1. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ
Выполнила ученица 10 «Б» класса
Андронова Анна

2. Поляризацией диэлектрика называют состояние,
характеризующееся наличием электрического момента
у любого элемента его объема. Различают поляризацию,
возникающую под действием внешнего электрического
поля, и спонтанную существующую в отсутствии поля.
В некоторых случаях поляризация диэлектриков
проявляется под действием механических напряжений.
Способность различных материалов поляризоваться
в электрическом поле характеризуется относительной
диэлектрической проницаемостью. Осуществляется
благодаря сдвигу ионов относительно друг друга,
деформации электронных оболочек отдельных атомов,
молекул, ионов, либо ориентации электрических
диполей, существовавших в диэлектрике и в отсутствие
электрического поля. Существует несколько видов
поляризации, отличающихся своим механизмом и
свойствами.

3. Механизмы поляризации

4. Электронная поляризация
Представляет 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. Ионная поляризация
Характерна 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. Ионно-релаксационная
поляризация
Наблюдается 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. Дипольная поляризация
Отличается 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. Миграционная поляризация
Имеет 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. 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. 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. 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. Как диэлектрик влияет на
электрическое поле?
Если диэлектрик поместить во внешнее электрическое поле, то происходит поляризация
диэлектрика. При этом процессе молекулы диэлектрика ориентируются по внешнему
электрическому полю. На противоположных поверхностях диполя появляются связанные
заряды. 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 способность
диэлектрика к ослаблению внешнего поля.
Внесём полярный диэлектрик в электростатическое поле и посмотрим, что при этом
произойдёт. В полярных диэлектриках поляризация происходит в результате переориентации
диполей. Когда нет внешнего поля, диполи сориентированы хаотично и суммарное поле
внутри вещества равно нулю. Во внешнем поле под действием кулоновских сил происходит
поворот диполей. Воздействие внешнего электрического поля испытывают все молекулы
диэлектрика. Это приводит к тому, что в диэлектрике возникает собственное электрическое
поле. Электрическое поле внутри диэлектриков будет ослаблено по сравнению с внешним
полем Е. Наряду с ориентирующим действием кулоновских сил, дипольные молекулы
находятся под влиянием теплового движения. Тепловое движение стремится нарушить
ориентацию диполей.
Когда неполярный диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле, происходит
перераспределение зарядов внутри молекул таким образом, что в целом в диэлектрике
появляется собственное поле. В отличие от полярных диэлектриков, здесь нет влияния
теплового движения на процесс поляризации.

13. Спасибо за внимание!