3 Tipuri de polarizare 5
3.1 Polarizarea electronică 5
3.2 Polarizarea ionică 6
3.3 Polarizarea dipolului elastic 7
3.4 Polarizarea ion-relaxării 8
3.5 Polarizarea dipol-relaxare 9
3.6 Polarizarea migratoare (intermediară) 11
3.7 Polarizarea electron-relaxare 11
3.8 Polarizarea polarizării nucleare 12
3.9 Polarizarea reziduală (electret) 12
3.10 Polarizarea spontană (feroelectrică) 13
3.11 Polarizarea piezoelectrică 14
4 Clasificarea dielectricilor 15
5 Tipuri de polarizare prin viteza procesului 17
LISTA REFERINȚELOR 20
Esența fenomenului de polarizare constă în faptul că, sub influența unui câmp electric extern, încărcăturile asociate ale dielectricului sunt deplasate în direcția forțelor care acționează asupra lor și cu cât este mai mare, cu atât este mai mare intensitatea câmpului.
Utilizarea lor în dispozitivele electrice se datorează capacității dielectricului de a polariza [1].
Un dielectric este o "substanță a cărei proprietate electrică principală este capacitatea de a polariza într-un câmp electric" și în care existența unui câmp electrostatic este posibilă, deoarece încărcăturile electrice ale atomilor, moleculelor sau ionilor săi sunt legate
Dielectricii utilizați în practică conțin de asemenea încărcări libere, care, atunci când se deplasează într-un câmp electric, cauzează o conductivitate directă a curentului [2].
Conceptul de polarizare
Polarizarea este deplasarea limitată a sarcinilor legate sau orientarea moleculelor dipol care are loc în orice dielectric sub acțiunea unui câmp electric. [3]
Există două definiții ale polarizării:
Proprietatea undelor electromagnetice și a luminii va fi localizată într-un anumit plan. Planul de polarizare a razei incidente.
Depunerea pe electrozi a diferitelor substanțe care slăbesc curentul. Polarizarea electrozilor.
În funcție de mecanismul sau de ordinea deplasării încărcăturilor electrice, se disting următoarele tipuri de polarizări:
Polarizarea spontană (feroelectrică);
Piezoelectric polarizare [4].
Mecanisme de polarizare
Valoarea capacității unui condensator cu un dielectric și a încărcăturii electrice acumulate în el se datorează mai multor mecanisme de polarizare diferite pentru diferitele dielectrice și pot avea loc simultan pentru același material.
Figura 1 prezintă un circuit dielectric echivalent în care există mecanisme diferite de polarizare, poate fi reprezentat ca o serie de condensatori conectați în paralel cu sursa de tensiune.
În funcție de natura legăturii chimice, se disting următoarele trei mecanisme de bază ale polarizării dielectricilor: electronică, ionică și dipol (orientare).
Polarizarea electronică este inerentă tuturor dielectricilor și predomină în cristale cu o legătură covalentă. Sub acțiunea unui câmp electric extern P, electronii atomului sunt deplasați în raport cu nucleul său (deformarea cochiliunii electronice) și apar dipoli indus. Proprietățile dielectrice ale dipolilor induse sunt printre fenomenele de rezonanță.
Mecanismul electronic de polarizare este cel mai puțin inerțial; Masa electronilor este mult mai mică decât masa particulelor care participă la procesul de polarizare. Timpul pentru stabilirea polarizării electronilor este ≈ 10-15 s, comparabil cu perioada de oscilații a luminii [4].
Tipuri de polarizare
3.1 Polarizarea electronică
Polarizarea electronică este deplasarea orbitelor electronice în raport cu un nucleu încărcat pozitiv. Apare la toți atomii de orice substanță și, prin urmare, în toate dielectricile, indiferent de prezența altor tipuri de polarizare în ele. Timpul de recuperare este de 10 - 13 secunde.
