2. Диэлектрические материалы▲

Диэлектрики - материалы, обладающие незначительной электропроводностью. Основным электрическим свойством диэлектриков является их способность к поляризации.

2.1. Поляризация диэлектриков▲

При описании электрических явлений обычно рассматривают тело из диэлектрика, снабженное электродами, к которым подводится электрическое напряжение, т. е. некоторый участок изоляции. Таким участком может быть электрический конденсатор, изоляция кабеля электрической машины или аппарата и т. п., а также образец диэлектрического материала, специально подготовленный для измерения его электрических параметров.

В любом веществе, независимо от наличия или отсутствия в нем свободных электрических зарядов, всегда имеются связанные заряды: электроны оболочек атомов, атомные ядра, ионы. Под воздействием внешнего электрического поля связанные заряды в диэлектрике смещаются из своих равновесных состояний: положительные - в направлении вектора напряженности поля Е, отрицательные - в обратном направлении.

В результате этого каждый элементарный объем диэлектрика dV приобретает индуцированный электрический момент dp.

Поляризация – процесс упорядочения его связанных электрических зарядов под действием электрического поля. Качественно интенсивность поляризации диэлектрика определяется поляризованностью Р, равной отношению индуцированного электрического момента объема диэлектрика к этому объему, когда последний стремится к нулю:

. (2.1)

Поляризованность - векторная величина: ее направление совпадает с направлением электрического момента - от отрицательного заряда к положительному. Так как электрический момент измеряется в [Клм], а объем -в [м³], то единицей модуля поляризованности будет [Кл/м²].

Существует несколько видов поляризации: электронная, ионная, дипольная и миграционная.

2.1.1. Электронная поляризация.▲

Электронная поляризация - это смещение электронных орбит относительно положительно заряженного ядра.

Рис. 2.1. Электронная поляризация диэлектриков.

Она происходит во всех атомах любого вещества и, следовательно, во всех диэлектриках, независимо от наличия в них других видов поляризации.

Электронная поляризация устанавливается за очень короткое время после наложения электрического поля - порядка 10^-14 - 10^-16 с, что сравнимо с периодом световых колебаний. Поэтому электронная поляризация проявляется на всех частотах электрического поля, вплоть до оптических.

При увеличении размеров атома электронная поляризуемость увеличивается, так как при этом не только становится слабее связь электронов внешних оболочек с ядром атома и увеличивается смещение оболочки, но и возрастает заряд ядра.

2.1.2. Ионная поляризация.▲

Ионная поляризация - смещение друг относительно друга разноименно заряженных ионов в веществах с ионными связями под действием сил внешнего электрического поля. При этом центры положительных и отрицательных зарядов q ионов ячейки, совпадающие до приложения электрического поля, под действием поля раздвигаются на некоторое расстояние x в результате смещения разноименно заряженных ионов в противоположных направлениях, вследствие чего элементарная ячейка приобретает индуцированный электрический момент р_u = q_x.

Рис. 2.2. Ионная поляризация диэлектриков.

Ионная поляризация устанавливается также за малое время (хотя и большее, чем электронная) - 10^-13 с.

Ионная поляризуемость больше у тех веществ, где ионы слабо связаны друг с другом и несут большие электрические заряды, т. е. являются многовалентными.