Самый лучший диэлектрик – Подскажите пожалуйста примеры проводников и диэлектриков. Пофизике задали собрать коллекцию. Лутше то что я смог дома на

Содержание

§ 2.4. Диэлектрики и их основные свойства. Лучший в мире диэлектрик

И. Мисюченко

Последняя тайна Бога

где χ – безразмерная диэлектрическая восприимчивость вещества. Причём она всегда больше единицы для всех без исключения веществ. Позже мы увидим, что эта же величина является дискриминатором, отделяющим привычную нам вещную материю от пленума, мировой среды. Напомним, что в сильных полях диэлектрическая восприимчивость падает вплоть до единицы. Падает она и с ростом частоты внешнего поля и вообще всегда, когда появляется некий фактор, препятствующий росту среднего дипольного момента.

Диэлектрик, будучи изначально электрически нейтральным телом, во внешнем поле E0 так и остаётся нейтральным, ибо никакие заряды на него не попали. Да и

проводить он их не может. Откуда же взялось поле внутри, отличное от наружного? Оказывается, ориентация диполей по внешнему полю, например, в пластине, привела к тому, что на одной стороне пластины оказались положительные концы диполей, а на другой – отрицательные. Это эквивалентно тому, как если бы мы поместили равные и противоположные по знаку заряды на стороны пластины. Такие заряды называются связанными, поскольку они не могут быть разнесены, да и вообще не существуют в отрыве от своей среды, диэлектрика (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Образование связанных зарядов в диэлектрике и результирующая напряжённость

Результирующая напряжённость поля E внутри диэлектрика примет величину:

(2.25) Er = 1E+0χ = Eε0 ,

где безразмерная величина ε называется диэлектрической проницаемостью среды и показывает, во сколько раз поле в диэлектрической среде ослабляется и характеризует свойство диэлектрика поляризоваться во внешнем поле.

Заметим, что связанные заряды диэлектрика отличаются от свободных зарядов только тем, что их нельзя далеко разнести один от другого. Но их можно приводить в движение, например механическим образом. Движение связанных зарядов вызовет появление токов, в т.ч. и переменных. Токи вызовут магнитные и индукционные явления и т.д. и т.п. Поэтому связанные заряды следует считать вполне равноправными со свободными, за малыми ограничениями на свободу некоторых видов движения. И только!

В этой связи рассмотрим токи смещения, протекающие в диэлектрике под воздействием изменяющегося внешнего поля. Пусть мы имеем дело с неполярным

Хороший диэлектрик — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Хороший диэлектрик

Cтраница 1

Хорошие диэлектрики, применяемые для изоляции, имеют электропроводность порядка 10 — 4 Ом 1 м-т и менее.  [1]

Хороший диэлектрик, устойчив к действию мн. Применяют в произ-ве пенопластов, корпусов радио — и телеаппаратуры, деталей автомобилей, осветит, арматуры, посуды, авторучек и др. Мировое произ-во ок.  [2]

Примерами хороших диэлектриков

являются янтарь, фарфор, стекло, эбонит, резина, шелк и газы при комнатных температурах. Отметим, что многие твердые диэлектрики, например стекло, хорошо изолируют только в сухом воздухе и делаются плохими диэлектриками, если влажность воздуха велика. Это объясняется тем, что во влажном воздухе на поверхности диэлектриков может образоваться проводящая пленка воды. Осторожным нагреванием эту пленку можно удалить, после чего изолирующая способность снова восстанавливается.  [4]

Примерами хороших диэлектриков являются янтарь, фарфор, стекло -, эбонит, резина, шелк и газы при комнатных температурах. Отметим, что многие — твердые диэлектрики, например стекло, хорошо изолируют только в сухом воздухе и делаются плохими диэлектриками, если влажность воздуха велика. Это объясняется тем, что во влажном воздухе на поверхности диэлектриков может образоваться проводящая пленка воды.  [6]

Не являясь хорошим диэлектриком вследствие повышенной вла-гоемкости и не обладая высокой прочностью на скалывание, ДСП выгодно отличаются от текстолита и гетинакса несравнимо большей прочностью к статическим нагрузкам.  [7]

В хороших диэлектриках, величина удельной проводимости которых очень мала, мощность диэлектрических потерь также мала. Векторная Фазе с напряжением, наблюдается до-диаграмма токов в ди — полнительный ток, отстающий отобыч-электрике.  [8]

