Большинство диэлектриков характеризуется линейной зависи­мостью электрического смещения от напряженности электрического поля, созданного в диэлектрике. Особую группу составляют ди­электрики, в которых с изменением напряженности поля смещение меняется нелинейно, обнаруживая насыщение при некотором зна­чении напряженности поля. Такие диэлектрики называются сегнетоэлектриками.

Любой диэлектрик с нанесенными на него электродами, вклю­ченный в электрическую цепь, может рассматриваться как конден­сатор определенной емкости.

Заряд конденсатора, как известно, равен Q = CU, где С — емкость конденсатора; U — приложенное напряжение.Заряд Q при заданном значении приложенного напряжения сла­гается из заряда , который присутствовал бы на электродах, если бы их разделял вакуум, и заряда Q_д, который обусловлен по­ляризацией диэлектрика, фактически разделяющего электроды:Q = Qо + Q_д. Одной из важнейших характеристик диэлектрика является его _ относительная диэлектрическая проницаемость . Эта величина представляет собой отношение заряда Q, полученного при некотором напряжении на конденсаторе, содержащем данный диэлектрик, к заряду Q_o, который можно было бы получить в конденсаторе тех же размеров и при том же напряжении, если бы между электродами находился вакуум:

Из выражения следует, что относительная диэлектрическая проницаемость любого вещества больше единицы и равна единице только для вакуума.

Классификация диэлектриков по видам поляризации.

Все диэлектрики по виду поляризации подразделяются на несколько групп.

К первой группе можно отнести диэлектрики, обладающие в основ­ном только электронной поляризацией, например неполярные и слабополярные твердые вещества в кристаллическом и аморфном состояниях (парафин, сера, полистирол), а также неполярные и слабополярные жидкости и газы (бензол, водород и др.).

Ко второй группе относятся диэлектрики, обладающие одновре­менно электронной и дипольно-релаксационной поляризациями. Сюда принадлежат полярные (дипольные) органические, полужидкие и твердые вещества (масляно-канифольные компаунды, эпоксидные смолы, целлюлоза, некоторые хлорированные углеводороды и т. п.).

Третью группу составляют твердые неорганические диэлектрики с электронной, ионной и ионно-электронно-релаксационной поля­ризациями. В этой группе целесообразно выделить две подгруппы материалов ввиду существенного различия их электрических ха­рактеристик:

диэлектрики с электронной и ионной поляризациями;

диэлектрики с электронной, ионной и релаксационными поля­ризациями.

К первой подгруппе преимущественно относятся кристаллические вещества с плотной упаковкой ионов [кварц, слюда, каменная соль, корунд, рутил]. Ко второй подгруппе принадлежат неорганические стекла, материалы, содержащие стекловидную фазу (фарфор, микалекс), и кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой частиц в решетке.

Четвертую группу составляют сегнетоэлектрики, характеризу­ющиеся спонтанной, электронной, ионной и электронно-ионно-релаксационной поляризациями (сегнетова соль, титанат бария и др.).

Приведенная выше классификация диэлектриков отражает в до­статочной степени основные электрические свойства.