Виды поляризации
3.1 Электронная поляризация
Электронная поляризация - это смещение электронных орбит относительно положительно заряженного ядра. Она происходит во всех атомах любого вещества и, следовательно, во всех диэлектриках, независимо от наличия в них других видов поляризации. Время восстановления составляет 10-13 сек.
Электронная поляризация наблюдается у всех видов диэлектриков и не связана с потерями энергии до резонансных частот. Значение диэлектрической проницаемости вещества с чисто электронной поляризацией численно равно квадрату показателя преломления света. Поляризуемость частиц при электронной поляризации не зависит от температуры, а диэлектрическая проницаемость уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и уменьшением числа частиц в единице объема. Кривая зависимости от температуры подобна кривой изменения плотности; причем наиболее резкие снижения наблюдаются при переходах вещества из твердого состояния в жидкое и из жидкого в газообразное, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2 – Переход вещества из твердого состояния в жидкое и из жидкого в газообразное
а) б)
а) под напряжением; б) без напряжения;
Рисунок 3 – Поляризация атомов
На рисунке 3 показано графическое изображение поляризации атомов.
Как мы видим орбиты электронов вытягиваются под действием напряжения [4].
3.2 Ионная поляризация
Ионная поляризация - наблюдается в веществах с ионной химической связью и проявляется в смещении друг относительно друга разноименно заряженных ионов. Как указывалось, время электронной поляризации весьма мало - на 2 - 3 порядка больше электронной поляризации.
В диэлектриках с ионным типом химической связи под действием электрического поля происходит смещение положительных ионов относительно отрицательных. Время установления ионной поляризации составляет обычно 10-14 – 10-15 с. Это означает, что данная поляризация полностью успевает устанавливаться в переменных полях, включая сверхвысокочастотные (1010 - 1011 Гц). В то же время в инфракрасной области спектра наблюдается запаздывание в установлении ионной поляризации.
Диэлектрическая проницаемость увеличивается с ростом температуры для неорганических стекол различного состава, для керамического материала - электротехнического фарфора, содержащего большое количество стекловидной фазы [5].
Рисунок 4 – Ионная поляризация молекулы
На рисунке 4 представлена схема ионной поляризации молекулы.
3.3 Упруго-дипольная поляризация
Во многих диэлектриках имеются молекулы, которые обладают собственным электрическим моментом. При изменении направления ориентации диполей во внешнем электрическом поле возникают упругие возвращающие силы.
В газах и жидкостях полярные молекулы разориентированы за счет теплового движения, так что результирующая поляризация равна нулю. Под действием внешнего поля устанавливается некоторая преимущественная ориентация диполей в направлении поля.
Во внешнем электрическом поле имеет место упругое отклонение дипольных моментов от равновесной ориентации, как это показано на рисунке 5.
Рисунок 5 – Упругий поворот диполя во внешнем поле
Когда диполи связаны достаточно жестко, при наложении внешнего электрического поля происходят упругие изменения в их направлении.
Поляризуемость зависит от электрического момента каждой молекулы, энергии межмолекулярных связей и направления электрического поля. Когда внутреннее и внешнее поля параллельны, поляризуемость равна нулю. Поэтому вклад упругой дипольной поляризации может обуславливать анизотропию диэлектрической проницаемости [5,6].