В достаточно хорошем диэлектрике ток проводимости весьма мал и им можно пренебречь.  [9]

Последний — хороший диэлектрик и не приводит к пробою, в то время как органические смолы, в частности фенопласты, в аналогичных условиях выделяют углеродные частицы, служащие проводником тока.  [10]

Каучук — хороший диэлектрик, он имеет низкую водопроницаемость и газопроницаемость.  [11]

Полиформальдегид — хороший диэлектрик, поэтому из него делают электро — и радиотехнические детали. Комплекс высоких физико-механических, тешюфизических, электрических и химических свойств разрешает применять полиформальдегид как конструкционный, антифрикционный и электротехнический материал в производстве деталей для автомобильной, приборостроительной, радио — и электротехнической промышленности, а также изделий народного потребления.  [12]

Полиформальдегид — хороший диэлектрик, поэтому из него делают электро — и радиотехнические детали. Комплекс высоких физико-механических, теплофизических, электрических и химических свойств разрешает применять полиформальдегид как конструкционный, антифрикционный и электротехнический материал в производстве деталей для автомобильной, приборостроительной, радио — и электротехнической промышленности, а также изделий народного потребления.  [13]

Минералокера-мика — хороший диэлектрик, поэтому попадание продуктов ее износа не снижает диэлектрических показателей изделия.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Самые сильные диэлектрики — каковы они. Статьи компании «ООО ПКФ Электропласт»

Чтобы обезопасить людей, пользующихся электрооборудованием, обеспечить надежную защиту от поражения электрическим током в обязательном порядке применяют изоляционные материалы. Диэлектрики с каждым годом усовершенствуются, появляются новые качественные средства, среди которых по силе электроизоляции и устойчивости к нагреву на первое место вышли лакоткани. Их изготавливают преимущественно из стеклоткани, а также искусственных и натуральных материалов. Для придания электрозащитных свойств пропитывают маслами, фторопластом, тефлоном, полиэфирами, кремнийорганическими компонентами.

Какие плюсы у диэлектриков из лакоткани

Лакотканевые материалы широко используют не только в бытовых электроаппаратах, но и в промышленном электрооборудовании. Среди неоспоримых достоинств лакоткней:

  • Высокие диэлектрические показатели. Удельное сопротивление варьирует в пределах 1 тераом на 1 м.

  • Износостойкость. Большинство лакотканей имеют срок службы более 10 лет, их не нужно заменять или восстанавливать.

  • Стойкость к температурным скачкам. Материалы выдерживают низкие температуры до 40 и более градусов, а также нагрев от 105 до 180 градусов.

  • Отличные эксплуатационные характеристики. Низкая теплопроводность и замечательные антифрикционные показатели.

В электроприборах и аппаратах главная задача диэлектриков – противостоять электрополю. Именно поэтому лакоткани незаменимы в сервисном обслуживании, для сборочно-ремонтных работ.

Тефлоновые диэлектрики: сила температурной и электрической прочности

Современные лакоткани на фторопластовой основе обладают лучшими диэлектрическими характеристиками. Именно поэтому их применяют в нагревательных элементах электрооборудования.

Несмотря на тонкость лакоткани с фторопластом, ее выгодно отличают следующие особенности:

  • эластичность, способность к растяжению;

  • устойчивость к широкому температурному диапазону;

  • отсутствие деформации и термической усадки;

  • стойкость к кислотам и щелочам минеральной и органической природы.

Тефлоновый диэлектрик получают путем термического спекания и многократного пропитывания фторопластом. Благодаря такой обработке материал приобретает высокие диэлектрические свойства, а также стойкость к высоким температурам до +180 градусов, и низким до -100 градусов.

Знакомьтесь – новые силиконовые диэлектрики

Особое место в электротехнической промышленности заняла стеклоткань с силиконом. Силиконовое покрытие улучшило механические свойства, придало материалу еще больше механической прочности и стойкости к рабочим температурным колебаниям. Изоляционный материал выдерживает от -50 до +260 градусов. Кроме того, лакоткань устойчива к действию:

  • воды;

  • коррозии;

  • щелочей;

  • масел;

  • кислот.

Модификации отличаются плотностью, толщиной и плетением. Дополнительное покрытие фольгой придает энерго и теплосберегающие свойства, что позволяет решать любые вопросы с термоизоляцией.

