поляризация диэлектриков

3,598 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
3,598
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
10
Actions
Shares
0
Downloads
15
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

поляризация диэлектриков

  1. 1. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ Выполнила ученица 10 «Б» класса Андронова Анна
  2. 2. Поляризацией диэлектрика называют состояние,характеризующееся наличием электрического момента у любого элемента его объема. Различают поляризацию,возникающую под действием внешнего электрическогополя, и спонтанную существующую в отсутствии поля.В некоторых случаях поляризация диэлектриковпроявляется под действием механических напряжений. Способность различных материалов поляризоватьсяв электрическом поле характеризуется относительнойдиэлектрической проницаемостью. Осуществляетсяблагодаря сдвигу ионов относительно друг друга,деформации электронных оболочек отдельных атомов,молекул, ионов, либо ориентации электрических диполей, существовавших в диэлектрике и в отсутствиеэлектрического поля. Существует несколько видовполяризации, отличающихся своим механизмом и свойствами.
  3. 3. Механизмы поляризации
  4. 4. Электронная поляризацияПредставляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов. Центр орбиты электрона смещается на расстояние, которое зависит от напряженности поля E и резонансной частоты атома. Время установления электронной поляризации ничтожно мало (около10-15с), поэтому электронную поляризацию условно называют мгновенной: запаздывания поляризации по отношению к изменению электрического поля не наблюдается. Электронная поляризация происходит без потерь энергии (как бы упругая деформация), в диэлектрике имеется только емкостная составляющая тока. 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.
  5. 5. Ионная поляризацияХарактерна для твердых тел с ионным строением и обусловлена смещением упруго связанных ионов на расстояния в пределах кристаллической решетки. Наблюдается в твердых телах с ионной кристаллической решеткой. Смещение токов происходит по малым расстояниям за счет упругой деформации решетки. Смещению ионов под действием поля препятствуют упругие силы химической связи. Смещение двух разноименно заряженных ионов приводит к появлению элементарного электрического момента. Сумма таких элементарных моментов, приходящихся на единицу объема, определяет ионный вклад в поляризованность диэлектрика. С повышением температуры расстояния между ионами вследствие теплового расширения материала увеличиваются. В большинстве случаев это сопровождается ослаблением сил упругой связи и возрастание поляризованности диэлектрика. Время установления ионной поляризации — порядка 10-13с.
  6. 6. Ионно-релаксационная поляризацияНаблюдается в ионных диэлектриках с неплотной упаковкой ионов, например, в неорганических стеклах и в некоторых кристаллических веществах. Ионно- релаксационная поляризация это переброс в твердом диэлектрике на другое место слабо закрепленных в решетке ионов. Это происходит при достаточной тепловой подвижности ионов, когда они отрываются от своего места в решетке и закрепляются в другом, недалеко от своего места. После снятия электрического поля ионы постепенно возвращаются к центрам равновесия, т.е. этот механизм можно отнести к релаксационной поляризации, при которой имеет место необратимое рассеяние энергии. Свойства ионно- релаксационной поляризации близки к свойствам дипольной поляризации.
  7. 7. Дипольная поляризацияОтличается от электронной и ионной тем, что дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении, частично ориентируются под действием поля, что и является причиной поляризации. Возможна, если молекулярные силы не мешают диполям ориентироваться вдоль электрического поля. У симметричных неполярных молекул (H2, O2, N2)под действием электрического поля возникает упругая поляризация.
  8. 8. Миграционная поляризацияИмеет место в двух- и многослойных диэлектриках, обладающих разными значениями диэлектрической проницаемости. Характеризуется большой инертностью и потерями. В граничных слоях слоистых материалов и в приэлектродных слоях может быть накопление зарядов медленно движущихся ионов, что создает эффект медленно движущейся поляризации.
  9. 9. Атомы и молекулы диэлектрика содержат равные количества положительных и отрицательных микроскопических зарядов и в целом электрически нейтральны. В зависимости от строения все диэлектрические вещества можно разделить на ТРИ большие группы.К первой группе принадлежат диэлектрики, состоящие из молекул, у которых “центры тяжести” положительных и отрицательных зарядов совпадают (например, бензол и др). Молекулы таких диэлектриков в отсутствие внешнего электрического поля не обладают дипольным моментом (рис.14.1.а). Во внешнем электрическом поле “центы тяжести” положительных и отрицательных (электронных оболочек) зарядов молекулы смещаются в противоположные стороны на некоторое расстояние L, малое по сравнению с размерами молекулы (рис.14.1 б).
  10. 10. Вторую группу диэлектриков составляют такие вещества, как вода, нитробензол и др. В таких веществах молекулы всегда (ив отсутствие внешнего поля) несимметричны, т.е. являются дипольными. Благодаря тепловому движению дипольные молекулы расположены в диэлектрике беспорядочно (рис.14.3 а). Поэтому диэлектрик в целом оказывается не поляризованным. Под влиянием электрического поля все дипольные молекулы диэлектрика повернутся так, что их оси расположатся приблизительно вдоль силовых линий поля (рис.14.3 б). Такого рода поляризация называется ориентационной или дипольной поляризацией. Полной ориентации препятствует тепловое движение.
  11. 11. К третьей группе относятся поляризации диэлектрика. кристаллические Если просуммировать все диэлектрики, имеющие дипольные моменты ионное строение диэлектрика в единице (хлористый натрий, объема, то получим хлористый калий и др). У вектор поляризации. кристаллических диэлектриков с ионной решеткой каждая пара соседних разноименных ионов подобна диполю (рис. 14.4.а) В электрическом поле эти диполи деформируются: удлиняются, если их оси направлены по полю, и укорачиваются, если оси направлены против поля. В результате диэлектрик поляризуется. Введем величину, характеризующую степень
  12. 12. Как диэлектрик влияет на электрическое поле?Если диэлектрик поместить во внешнее электрическое поле, то происходит поляризациядиэлектрика. При этом процессе молекулы диэлектрика ориентируются по внешнемуэлектрическому полю. На противоположных поверхностях диполя появляются связанныезаряды. Это приводит к тому, что в диэлектриках возникает свое электрическое поле,направленное против внешнего, и в сумме поле внутри диэлектрика будет меньше внешнего.Диэлектрическая проницаемость, о которой мы говорили раньше, характеризует способностьдиэлектрика к ослаблению внешнего поля.Внесём полярный диэлектрик в электростатическое поле и посмотрим, что при этомпроизойдёт. В полярных диэлектриках поляризация происходит в результате переориентациидиполей. Когда нет внешнего поля, диполи сориентированы хаотично и суммарное полевнутри вещества равно нулю. Во внешнем поле под действием кулоновских сил происходитповорот диполей. Воздействие внешнего электрического поля испытывают все молекулыдиэлектрика. Это приводит к тому, что в диэлектрике возникает собственное электрическоеполе. Электрическое поле внутри диэлектриков будет ослаблено по сравнению с внешнимполем Е. Наряду с ориентирующим действием кулоновских сил, дипольные молекулынаходятся под влиянием теплового движения. Тепловое движение стремится нарушитьориентацию диполей.Когда неполярный диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле, происходитперераспределение зарядов внутри молекул таким образом, что в целом в диэлектрикепоявляется собственное поле. В отличие от полярных диэлектриков, здесь нет влияниятеплового движения на процесс поляризации.
  13. 13. Спасибо за внимание!

×