 |
Дипольно-релаксационная поляризация. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и частоты электрического поля для дипольно-релаксационной поляризации.
|
|
|
|
Дипольно-релаксационная поляризация заключается в ориентации, повороте дипольных молекул, дипольных групп цепи макромолекул под действием сил электрического поля. Этот вид поляризации наблюдается у полярных диэлектриков, т.е. диэлектриков, состоящих из полярных молекул. Полярными являются молекулы, в которых центры тяжести всех положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такими полярными молекулами являются несимметричные молекулы, например, молекулы полихлорвинила:
в которых сильно полярная связь С - С1 располагается в пространстве напротив слабо полярной связи С - Н, в результате полярные моменты этих связей не компенсируются, и центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Дипольные молекулы находятся в хаотическом тепловом движении, под действием внешнего электрического поля они частично ориентируются, стремясь расположиться вдоль силовых линий поля, создавая тем самым эффект поляризации.
а)положение молекулы до
поляризации
б)положение молекулы после
поляризации
Дипольная поляризация происходит гораздо медленнее, чем электронная. Время установления и нарушения поляризации 10-10 сек и больше, т.е. это время может быть того же порядка, что и время полупериода переменных напряжений, применяемых в радиоэлектронике, или больше этого времени. Поэтому дипольная поляризация относится к числу замедленных (релаксационных) видов поляризации (релаксация - ослабление). Время установления поляризации тем больше, чем больше размеры молекул и чем выше абсолютная (динамическая) вязкость вещества. Дипольно-релаксационная поляризация накладывается на электронную, поэтому диэлектрическая проницаемость материалов с дипольно-релаксационной поляризацией больше, чем для материалов с чисто электронной поляризацией, и находится в пределах в среднем от 3 до 8.
|
|
|
Для твердых диэлектриков ε с ростом частоты падает.
а) электронной
б) дипольно-релаксационной
в) ионной или ионно-релаксационой
Поскольку дипольная поляризация по самой своей природе связана с тепловым движением - на явление дипольной поляризации должна оказывать существенное влияние температура. С увеличением температуры ослабляются молекулярные силы, уменьшается вязкость вещества, что должно усиливать дипольно-релаксационную поляризацию; однако в то же время возрастает энергия теплового движения молекул, что уменьшает ориентирующее действие поля. Поэтому диэлектрическая проницаемость с повышением температуры сначала возрастает, пока ослабление молекулярных сил оказывается сильнее, чем возрастание хаотического теплового движения, а затем падает, когда тепловое движение нарушает ориентацию молекул.
При повороте диполей в направлении поля преодолевается некоторое сопротивление, поэтому дипольно-релаксационная поляризация связана с диэлектрическими потерями (т.е. потерями электрической энергии на выделение тепла).
Полярными органическими диэлектриками, имеющими помимо электронной поляризации дипольно-радикальную, являются: поливинилхлорид, полиметилметакрилат (оргстекло), трифторхлорэтилен, полиэтилентерефталат (лавсан), полиамиды (капрон, нейлон и др.), полиуританы, поликарбонаты, полиимиды, феноло-формальдегидные смолы, карбамидо-формальдегидные смолы, эпоксидные смолы и др.
64. Ионная поляризация. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и частоты электрического поля для ионной поляризации.
Ионная поляризация - это смещение упруго связанных ионов на расстояние меньше постоянной решетки под действием электрического поля.
|
|
|
Схема ионной поляризации. Упругое смещение ионов из узлов кристаллической решетки:
а)положение ионов в узлах кристаллической решетки в
отсутствие электрического поля;
б)смещение ионов из узлов кристаллической решетки на
небольшие расстояния при воздействии электрического поля.
Время установления поляризации 10-13 - 10-12 сек, т.е. эта поляризация как и электронная, относится к мгновенным видам поляризации и происходит без диэлектрических потерь. Ионная поляризация накладывается на электронную. Диэлектрическая проницаемость для материалов с ионной поляризацией порядка 5-10 (слюда, кварц), а у некоторых титансодержащих диэлектриков она доходит до 150 (например, кристаллы рутила - ТiО2, титанаты кальция - CaOxTiO2 и керамические материалы - тиконды, в состав которых входит TiO2).
Величина ионной поляризации с повышением температуры возрастает, так как при тепловом расширении увеличиваются расстояния между ионами и, следовательно, ослабляются упругие силы связи между ионами, что облегчает их смещение под действием электрического поля.
а) электронной
б) дипольно-релаксационной
в) ионной или ионно-релаксационой
65. Ионно-релаксационная поляризация. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и частоты электрического поля для ионно-релаксационной поляризации.
Ионно - релаксационная поляризация заключается в перебросе слабо связанных ионов на расстояния, превышающие постоянную решетки, под действием внешнего электрического поля. Локальные тепловые перемещения слабо связанных ионов создают асимметрию распределения электрических зарядов в диэлектрике и, следовательно, создают электрический момент в единице объема.
После снятия электрического поля ионы постепенно возвращаются к центрам равновесия, и поляризация постепенно ослабевает, т.е. этот вид поляризации относится (как и дипольная поляризация) к замедленным релаксационным поляризациям, при которых происходит необратимое рассеяние электрической энергии в виде тепла, т.е. диэлектрические потери.
а) электронной
б) дипольно-релаксационной
в) ионной или ионно-релаксационой
Поляризация этого типа наблюдается при низких частотах.
|
|
|