С помощью лакотканей качественно защищают электроустройства от неблагоприятных воздействий пыли, воды, снега, влажности, химических агрессивных факторов. Поэтому эти материалы широко применяют для изоляции и термозащиты в электрооборудовании.

Мир современных материалов — Общие сведения о диэлектриках

 Электроизоляционный материал – это диэлектрический материал, предназначенный для электрической изоляции. Величина электрического сопротивления находится в диапазоне от 10

6 Ом∙м до 1017 Ом∙м, для неионизированных газов еще выше.

 Электроизоляционные материалы в зависимости от агрегатного состояния подразделяют на газообразные, жидкие и твердые. По химическому составу – на органические (полиэтилен, полистирол и др.) и неорганические (слюда, мрамор и т.д.).

Под действием приложенного электрического поля проявляется важнейшее свойство диэлектриков – способность к поляризации. Поляризация – это процесс ограниченного смеще­ния или ориентации имеющих электрические заряды частиц ди­электрика, причем диэлектрик приобретает индуцированный электрический момент. По этому свойству диэлектрики делятся на «полярные», молекулы которых имеют постоянный, не равный нулю электрический момент, и «неполярные», молекулы которых приобретают электрический момент только при воздействии внешнего электрического поля.

Основные свойства диэлектриков:

— удельное объемное и поверхностное сопротивление (проводимость).

— температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ определяет изменение удельного сопротивления материала с изменением его температуры, 0С-1:

ТКρ=(1/ρ2)(dρ/ dt),

где ρ2 – удельное сопротивление при температуре t2; dρ – изменение удельного сопротивления; dt – изменение температуры с начальной до t2.

— диэлектрическая проницаемость диэлектрика ε. Различают относительную диэлектрическую проницаемость εr, абсолютную ε и диэлектрическую проницаемость вакуума ε0 (электрическая посто­яннаяe0= 8,85×10-12 Ф/м). Их связывает соотношение:

ε=εr∙ε0 или εr=ε/ε0.

Относительная диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз диэлектрическая проницаемость среды больше диэлектрической проницаемости вакуума.

Диэлектрическая проницаемость газообразных диэлектриков составляет около 1, для неполярных жидких и твердых диэлектриков она обычно равна 2-2,5, для полярных – обычно в пределах 3-8, но может и достигать нескольких десятков и сотен.

— Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКεr – позволяет оценить изменение диэлектрической проницаемости с изменением температуры:

ТКεr=(1/ εr)(dεr/ dt).

— Диэлектрические потери — мощность,  рассеиваемая в диэлектрике при действии на него переменного электромагнитного поля. Диэлектрические потери могут быть обусловлены как токами проводимости (потери проводимости), так и запаздыванием поляризации при изменении поля (релаксационные, миграционные и резонансные потери). Кроме того, в сильных электрических полях приналичии в диэлектрике воздушных включений наблюдаются дополнительные потери энергии (ионизационные потери). Диэлектрические потери зависят от приложенного напряжения U, В, частоты f, Гц, емкости C, Ф и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ, Вт:

P=U2∙C∙2πf∙tgδ.

— Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ определяет рассеиваемую в диэлектрике мощность при переменном электромагнитном поле. Произведение tgδна величину относительной диэлектрической проницаемости называется фактором потерь:

e» =er∙tgδ.

— Электрическая прочность диэлектрика Eпр – напряженность электрического поля, при достижении которой в какой-либо точке диэлектрика происходит пробой:

Eпр=Uпр/h,

где Uпр – пробивное напряжение, наибольшее значение напряжения, которое было приложено к диэлектрику в момент пробоя, h – толщина диэлектрика. Размерность электрической прочности – В/м.

— нагревостойкость. ГОСТ 21515-76 определяет нагревостойкость как способность диэлектрика длительно выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств.

По рекомендациям МЭК введена характеристика – температурный индекс (ТИ) – это температура, при которой срок службы материала составляет 20000 часов.

По нагревостойкости диэлектрики делятся на 7 классов. Температурные индексы, классы нагревостойкости приведены в табл. 1.

Таблица 1. Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов.

ТИ                  Класс нагревостойкости                      Температура, 0С

90                               Y                                                         90

105                             A                                                        105

120                             E                                                         120

130                             B                                                        130

155                             F                                                         155

180                             H                                                        180

180                             C                                                         Более 180

Указанные температуры являются предельно допустимыми при их длительном использовании.

