2.1.3. Дипольная поляризация.▲

Дипольная поляризация характерна для полярных диэлектриков, молекулы которых представляют собой твердые диполи, электрические моменты которых ориентированы произвольно. Сущность этого метода поляризации заключается в повороте в направлении электрического поля молекул, имеющих постоянный электрический момент.

Рис. 2.3. Дипольная поляризация диэлектриков.

Диэлектрики можно подразделить на полярные (содержащие постоянные диполи, способные к переориентации) и неполярные (не содержащие ориентирующихся диполей).

В молекулах любого вещества содержатся положительные и отрицательные электрические заряды. Алгебраическая сумма всех зарядов равна нулю, когда вещество не наэлектризовано, т. е. электрически нейтрально. Однако пространственное расположение зарядов в молекуле у каждого вещества различно. Если заменить все положительные заряды молекулы одним суммарным, считая его расположенным в центре тяжести отдельных положительных зарядов, и такое же суммирование провести для отрицательных зарядов, то эти суммарные точечные заряды могут либо не совпадать в пространстве друг с другом, либо совпадать.

В первом случае молекула даже в отсутствие внешнего электрического поля будет представлять собой электрический диполь с отличным от нуля постоянным электрическим моментом р_П=ql, где q — суммарный положительный (отрицательный) заряд молекулы; l — расстояние между суммарными зарядами, т. е. плечо диполя. В большинстве случаев постоянный электрический момент молекул полярных веществ р_П = 10^-30 - 10^-29 [Клм].

Электрический момент молекулы - величина векторная, направленная от отрицательного заряда -q к положительному заряду +q. У неполярных веществ l = 0 и потому р_П = 0.

Независимо от электрических свойств о полярности вещества можно судить по строению его молекул. Молекулы, имеющие симметричное строение и центр симметрии, неполярны, так как центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают с центром симметрии молекулы и l = 0 и р_П = 0. Несимметричные молекулы полярны.

Более строго дипольную поляризацию можно объяснить как внесение внешним электрическим полем некоторой упорядоченности в положения полярных молекул, непрерывно совершающих хаотические тепловые движения. Следовательно, дипольная поляризация по своей природе связана с тепловым движением молекул, и на нее оказывает существенное влияние температура.

Дипольная поляризация в простейшем виде проявляется в газах, жидкостях и вязких аморфных веществах.

Процесс установления дипольной поляризации после включения диэлектрика под напряжение требует относительно большого времени. Поляризованность Р_Д дипольной поляризации за время t с момента снятия приложенного напряжения уменьшается по экспоненциальному закону:

(2.2)

Постоянную времени этого процесса τ называют временем релаксации дипольной поляризации. Если период приложенного переменного напряжения меньше τ, то диполи не успевают ориентироваться вслед за полем. Так как τ обычно имеет порядок 10^-6 - 10^-10 с, дипольная поляризация проявляется лишь на частотах не ниже 10⁶ - 10¹⁰ Гц.

При понижении температуры τ сильно возрастает.