Механизмы мгновенной поляризации
Основные виды поляризации диэлектриков:
− поляризация мгновенная, вполне упругая, без рассеяния энергии, т.е. без выделения тепла, за время 10-15– 10-13;
− поляризация, протекающая не мгновенно, а нарастающая и убывающая замедленно и сопровождаемая рассеянием энергии в диэлектрике, т.е. его нагреванием. Такой вид поляризации называется релаксационной (время от 10-8 до 102 с).
Мгновенная – происходит в диэлектрике под воздействием электрического поля практически мгновенно, вполне упруго, без рассеяния энергии, то есть без выделения тепла. К мгновенным относятся электронная и ионная поляризации.
Электронная поляризация(Cэ, Qэ).
Представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов относительно ядра под действием внешнего электрического поля:
Рисунок 1.4 – Электронная поляризация диэлектрика
а) положение орбит электронов при отсутствии электрического поля,
б) при наличии электрического поля
При отсутствии электрического поля центр положительного заряда ядра и центр отрицательного заряда совпадают. Атом нейтрален. Под действием внешнего электрического поля орбиты, по которым движутся отрицательные электроны, смещаются к положительному электроду. Центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают. Нейтральный атом превращается в диполь (так называемый упругий диполь). Наблюдается такая поляризация во всех видах диэлектриков и не связана с потерей энергии, а диэлектрическая проницаемость вещества численно равна квадрату показателя преломления света n2.
|
|
|
Ионная поляризация.
Ионная поляризация(Cи, Qи) характерна для твердых тел с ионным строением и обуславливается смещением (колебанием) упруго связанных ионов в узлах кристаллической решетки. С повышением температуры смещение усиливается в результате ослабления упругих сил между ионами. Это происходит из-за увеличения расстояния между ионами вследствие теплового расширения.
Рисунок 1.5 – Механизм ионной поляризации
Время установления ионной поляризации больше, чем электронной, но оно также очень мало и имеет порядок 10-13 с.
Все остальные виды поляризации являются релаксационными.
Замедленные виды поляризации
Дипольно-релаксационная поляризация – относится к замедленным видам поляризации. Время ее установления несколько минут. Заключается в повороте дипольных молекул.
С увеличением температуры она сначала увеличивается, т.к. вязкость вещества падает и межмолекулярные силы ослабевают.Затем,из-заувеличения скорости хаотического теплового движения молекул, диполям становится труднее поворачиваться, и поляризация ослабевает.
|
|
|
Поворот диполей в вязком веществе требует затрат энергии, поэтому выделяется теплота.
Ионно-релаксационная поляризация – наблюдается в неорганических стеклах, вионных кристаллических веществах с неплотной упаковкой ионов. Заключается в неупругом смещении ионов. При данной поляризации выделяется теплота. При увеличении температуры поляризация заметно усиливается.
Электронно-релаксационная поляризация – возникает за счет возбужденных тепловой энергией избыточных (дефектных) электронов или дырок.Характерна для диэлектриков с высоким показателем преломления, большим внутренним полем и электронной электропроводностью: двуокиси титана, загрязненной примесями Nb+5, Са+2, Ва+2; двуокиси титана с анионными вакансиями и примесью ионов Ti+3.
Миграционная поляризация(Cм, rм, Qм) протекает в твердых диэлектриках неоднородной структуры при макроскопических неоднородностях или наличии примесей за время порядка 102 с. Эта поляризация проявляется при низких частотах и связана со значительным рассеянием энергии. Причинами такой поляризации являются проводящие и полупроводящие включения в технических, сложных диэлектриках, наличие слоев с различной проводимостью и т.д.
|
|
|
При внесении неоднородных материалов в электрическое поле свободные электроны и ионы проводящих и полупроводящих включений перемещаются в пределах каждого включения, образуя большие поляризованные области (рисунок 1.6). В слоистых материалах на границах раздела слоев и при электродных слоях идет накопление зарядов медленно движущихся ионов – это эффект межслоевой или структурной высоковольтной поляризации.
Рисунок 1.6 – Миграционная поляризация:
а) в слоистом диэлектрике, б) в диэлектриках с включениями
Вопросы к модулю:
1. Перечислить виды изоляции.
2. Понятие диэлектрической проницаемости.
3. Электронная поляризация.
4. Ионная поляризация.
5. Дипольно-релаксационная поляризация.
6. Ионно-релаксационная поляризация.
7. Электронно-релаксационная поляризация.
8. Миграционная поляризация.
9. Классификация диэлектриков.
10. Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков.
11. Диэлектрическая проницаемость твёрдых диэлектриков.
12. Электропроводность диэлектриков.
13. Понятие удельного объёмного/поверхностного сопротивления.
|
|
|
14. Электропроводность газов.
15. Электропроводность жидкостей.
16. Электропроводность твёрдых тел, поверхностная электропроводность.
17. Диэлектрические потери.
18. Виды диэлектрических потерь.
2ПРОЦЕССЫ В ДИЭЛЕКТРИКАХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 734; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!