 

Удельное объемное электрическое сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, электрическая прочность основных электроизоляционных материалов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Электрические свойства основных электроизоляционных материалов (при 200С)

Название                          ρ, Ом∙м                      εr                               tgδ                  Eпр, кВ/мм

                                                                     При 50 Гц                  При 50 Гц

Полистирол                1013 — 1015                  2,4-2,7                (2-4)∙10-4                    25-30

Полиэтилен                1013 — 1015                  2,3                       (2-3)∙10-4                     40-42

низкой плотности

Полиэтилен                 1013 — 1015                  2,4                        5∙10-4                           40-42

высокой плотности

Полипропилен            1013 — 1015                  2,1                        (2-3)∙10-4                   30-35

Поли-                              1012 — 1013                  3,7                         (3-5)∙10-4                   24

формальдегид

Полиуретан                 1012 — 1013                  4,6                         12∙10-3                         20-25

Полиметил-                 1010 — 1012                  3,6                          6∙10-2                               15-18

Метакрилат

ПВХ                                1010 — 1012                  4,7                         (3-8)∙10-2                     15-20

ПЭТФ                             1012 — 1013                  3,5                         (2-6)∙10-4                     30

(лавсан)

Фторопласт-4              1016 — 1018                  2,0                         (1-3)∙10-4                   27-40

Обозначения: ρ — удельное объемное электрическое сопротивление, εr — относительная диэлектрическая проницаемость, tgδ — тангенс угла диэлектрических потерь, Eпр — электрическая прочность.

 

Вас также может заинтересовать:

Диэлектрик — Википедия

Диэле́ктрик (изолятор) (от греч. dia — через и англ. electric — электрический) — вещество (материал), относительно плохо проводящее электрический ток. Электрические свойства диэлектриков определяются их способностью к поляризации во внешнем электрическом поле. Термин введён английским физиком М. Фарадеем[1].

Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. С точки зрения электродинамики диэлектрик — среда с малым на рассматриваемой частоте значением тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ≪1{\displaystyle \mathrm {tg} \,\delta \ll 1})[2], в такой среде сила тока проводимости[3] много меньше силы тока смещения. Под идеальным диэлектриком понимают среду со значением tgδ=0{\displaystyle \mathrm {tg} \,\delta =0}, прочие диэлектрики называют реальными или диэлектриками (средами) с потерями. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ.

Физические свойства

Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10−5 Ом·м, а к диэлектрикам — материалы, у которых ρ > 108 Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10−8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 1016 Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10−5—108 Ом·м. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причём двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.

Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические электромагнитные свойства на радиочастотах сочетаются с необходимыми физико-механическими параметрами. Такие материалы называют высокочастотными. Для понимания электрических, магнитных и механических свойств материалов, а также причин старения нужны знания их химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов.

Удельное сопротивление деионизированной воды (см. также: бидистиллят) — 18 МОм·см.

Параметры

Параметры диэлектриков определяют их механические (упругость, прочность, твердость, вязкость), тепловые (тепловое расширение, теплоемкость, теплопроводность), электрические (электропроводность, поляризация, поглощение энергии, электрическая прочность), магнитные, оптические свойства, а также определяют их электрический, механический, тепловой отклики на воздействие электрического поля, механического напряжения, температуры[4].

Примеры

К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стёкла, различные смолы, пластмассы.

Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.

Использование

При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств.

Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.

Пассивные свойства

Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных ёмкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определённой ёмкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.

Активные свойства диэлектриков

Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.

Примечания

Ссылки

Литература

Электреты — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электре́т — диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состояние после снятия внешнего воздействия, которое привело к поляризации (или заряжению) этого диэлектрика, и создающий в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле.

Большое количество используемых материалов, методов внешнего воздействия, технологических приемов для создания поляризованного состояния в диэлектриках обуславливают многообразие проявления электретного эффекта в них.

Современные представления об электретном эффекте основаны на двух типах зарядов в диэлектриках — гетеро- и гомозаряде.

Гетерозаряд обусловлен электрической поляризацией в объёме диэлектриков вследствие ориентации диполей, ионной (или электронной) поляризации, а также смещением пространственного заряда. В этом случае отрицательный заряд электрета сосредотачивается у анода, положительный у катода, и возникающее электрическое поле противоположно по направлению полю поляризации.

