Взаимосвязь особен-ей строения диэлектрика с электрофиз-ми парам-ми
Диэлектр-ими называтют материалы, имеющие низкую плотность подвижных носителей заряда (ионов и элект-ов), поэтому уд-ое электр-ое сопр-ие таких материалов в 1012 - 1025раз выше, чем у проводниковых матер-ов. Очевидно, что диэлект-ми явл-ся материалы с ковалентной, поляризационной или ионной связью м/у атомами, причем последние только в твердом состоянии. Кроме того, энергия возбуждения элект-ов на уровни проводимости превосходит 5 электрон-вольт.
По агрегатному состоянию диэлек-ки бывают твердыми, жидкими и газообразными. По происхождению диэлек-ки могут быть естествеными и искус-ми, органич-ми и неорган-ми.
По электрич-ой структуре все диэл-ки можно разделить на неполярные и полярные. У неполярных диэлек-ов в отсутствии внешнего поля собственный дипольный момент структурных единиц (атомов, молекул, элементарных кристал-их ячеек) равен нулю. У полярных диэлект-ов собственный дипольный момент структурных единиц отличен от нуля и в отсутствии внешнего поля. В свою очередь, полярные диэлек-ки могут быт параэлектрическими и сегнетоэлектрическими. У параэлек-ов дипольные моменты структурных единиц распределены по разным направлениям хаотически, и суммарный дипольный момент даже небольшого V равен 0. У сегнетоэлектриков дипольные моменты ориентированы параллельно, и суммарный дипольный момент малых объемов не равен нулю.
При помещении диэлек-ка в электрич-ое поле в нем развиваются два основных процесса: поляризация и сквозная электропроводность. Развитие основных процессов может, в свою очередь, привести к ряду дополнительных процессов к потере энергии электрического поля в диэлектрике и пробою диэлектрика.
Упругая поляризация
Упругая поляр-ия не связана с тепловым движением молекул. К ней относятся след-ие виды поляр-ии:
а) упругого электронного смещения; б) ионного упругого смещения; в) дипольно-упругая;
г) упругого ядерного смещения.
Характ-ым для этих видов поляр-ии явл-ся то, что заряженные частицы под действием поля смещаются на очень малые расстояния в пределах поля упругих сил, связыв-их эти частицы с другими. В этой связи поляриз-ей упругого ядерного смещения в промыш-ых матер-ах можно пренебреч.
Поляр-ия упругого электр-ого смещения. Этот вид поляр-ии связан со смещ-ем элект-ых оболочек атомов относительно ядер и имеет место во всех без исключения диэлек-ах, за исключ-ем абсолютного вакуума. Важно-у неполярных диэлек-ов с ковалентной связью м/у атомами поляриз-ия упругого электронного смещения явл-ся основным видом поляр-ии (полиэтилен, трансформаторное масло, парафин, водород). Дипольный момент, возникающий в атомах из-за упругого электр-ого смещения, увелич-ся при радиусов электронных оболочек атомов и кол-ва электр-ов на них.Поскольку общий эффект поляр-ии при упругой деформации электр-ых оболочек в электр-ом поле мал, диэлектр-ая прониц-ть непол-ых диэл-ов мала.
При темп-ы V диэлекка , и диэлектр-ая проницаемость, в соответствии с выражением
Особенно
заметно уменьшение
при плавлении и испарении диэлект-ов,
когда их объем существенно возрастает.
Поляризация упругого ионного смещения. Этот вид поляризации вызван упругим смешением ионов из равновесных положений под действием внешнего электрического поля. Он характерен для ионных кристаллов (мрамор, поваренная соль, слюда, кварц и др.). Важно отметить, что в таких материалах, наряду с поляризацией упругого ионного смещения, присутствует и поляризация упругого электронного смещения. Типичная величина диэлектрической проницаемости составляет 5-150. Так у поваренной соли (NaCl) 6, у корунда (Al2O3) 0, у рутила (TiO2) 110, у титаната кальция (CaTiO3) 150. Из приведенных данных следует, что величина поляризации возрастает с увеличением радиусов ионов и с увеличением их зарядов.
Дипольно-упругая поляризация. Эта поляризация заключается в повороте на малый угол диполей и имеет место в полярных твердых диэлектриках, где диполи прочно связаны связями с другими молекулами. Время установления этой поляризации составляет 10-12 - 10-13 с.
Поляризация упругого ядерного смещения. Этот вид поляризации наблюдается в газах со сложными молекулами. Время установления 10-12 – 10-13 с. Вклад этой поляризации в диэлектрическую проницаемость пренебрежимо мал.