Классификация диэлектриков по механизмам поляризации

Линейные диэлектрики

Линейные диэлектрики относят к пассивным диэлектрикам, применяемым в в качестве различных видов электрической изоляции или диэлектрика конденсаторов. Характер изменения поляризованности и диэлектрической проницаемости от напряженности поля для линейныхдиэлектриковпоказан на рисунке 2.9.

Рис. 2.9. Зависимость поляризованности и диэлектрической проницаемости линейных диэлектриков от напряженности электрического поля

 

Неполярные диэлектрики (нейтральные) – состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают. Примеры материалов: парафин, полиэтилен, полистирол.

Полярные диэлектрики (дипольные) – состоят из полярных молекул, обладающих электрическим моментом. В таких молекулах из-за их асимметричного строения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Примеры материалов: фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы, хлористый метил.

Ионные соединения представляют собой твердые неорганические диэлектрики с ионным типом химической связи. К первой группе ионных диэлектриков, в которой наблюдаются только быстрые виды поляризаций, относятся кристаллические вещества с плотной упаковкой ионов (каменная соль, кварц, слюда, корунд и др.) Ко второй группе, в которой кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой ионов в решетке имеют также и ионно-релаксационную поляризацию относятся неорганические стекла, электротехнический фарфор, ситаллы, микалекс и др.

Нелинейные диэлектрики

Пропорциональности между векторами Р и Е нет у нелинейных диэлектриков, к которым относятся, в частности, сегнетоэлектрики (рисунок 2.10). Нелинейные диэлектрики являются активными диэлектриками, параметры которых зависят от величины приложенной разности потенциалов.

Рис. 2.10. Зависимость диэлектрической проницаемости и поляризованности нелинейного диэлектрика от напряженности электрического поля

Диэлектрическая проницаемость смесей

Для расчета эффективной диэлектрической проницаемости смеси предполагается, что ее отдельные компоненты не вступают друг с другом в химические реакции, т.е. смесь является физической.

Обозначая через y₁ и y₂ доли объемного содержания (объемные концентрации) первого и второго компонента будем иметь для параллельного соединения:

(2.1)

для последовательного соединения:

(2.2)

Для расчета статистической смеси применяется формула Лихтенеккера.

(2.3)

 

Вопросы для самопроверки

Вопрос. Что такое поляризация диэлектрика?

Ответ. Поляризацией называется состояние вещества, при котором элементарный объем диэлектрика приобретает электрический момент.

 

Вопрос. Что называется относительной диэлектрической проницаемостью?

Ответ. Относительная диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение суммарного заряда конденсатора с диэлектриком к заряду того же конденсатора, если поместить его в вакууме без диэлектрика.

 

Вопрос. Какие диэлектрики называются линейными и нелинейными?

Ответ. Для линейных диэлектриков зависимость поляризованности от напряженности поля носит линейный характер, для нелинейных – нелинейный.

 

Вопрос. Какие поляризации происходят с рассеянием (потерями) энергии приложенного электрического поля и выделением тепла в материале?

Ответ. Замедленные поляризации.

 

Вопрос. Какие диэлектрики называются неполярными?

Ответ. Неполярные диэлектрики состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают.

 

Вопрос. Какие диэлектрики называются полярными?

Ответ. Полярные диэлектрики (дипольные) состоят из полярных молекул (диполей), обладающих электрическим моментом.

 

Вопрос. В чем состоит физическая сущность электронной поляризации?

Ответ. Электронная поляризация – смещение электронного облака относительно центра ядра атома или иона.

 

Вопрос. В каких материалах наблюдаются только быстрые виды поляризации?

Ответ. Быстрые виды поляризации наблюдаются в неполярных диэлектриках и в кристаллических веществах с плотной упаковкой ионов.

 

Вопрос. В чем состоит физическая сущность ионной поляризации?

Ответ. Ионная поляризация – наблюдается в веществах с ионной химической связью и проявляется в смещении друг относительно друга разноименно заряженных ионов на расстояния меньше.

 

Вопрос. Какие виды релаксационных поляризаций Вы знаете?

Ответ. Электронно-релаксационная; ионно-релаксационная; дипольно-релаксационная, миграционная; спонтанная.