Гомозаряд обусловлен инжекцией из электродов в диэлектрик носителей зарядов и локализацией их на центрах захвата или рекомбинации электронов и дырок (на энергетических ловушках) различной природы. В этом случае у катода располагается связанный отрицательный, а у анода — связанный положительный заряд, и результирующее образующееся поле имеет то же направление, что и поляризующее. Вышеупомянутые ловушки представляют собой энергетические уровни захвата инжектированных носителей заряда в запрещенной зоне диэлектрика или полупроводника.

Существует несколько способов изготовления электретов. Большинство из них основано на том, что диэлектрик помещают в электрическое поле и подвергают дополнительному физическому воздействию, которое уменьшает время релаксации диполей либо ускоряет процесс миграции заряженных частиц. В зависимости от вида физического воздействия различают термо- (нагрев вещества), электро- (действие электрического поля), фото- (действие света), магнито- (действие магнитного поля), радио- (воздействие ионизирующего излучения) и др. электреты. Электретное состояние может возникать и без приложения к диэлектрику внешнего электрического поля, например, от механической деформации (механоэлектреты), при заряжении диэлектрика в поле коронного разряда (короноэлектреты), при нагревании полимеров в контакте с электродами из разнородных металлов (металлополимерные электреты), при электризации трением (трибоэлектреты), под воздействием плазмы тлеющего разряда. Электретный эффект присущ сегнетоэлектрикам (сегнетоэлектреты), тканям живого организма (биоэлектреты). При фиксировании ориентированных в электрическом поле диполей и смещенных ионов химическим путём, например, вулканизацией, получают хемоэлектреты.

Важнейшей характеристикой электретов, определяемой экспериментально, является эффективная поверхностная плотность зарядов (σэф {\displaystyle \sigma _{\text{эф }}}, Кл/м2), равная разности между гомо- и гетерозарядами. Другим параметром, характеризующим свойства электретов, является время релаксации зарядов Tp{\displaystyle T_{p}} (время уменьшения заряда в e раз). Временем жизни электрета Tж{\displaystyle T_{\text{ж}}} называется промежуток времени, в течение которого материал сохраняет электретные характеристики. У различных полимеров Tж{\displaystyle T_{\text{ж}}} составляет 3 — 10 лет.

Существует несколько традиционных областей применения электретов. Они применяются в качестве элементов:

  • Губкин А. Н. Электреты. М.: Наука, 1978. 192 с.
  • Электреты / Под ред. Сесслера Г. — М.: Мир. — 1983. — 487 с.
  • Лущейкин Г. А. Полимерные электреты. — М.: Химия. — 1984. — 184 с.
  • Пинчук Л. С., Гольдаде В. А. Электретные материалы в машиностроении. — Гомель: Инфотрибо. — 1998. — 288 с.
Гороховатский Ю. А. Электретный эффект и его применение. // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 8. — С. 92-98.
  1. Рычков А. А., Бойцов В. Г. Электретный эффект в структурах поли-мер — металл: Монография. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена. — 2000. — 250 с.
  • Галиханов М. Ф. Короноэлектреты на основе полиэтиленовых композиционных материалов. // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. № 5(С. 20-29) — 6 (С. 40-45).

Поляризация диэлектриков — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Поляризация.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногда вектор поляризации коротко называют просто поляризацией.

  • Вектор поляризации применим для описания макроскопического состояния поляризации не только обычных диэлектриков, но и сегнетоэлектриков, и, в принципе, любых сред, обладающих сходными свойствами. Он применим не только для описания индуцированной поляризации, но и спонтанной поляризации (у сегнетоэлектриков).

Поляризация — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольного момента у любого (или почти любого) элемента его объема.

Различают поляризацию, наведенную в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, которая возникает в сегнетоэлектриках в отсутствие внешнего поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика (сегнетоэлектрика) происходит под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры.

Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри однородного диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на его поверхности связанных электрических зарядов с некоторой поверхностной плотностью σ. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле c напряжённостью E1{\displaystyle \mathbf {E} _{1}}, направленное против внешнего поля с напряжённостью E0{\displaystyle \mathbf {E} _{0}}. В результате напряжённость поля E{\displaystyle \mathbf {E} } внутри диэлектрика будет выражаться равенством:

E=E0−E1.{\displaystyle \mathbf {E} =\mathbf {E} _{0}-\mathbf {E} _{1}.}

В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы:

  • Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10−15 с). Не связана с потерями.
  • Ионная — смещение узлов кристаллической решетки под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Время протекания 10−13 с, без потерь.
  • Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле.
  • Электронно-релаксационная — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле.
  • Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие.
  • Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопических включений в диэлектрике. Самый медленный тип.
  • Самопроизвольная (спонтанная) — возникает в отсутствие внешнего электрического поля. Наблюдается в материалах, состоящих из отдельных доменов (областей). В каждом из доменов имеет своё, отличное от других доменов, направление, в результате чего суммарный дипольный момент материала равен нулю. При наложении внешнего электрического поля дипольные моменты доменов ориентируются вдоль поля. Возникающая при этом поляризация проявляет существенно нелинейные свойства даже при малых значениях внешнего поля; наблюдается явление гистерезиса. Такие диэлектрики (сегнетоэлектрики) отличаются очень высокими значениями диэлектрической проницаемости (от 900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной керамики).
  • Резонансная — ориентация частиц, собственные частоты колебания которых совпадают с частотами внешнего электрического поля.
  • Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованию объёмных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения; имеет большие потери и является поляризацией замедленного действия.

Поляризация диэлектриков (за исключением резонансной) максимальна в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты.

Основной источник: [1]
  • Индуцированная электрическим полем
    • Упругая (деформационная)
    • Тепловая (прыжковая)
    • Объемно-зарядная (миграционная)

Сравнительные параметры различных типов поляризации

  • Вызванная неэлектрическим воздействием
    • Пьезополяризация
    • Пирополяризация
    • Фотополяризация
  • Существующая без внешних воздействий
    • Спонтанная
    • Остаточная

Зависимость вектора поляризации от внешнего поля[править | править код]

В постоянном поле[править | править код]

В слабых полях[править | править код]

В постоянном или достаточно медленно меняющемся от времени внешнем электрическом поле при достаточно малой величине напряженности этого поля, вектор поляризации P, как правило (исключение составляют сегнетоэлектрики), линейно зависит от вектора напряженности поля E:

P=χE{\displaystyle \mathbf {P} =\chi \mathbf {E} } (в системе СГС),
P=ε0χE{\displaystyle \mathbf {P} =\varepsilon _{0}\chi \mathbf {E} } (в Международной системе единиц (СИ); дальше формулы в этом параграфе приводятся только в СГС, формулы СИ и дальше отличаются лишь электрической постоянной ε0{\displaystyle \varepsilon _{0}})

где χ{\displaystyle \chi } — коэффициент, зависящий от химического состава, концентрации, структуры (в том числе от агрегатного состояния) среды, температуры, механических напряжений и т. д. (от одних факторов более сильно, от других слабее, конечно же и в зависимости от диапазона изменений каждого), и называемый (электрической) поляризуемостью (а чаще, по крайней мере для того случая, когда он выражается скаляром — диэлектрической восприимчивостью) данной среды. Для однородной среды фиксированного состава и структуры в фиксированных условиях её можно считать константой. Однако в связи со всем сказанным выше вообще говоря χ{\displaystyle \chi } зависит от точки пространства, времени (явно или через другие параметры) и т. д.

Для изотропных[2] жидкостей, изотропных твердых тел или кристаллов достаточно высокой симметрии χ{\displaystyle \chi } — просто число (скаляр). В более общем случае (для кристаллов низкой симметрии, под действием механических напряжений и т. д.) χ{\displaystyle \chi } — тензор (симметричный тензор второго ранга, вообще говоря невырожденный), называемый тензором поляризуемости. В этом случае можно переписать формулу так (в компонентах):

Pi=∑j χijEj,{\displaystyle P_{i}=\sum _{j}\ \chi _{ij}E_{j},}

где величины со значками соответствуют компонентам векторов и тензора, соответствующим трем пространственным координатам.

Можно заметить, что поляризуемость — одна из наиболее удобных физических величин для простой иллюстрации физического смысла тензоров и применения их в физике.

