Основным электрофизическим свойством конденсаторных диэлектриков является поляризация

Поляризация – это процесс смещения и упорядочения связанных электрических зарядов в диэлектрике под воздействием приложенного внешнего электрического поля.

В зависимости от структуры диэлектрика существуют следующие виды поляризации:

1. Электронная или мгновенная поляризация. Это смещение электронов в сторону положительного электрода, в результате образуются пары связанных зарядов – упругие диполи, которые существуют только при наличии электрического поля. При снятии напряжения они также прекращают существование Время мгновенной поляризации 10^-14 – 10^-16 сек.

Электронная поляризация происходит во всех диэлектриках, но наиболее характерна для неполярных. Электронная поляризация происходит без потерь энергии. Вектор тока опережает вектор напряжения на 90 градусов.

 

2. Ионная поляризация. Происходит за счет смещения связанных ионов из положения равновесия. также происходит без потерь энергии.

 

3. Дипольно-релаксационная (замедленная).

Наблюдается в полярных диэлектриках, где существуют твердые диполи до до воздействия внешнего поля Их образование связано с несимметричным строением молекул.

в полярных диэлектриках происходит два вида поляризации – сначала происходит мгновенное смещение электронов, затем протекает более длительный процесс поворота полярных молекул. Такая поляризация происходит с потерями энергии на преодоление сил внутреннего поля диполей.

Время дипольной поляризации 10^-2 – 10^-8 сек.

 

Величина, которая характеризует степень ослабления напряженности внешнего приложенного поля за счет внутреннего поля диэлектрика, называется диэлектрической проницаемостью.

ε=

Величина ε (диэлектрическая проницаемость) зависит от:

1. Температуры. У неполярных диэлектриков при повышении температуры ε очень незначительно снижается за счет уменьшения концентрации молекул из-за увеличения объема.

У полярных диэлектриков при повышении температуры ε повышается за счет ослабления межмолекулярных связей. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры характеризуется ТК_ε (температурным коэффициентом).

ε(t^о) = ε₁•(1+ ТК_ε* D t^о)

 

2. От частоты приложенного напряжения.

ε неполярных диэлектриков не зависит от частоты напряжения, т.к. поляризация происходит мгновенно. Неполярные диэлектрики используют в технике ВЧ и СВЧ.(график 1)

ε

(2)

 

(1)

 

f1 f2 f(гц)

 

 

Диэлектрическая проницаемость полярных диэлектриков при повышении частоты изменяется:

При частоте f ≤f 1 все полярные молекулы успевают совершить поворот за время одного полупериода, когда электрическое поле в диэлектрике сохраняет свое напрвление.

При частоте f1≤ f ≤ f 2 процесс дипольной поляризации резко снижается, т.к. при повышении частоты молекулы из-за собственной инертности не успевают совершить поворот в соответствии с направлением электрического поля.

При f ≥ f2 дипольная поляризация практически отсутствует, происходят только процессы электронной поляризации.