Два вида диэлектриков
Диэлектриком называют вещество, которое не проводит электрический ток, следовательно в это веществе отсутствуют свободные заряженные частицы то есть таких заряженных частиц, которые способны свободно перемещаться по всему объёму тела. Обратная связь Правообладателям Политика конфеденциальности Условия использования. Они широко применяются в электротехнике в качестве трансформаторного, кабельного и конденсаторного масел. Например, по металлической проволоке электричество в его опытах распространялось, а по шелковой нити нет. Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении.
Диэлектриками могут быть вещества в трёх агрегатных состояниях: газообразном азот, водород , жидком чистая вода , твёрдом янтарь, фарфор, кварц.
Всякая молекула представляет собой систему с суммарным зарядом, равным нулю. Поведение молекулы во внешнем электрическом поле эквивалентно диполю. Положительный заряд такого диполя равен суммарному заряду ядер, помещён в «центр тяжести» положительных зарядов; отрицательный заряд равен суммарному заряду электронов и помещён в «центр тяжести» отрицательных зарядов. Все диэлектрики делятся на три группы: полярные, неполярные и кристаллические.
П олярные диэлектрики состоят из молекул , которые имеют асимметричное строение, что приводит к несовпадению «центров тяжести» положительных и отрицательных зарядов в молекуле рис. Молекула в этом случае представляет собой диполь. В отсутствие внешнего поля Е 0 ,благодаря тепловому движению молекул, дипольные моменты ориентированы хаотически и суммарный дипольный момент всех молекул равен нулю. К таким диэлектрикам относятся фенол, нитробензол. Н еполярные диэлектрики состоят из атомов и молекул, которые имеют симметричное строение рис.
К ним относят инертные газы, бензол, парафин, водород, кислород. Кристаллические диэлектрики имеют ионную структуру, - это слабополярные диэлектрики. К ним относятся NaCl, KCl.
При помещении диэлектрика в электрическое поле в его объёме и на поверхности появляются макроскопические заряды. Указанные заряды возникают в результате поляризации диэлектриков. Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей, то есть смещение положительных и отрицательных зарядов внутри диэлектрика в противоположные стороны.
Дипольная ориентационная поляризация. При отсутствии внешнего поля дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю рис.
Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле рис. Эта ориентация дипольных моментов молекул по полю тем сильнее, чем больше напряжённость электрического поля и ниже температура. Электронная поляризация.
Если неполярную молекулу поместить во внешнее электрическое поле Е 0 , то под действием электрического поля происходит деформация её электронных орбит и молекулы диэлектрика превращаются в диполи, сразу ориентированные вдоль внешнего поля ядра молекулы при этом смещаются по полю, а электронная оболочка вытягивается против поля и молекула приобретает дипольный момент.
Ионная поляризация. Если кристаллический диэлектрик NaCl имеющий кристаллическую решётку, в узлах которой правильно чередуются положительные и отрицательные ионы, поместить во внешнее электрическое поле Е 0 , то произойдёт смещение положительных ионов решётки вдоль направления поля, а отрицательных ионов — в противоположную сторону.
Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объёме внутри однородного диэлектрика. Аналогом электрической поляризации в сфере магнетизма является эффект намагничивания, характеризуемый вектором намагниченности.
В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы:. Поляризация диэлектриков за исключением резонансной максимальна в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты. В постоянном или достаточно медленно меняющемся от времени внешнем электрическом поле при достаточно малой величине напряженности этого поля, вектор поляризации поляризованность P , как правило исключение составляют сегнетоэлектрики , линейно зависит от вектора напряженности поля E :.
Для однородной среды фиксированного состава и структуры в фиксированных условиях её можно считать константой. В более общем случае для кристаллов низкой симметрии, под действием механических напряжений и т. В этом случае можно переписать формулу так в компонентах :. Можно заметить, что поляризуемость — одна из наиболее удобных физических величин для простой иллюстрации физического смысла тензоров и применения их в физике. Как и для всякого симметричного невырожденного тензора второго ранга, для тензора поляризуемости можно выбрать если среда неоднородная — то есть тензор зависит от точки пространства — то по крайней мере локально, если же среда однородная, то и глобально т.
Если среда в отношении поляризуемости изотропна, то все три главные поляризуемости равны друг другу, а действие тензора сводится к простому умножению на число. В достаточно сильных полях [3] всё описанное выше осложняется тем, что по мере роста напряженности электрического поля рано или поздно теряется линейность зависимости P от E. Характер появляющейся нелинейности и характерная величина поля, с которой нелинейность становится заметной, зависит от индивидуальных свойств среды, условий и т.
Зависимость поляризованности от быстро меняющегося во времени внешнего поля достаточно сложна. Она зависит от конкретного вида изменения внешнего поля со временем, быстроты этого изменения или, скажем, частоты колебаний внешнего поля, превалирующего механизма поляризации в данном веществе или среде который тоже оказывается разным для разных зависимостей внешнего поля от времени, частот и т.
При достаточно медленном изменении внешнего поля поляризация в целом происходит как в постоянном поле или очень близко к этому впрочем то, насколько медленным должно быть для этого изменение поля, зависит, и зачастую крайне сильно, от превалирующего типа поляризации и других условий, например температуры. Одним из наиболее распространенных подходов к изучению зависимости поляризации от характера меняющегося во времени поля является исследование теоретическое и экспериментальное случая синусоидальной зависимости от времени внешнего поля и зависимости вектора поляризации также меняющегося в этом случае по синусоидальному закону с той же частотой , его амплитуды и сдвига фазы от частоты.
Каждому механизму поляризации в целом соответствует тот или иной диапазон частот и общий характер зависимости от частоты. Диапазон частот, в котором имеет смысл говорить о поляризации диэлектриков как таковой, простирается от нуля где-то до ультрафиолетовой области , в которой становится интенсивной ионизация под действием поля.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 22 июня года; проверки требуют 18 правок.