Как и для всякого симметричного невырожденного тензора второго ранга, для тензора поляризуемости можно выбрать (если среда неоднородная — то есть тензор зависит от точки пространства — то по крайней мере локально, если же среда однородная, то и глобально) т. н. собственный базис — прямоугольные декартовы координаты, в которых матрица χij{\displaystyle \chi _{ij}} становится диагональной, то есть приобретает вид, при котором из девяти компонент χij{\displaystyle \chi _{ij}} отличными от нуля являются лишь три: χ11{\displaystyle \chi _{11}}, χ22{\displaystyle \chi _{22}} и χ33{\displaystyle \chi _{33}}. В этом случае, обозначив для простоты χii{\displaystyle \chi _{ii}} как χi{\displaystyle \chi _{i}}, вместо предыдущей формулы получаем более простую

Pi=χiEi.{\displaystyle P_{i}=\chi _{i}E_{i}.}

Величины χi{\displaystyle \chi _{i}} называют главными поляризуемостями (или главными диэлектрическими восприимчивостями). Если среда в отношении поляризуемости изотропна, то все три главные поляризуемости равны друг другу, а действие тензора сводится к простому умножению на число.

В сильных полях[править | править код]

В достаточно сильных полях[3] всё описанное выше осложняется тем, что по мере роста напряженности электрического поля рано или поздно теряется линейность зависимости P от E.

Характер появляющейся нелинейности и характерная величина поля, с которой нелинейность становится заметной, тоже, конечно, зависит от индивидуальных свойств среды, условий итп.

Можно выделить их связь с типами поляризации, описанными выше.

Так для электронной и ионной поляризации при полях, приближающихся к величинам порядка отношения потенциала ионизации к характерному размеру молекулы U0/D, характерно сначала ускорение роста вектора поляризации с ростом поля (увеличение наклона графика P(E)), затем плавно переходящее в пробой диэлектрика.

Дипольная (Ориентационная) поляризация при обычно несколько более низких значениях напряженности внешнего поля — порядка kT/p (где p — дипольный момент молекулы, T — температура, k — константа Больцмана) — то есть когда энергия взаимодействия диполя (молекулы) с полем становится сравнимой со средней энергией теплового движения (вращения) диполя — наоборот начинает достигать насыщения (при дальнейшем росте напряженности поля должен рано или поздно включиться сценарий электронной или ионной поляризации, описанный выше, и кончающийся пробоем).

В зависящем от времени поле[править | править код]

Зависимость вектора поляризации от быстро меняющегося во времени внешнего поля достаточно сложна. Она зависит от конкретного вида изменения внешнего поля со временем, быстроты этого изменения (или, скажем, частоты колебаний) внешнего поля, превалирующего механизма поляризации в данном веществе или среде (который тоже оказывается разным для разных зависимостей внешнего поля от времени, частот и т. д.).

При достаточно медленном изменении внешнего поля поляризация в целом происходит как в постоянном поле или очень близко к этому (впрочем то, насколько медленным должно быть для этого изменение поля, зависит, и зачастую крайне сильно, от превалирующего типа поляризации и других условий, например температуры).

Одним из наиболее распространенных подходов к изучению зависимости поляризации от характера меняющегося во времени поля является исследование (теоретическое и экспериментальное) случая синусоидальной зависимости от времени внешнего поля и зависимости вектора поляризации (также меняющегося в этом случае по синусоидальному закону с той же частотой), его амплитуды и сдвига фазы от частоты.

Каждому механизму поляризации в целом соответствует тот или иной диапазон частот и общий характер зависимости от частоты.

Диапазон частот, в котором имеет смысл говорить о поляризации диэлектриков как таковой, простирается от нуля где-то до ультрафиолетовой области, в которой становится интенсивной ионизация под действием поля.

  1. ↑ Рез, 1989, с. 65.
  2. ↑ Обычно жидкости можно считать изотропными, однако это может оказаться верно не для всех классов жидкостей и может быть нарушено различными возмущениями (иногда — очень сильно, например, для растворов полимеров итп), поэтому лучше уточнить это явно.
  3. ↑ В этом параграфе подразумевается, что поле постоянно или медленно меняется во времени — то есть затронуты только вопросы, связанные с большой величиной напряженности поля; усложнения, связанные с достаточно быстрым изменением поля со временем, описаны далее в отдельном параграфе.
    • Рез И. С., Поплавко Ю. М. Диэлектрики. Основные свойства и применение в электронике. — М.: Радио и связь, 1989. — 288 с. — ISBN 5-256-00235-X.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *