Дипольно-релаксационная поляризация

Дипольно-релаксационная поляризация отличается от электронной и ионной поляризаций тем, что связана с нагреванием диэлектрика и с ориентацией молекул с постоянным дипольным моментом по отношению к действию внешнего электрического поля. Такой механизм поляризации наблюдается в полярных жидкостях и газах, а также в полярных твердых веществах органического происхождения.

Время установления дипольно-релаксационной поляризации:

t_{уст д-р} = (10^-4 – 10^-2) c.

Такой вид поляризации вызывает нагрев диэлектрика (на схеме замещения рис. 8 это отражено в виде активного сопротивления r_д-р).

В вязкой среде ориентация молекул под действием внешнего поля связана с затратами энергии, необходимыми для преодоления сил внутреннего трения между молекулами. При увеличении температуры дипольно-релаксационная поляризация сначала усиливается, что связано с уменьшением вязкости вещества, а затем ослабевает, что связано с усилением интенсивности хаотического теплового движения молекул.

Время релаксации – промежуток времени, в течение которого степень упорядоченности диполей после снятия внешнего поля уменьшается по сравнению с первоначальным значением в е раз (в 2,7 раза).

Рисунок 9

D – электрическое смещение,

t - время.

Ионно – релаксационная поляризация

Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в неорганических стеклах, а также в твердых материалах неорганического происхождения с неплотной упаковкой ионов в кристаллической решетке. При снятии внешнего поля ионно-релаксационная поляризация уменьшается по экспоненциальному закону и с ростом температуры она заметно усиливается.

Время установления ионно-релаксационной поляризации:

t_{уст. и-р} = (10^-5 – 10^-3) c.

Электронно-релаксационная поляризация

Электронно-релаксационная поляризация наблюдается в диэлектриках с проводящими и полупроводящими примесями и обусловлена возбуждением тепловой энергией избыточных (дефектных) электронов или дырок.

Значения относительной диэлектрической проницаемости e_r для такого вида поляризации максимально возможные.

Bремя установления электронно-релаксационной поляризации:

t_{уст. э-р} = (10^-6 - 10^-4) с.

В температурной зависимости относительной диэлектрической проницаемости e_r = f(T) может наблюдаться один или несколько максимумов.

Миграционная поляризация

Миграционная поляризация наблюдается в сложных твердых диэлектриках.

Сложный твердый диэлектрик – диэлектрик, состоящий из двух или более компонент, смешанных механически и не вступающих друг с другом в химическую реакцию.

Такой механизм поляризации может наблюдаться в диэлектриках с макроскопическими неоднородностями и примесями, а также может наблюдаться в приэлектродных областях при внесении неоднородных материалов в электрическое поле.

Наиболее сильно миграционная поляризация проявляется при низких частотах и она связана с большим рассеянием энергии внутри диэлектрика.

Спонтанная (самопроизвольная) поляризация

Спонтанная поляризация наблюдается в сегнетоэлектриках и сопровождается их сильным нагревом. У сегнетоэлектриков наблюдается нелинейная зависимость

D = f (E), а e_r зависит от E. В веществах с самопроизвольной (спонтанной) поляризацией имеются отдельные макроскопические области (электрические домены), которые обладают электрическим моментом в отсутствие внешнего электрического поля. При этом ориентация электрических моментов в разных доменах различна, в результате чего суммарный электрический момент такого вещества в пространстве равняется нулю. При наложении на вещество внешнего электрического поля происходит ориентация векторов электрических моментов доменов в направлении действия поля, что дает эффект очень сильной поляризации. В отличие от других механизмов поляризации при некотором значении напряженности электрического поля наступает насыщение (кривая 3 на рис. 7), и дальнейшее усиление поля уже не вызовет возрастания интенсивности поляризации.