6. Основні види поляризації

1. Електронна поляризація являє собою зсув центра заряду електронної хмари щодо центра позитивно зарядженого ядра під дією зовнішнього електричного поля (рисунок 4.2), зміщенню протидіє кулонівське притягання електронів до ядра. Час встановлення електродної поляризації дуже малий (біля 10-15 с), тому вона практично не залежить від частоти електромагнітного поля, не зв'язана з втратою енергії і не залежить від температури. Електронна поляризація спостерігається у всіх видах діелектриків.

Pисунок 4.2 – Схематичне зображення електронної поляризації: а – неполярний атом при відсутності електричного поля; б – полярний атом при дії електричного поля;

2. Іонна поляризація виникає внаслідок пружного зсуву зв'язаних іонів з положення рівноваги на відстань, менша постійних кристалічних ґрат (рисунок 4.3) З підвищенням температури поляризація зростає, оскільки теплове розширення, видаляючи іони друг від друга, послабляє діючі між ними сили взаємодії Час встановлення іонної поляризації біля 10-13 с. Вона, так само як і електронна, не зв'язана з втратами енергії і не залежить від частоти, аж до частот інфрачервоного діапазону Іонна поляризація характерна для кристалічних діелектриків іонної структури з щільним упакуванням іонів.

Рисунок 4.3 – Схематичне зображення іонної поляризації. Іонна кристалічне решітка: а – при відсутності електричного поля; б – при дії електричного поля;

3. Дипольно-релаксаційна поляризація полягає в повороті (орієнтації) дипольних молекул у напрямку зовнішнього електричного поля Дипольні молекули, що знаходяться в хаотичному тепловому русі, орієнтуються в напрямку зовнішнього електричного поля, створюючи ефект поляризації діелектрика (рисунок 4.4) При знятті поля поляризація порушується хаотичним тепловим рухом молекул, а поляризація Р спадає по експонентному закону:

 (10.6)

де Р₀ — поляризація у момент зняття напруги, t_о - постійна часу цього процесу, називаний часом релаксації дипольної поляризації. Час релаксації — це проміжок часу, протягом якого поляризація діелектрика після зняття поля зменшується внаслідок теплового руху молекул в е»2,72 рази від первісної. Звичайно t має порядок 10^-6-10^-10 с, отже, дипольна поляризація виявляється лише на частотах нижче 10⁶—10¹⁰ Гц Дипольно-релаксаційна поляризація зв'язана з втратою енергії, оскільки поворот диполів у напрямку поля вимагає подолання деякого опору й істотно залежить від температури.

Рисунок 4.4. – Схематичне зображення дипольно-релаксаційної поляризації. Розташування дипольних молекул: а – при відсутності електричного поля; б – при дії електричного поля

4. Іонно-релаксаційна поляризація обумовлена зсувом слабко зв'язаних іонів під дією зовнішнього електричного поля на відстань, що перевищує постійну кристалічних ґрат. При цьому виді поляризації виникають втрати енергії і поляризація помітно підсилюється з підвищенням температури. Іонно-релаксаційна поляризація спостерігається в неорганічних кристалічних діелектриках іонної структури з нещільним упакуванням іонів. 5. Міграційна поляризація обумовлена наявністю в технічних діелектриках провідних і напівпровідних включень, шарів з різною провідністю і т.п. При внесенні неоднорідних матеріалів в електричне поле вільні електрони й іони що проводяться і напівпровідникових включень починають переміщатися в межах кожного включення, утворюючи поляризовані області. Процеси встановлення й зняття міграційної поляризації порівняно повільні і можуть продовжуватися секунди, хвилини і навіть години. Цей вид поляризації звичайно можливий лише на низьких частотах. 6. Мимовільна (спонтанна) поляризація, яка властива сегнетоелектрикам, електронно-релаксаційна поляризація й ін.