Вопрос 13.Электрические свойства диэлектриков

Диэлектриками называются вещества, обладающие очень малой электропроводностью, способностью поляризоваться и образовы­вать электрическую емкость.

Диэлектрики характеризуются следу­ющими свойствами:

1)электрическими — поляризация, электропроводность, электрическая прочность;

2)физико-механическими — прочность, твердость, эластичность;

3)химическими — окисляемость, растворимость.

1.Поляризация диэлектриков.

Поляризацией называется обрати­мый процесс ограниченного упругого смещения электрических за­рядов диэлектрика под воздействием внешнего электрического поля.

В моменты включения, выключения или изменения напряже­ния происходит смещение зарядов и создается емкостной ток (ток смещения). В диэлектрике (в отличие от проводников) свободные заряды при поляризации передвигаются на сравнительно небольшие расстояния. О степени поляризации диэлектрика можно су­дить по величине диэлектрической проницаемости ε, которая пред­ставляет собой приращение емкости вакуумного конденсатора, если между электродами поместить данный диэлектрик.

Различают несколько видов поляризации.

Электронная поляризация характеризуется упругим смещением и деформацией электронных оболочек атомов и ионов. Этот вид поляризации происходит быстро — в течение 10-15 сек, и так как время поляризации ничтожно мало, не вызывает потерь элект­рической энергии. Электронная поляризация присуща всем диэлек­трикам. Величина поляризации не зависит от температуры, однако ε уменьшается с повышением температуры.

Ионная поляризация представляет собой смещение зарядов ионов на расстояния, меньшие постоянной решетки, и характерна для твердых тел с ионным строением (например каменная соль). С повышением температуры увеличивается расстояние между ио­нами и уменьшаются силы взаимодействия, в результате чего по­ляризуемость частиц возрастает.

Дипольно-релаксационная поляризация свойственна полярным жидкостям и газам и обусловливается ориентированием дипольных молекул под действием поля. Поворот диполей связан с потерями энергии на выделение тепла. После снятия электрического поля ориентация диполей ослабевает постепенно. Время, в течение которого система возвращается в равновесное состояние, называется временем релаксации.

Дипольно-релаксационная поляризация наблюдается и в некоторых твердых полярных органических ве­ществах. В этом случае происходит поворот полярных радикалов, а поляризация называется также дипольно - радикальной.

Ионно-релаксационная поляризация характеризуется смещени­ем слабо связанных ионов вещества под воздействием внешнего электрического поля на расстояния, превышающие постоянную ре­шетки. После снятия электрического поля возврат ионов к центрам равновесия происходит постепенно.

Резонансная поляризация происходит в диэлектриках при све­товых частотах и зависит от физико-химических особенностей тел. Резонансная поляризация связана с аномальной дисперсией света и пока еще недостаточно изучена.

Спонтанная поляризация наблюдается только у группы твер­дых диэлектриков ионной структуры, к которым относится, сегнетова соль (сегнетоэлектрики). В сегнетоэлектриках имеются неболь­шие поляризованные области—домены, векторы электрических моментов которых ориентированы хаотически и компенсируют друг друга. Под воздействием внешнего электрического поля в сегнетоэлектриках происходит ориентация электрических момен­тов доменов в направлении поля, ион поляризуется.

Структурная поляризация связана с наличием в диэлектриках проводящих и полупроводящих включений, слоев с различной проводимостью и т. д.