Polarizarea electronică este observată în toate tipurile de dielectrice și nu este asociată cu pierderea de energie la frecvențele rezonante. Valoarea constantei dielectrice a unei substanțe cu polarizare pur electronică este numeric egală cu pătratul indicelui de refracție al luminii. Polarizabilitatea particulelor în polarizarea electronilor nu depinde de temperatură, iar constanta dielectrică scade odată cu creșterea temperaturii datorită dilatării termice a dielectricului și scăderii numărului de particule pe unitatea de volum. Curba de dependență de temperatură este similară cu curba de variație a densității; cele mai mari scăderi sunt observate la trecerea materiei de la solid la lichid și de la lichid la gazos, așa cum se arată în figura 2.
Figura 2 - Tranziția materiei de la o stare solidă la lichid și de la lichid la gazos
a) sub tensiune; b) fără tensiune;
Figura 3 - Polarizarea atomilor
Figura 3 prezintă o reprezentare grafică a polarizării atomilor.
După cum vedem, orbitele electronilor sunt întinse sub acțiunea tensiunii [4].
3.2 Polarizarea ionică
Polarizarea ionilor este observată în substanțe cu o legătură chimică ionică și se manifestă prin dislocarea ionilor încărcați eterogen în raport unul cu celălalt. După cum este indicat, timpul de polarizare a electronilor este foarte scurt - cu 2 - 3 ordine de mărime mai mare decât polarizarea electronilor.
În dielectricii cu un tip ionic de legare chimică, deplasarea ionilor pozitivi în raport cu ionii negativi apare sub influența unui câmp electric. Timpul pentru stabilirea polarizării ionului este de obicei 10 -14 -10 -15 s. Aceasta înseamnă că această polarizare poate fi stabilită pe deplin în câmpuri variabile, inclusiv frecvența ultrahigh (10 10 - 10 11 Hz). În același timp, se observă o întârziere în stabilirea polarizării ionilor în regiunea infraroșie a spectrului.
Condiția dielectrică crește cu creșterea temperaturii pentru pahare anorganice cu diferite compoziții, pentru un material ceramic - porțelan electric care conține o cantitate mare de fază vitroasă [5].
Figura 4 - Polarizarea ionică a unei molecule
Figura 4 prezintă schema de polarizare ionică a unei molecule.
3.3 Polarizarea dipolului elastic
În multe dielectrice, există molecule care au propriul lor moment electric. Când direcția de orientare a dipolilor se schimbă într-un câmp electric extern, apar forțe de restabilire elastică.
În gaze și lichide, moleculele polare sunt dezorientate datorită mișcării termice, astfel încât polarizarea rezultantă este zero. Sub influența unui câmp extern se stabilește o orientare preferențială a dipolilor în direcția câmpului.
În câmpul electric extern există o abatere elastică a momentelor dipolului din orientarea de echilibru, așa cum se arată în figura 5.
Figura 5 - Rotirea dipolului elastic într-un câmp extern
Atunci când dipolii sunt conectați destul de rigid, când se aplică un câmp electric extern, apar schimbări elastice în direcția lor.
Polarizabilitatea depinde de momentul electric al fiecărei molecule, de energia legăturilor intermoleculare și de direcția câmpului electric. Când câmpurile interne și externe sunt paralele, polarizabilitatea este zero. Prin urmare, contribuția polarizării dipolului elastic poate provoca o anizotropie a constantei dielectrice [5, 6].
3.4 Polarizarea ion-relaxării
Se observă în pahare anorganice și în anumite substanțe ionice cu ambalare în vrac a ionilor. În aceste cazuri, ionii legați ușor dintr-o substanță sub acțiunea unui câmp electric extern primesc supratensiuni în direcția câmpului, așa cum se arată în figura 6.
Pe măsură ce crește temperatura, polarizarea crește semnificativ.
Figura 6 - Dependența energiei potențiale a unui ion pe distanța cu un câmp electric extern
În absența unui câmp electric extern, toate direcțiile de transfer de ioni prin bariera potențială sunt la fel de probabile. Prin urmare, distribuția ionilor este uniformă.
Figura 7 - Dependența energiei potențiale a unui ion pe distanță în prezența unui câmp extern
Rezultă din figura 7 că probabilitatea unei sărituri de ioni de la poziția 1 la poziția 2 crește, iar probabilitatea de salturi inverse scade. Acest lucru se datorează faptului că bariera potențială din primul caz este redusă de ΔU din cauza suprapunerii câmpului, iar în al doilea caz crește cu ΔU [4,6].
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: