Proprietatea electrică principală a dielectricilor este abilitatea de a polariza sub influența unui câmp electric în care este posibilă existența unui câmp electric intern.
Polarizarea este un proces de deplasare și comandare a sarcinilor electrice conectate în dielectric sub acțiunea unui câmp electric extern.
Pe această bază, toate dielectricele sunt împărțite în polar și nepolar.
În acele materiale în ale căror atomi se rotește electronul în jurul nucleului (protonului) de-a lungul unei orbite circulare, centrele de aplicare a sarcinilor pozitive și negative coincid. Datorită rotației rapide pe o orbită circulară, încărcarea negativă a unui electron este practic în centrul sistemului. Momentul electric dipol al unui atom # 956; = qL, unde q este o încărcătură de particule negative pozitivă sau egală; L este distanța dintre încărcături. În acest caz, L = 0 și corespunde cu # 956; = 0.
Dielectricii ale căror momente electrice dipol sunt zero sunt numite nepolar. Aceste dielectrice includ gazele monatomice (He, Ar, Kr) și diatomice (H2, N2, Cl2). Toate hidrocarburile și unele materiale organice sunt slab polari.
În cazul în care un astfel de material este plasat într-un câmp electric, centrul de încărcare negativă își schimbă poziția, iar sistemul (atom) devine un moment de dipol electric indus:
Figura 1. Molecule de dipol
unde: E - intensitatea câmpului electric; # 945; - coeficientul de proporționalitate sau polarizabilitate, adică capacitatea de a polariza.
Forma considerată de polarizare se numește electronică și apare aproape instantaneu (timp de 10 15 secunde). Acest tip de polarizare se referă la speciile elastice, nu este însoțit de disiparea energiei, adică datorită deformării sau deplasării elastice a atomilor, ionilor sau moleculelor din material din poziția de echilibru sub acțiunea unui câmp electric și se întoarce rapid la poziția inițială atunci când câmpul extern este îndepărtat. Polarizarea electronică este tipică pentru toate tipurile de dielectrice.
Un exemplu de dielectric polar este un material cu o structură moleculară, când centrele încărcăturilor pozitive și negative nu coincid. În cel mai simplu caz, molecula constă dintr-un ion pozitiv și negativ. În absența unui câmp electric extern, fiecare moleculă are propriul său moment dipol electric # 956; inegal la zero. Datorită mișcării termice, toate moleculele de dipol sunt situate haotic, iar polarizarea totală a materialului este zero.
Dacă un astfel de dielectric este plasat într-un câmp electric Eh, moleculele dipol vor lua o anumită poziție orientată. Încărcarea suprafețelor înrudite va apărea pe suprafața materialului. Aceste taxe nu sunt compensate în contrast cu taxele interne și creează propriul lor câmp Ev dielectrică polarizare indusă, a cărei intensitate are ca scop întâlnire Yong. Puterea totală a câmpului electric E este oarecum mai mică decât în absența unui izolator prin electrozi (în vid). Acest tip de polarizare este numit dipolnorelaksatsionnoy, polarizarea lent, ca legătură cu mișcarea particulelor mari și materialul are loc timp mai tangibil 10 -2. 10 -10 s. În timpul stabilirea de polarizare (timp de relaxare), luând timpul în care, la îndepărtarea câmpului electric în polarizarea dielectrică scade e.
Cantitatea care caracterizează gradul de atenuare a intensității câmpului câmpului extern al unui dielectric intern, este una dintre cele mai importante caracteristici ale izolator electric - dielectric constant și notat cu litera e:
Figura 2. Polarizarea unui dielectric
În dielectricul nepolar, apar doar tipuri elastice de polarizare, în cele polare, atât elastice, cât și relaxare. Valoarea lui e depinde de tipul de polarizare. Pentru dielectrici polari, este de obicei mai mare decât în cazul dielectricilor nepolari și depinde de frecvența tensiunii, temperaturii și umidității aplicate.
Figura 3. Polarizarea unui dielectric nepolar
2. Dependența # 917; din frecvența tensiunii aplicate.
Într-un câmp electric alternativ # 917; în dielectrici polari, pe măsură ce frecvența f a câmpului extern crește, până la o anumită valoare rămâne neschimbată. Cu toate acestea, atunci când se atinge o anumită valoare critică pentru o anumită substanță, frecvența e scade și tinde la o valoare minimă # 949;. O astfel de dependență este cauzată de un mecanism de polarizare de relaxare întârziat inerent dielectricilor polari.
La o frecvență joasă a câmpului aplicat, dipolii reușesc să se rotească după schimbarea direcției câmpului. La frecvențele de mai sus fkp, dipolii, datorită fricțiunii, nu mai au timp să schimbe câmpul și # 949; scade.
Pentru dielectricul nepolar, polarizarea nu este asociată cu procesele de frecare, e nu depinde de f cel puțin în domeniul frecvențelor utilizate în tehnologie.
1 - dielectric polar; 2 - dielectric nonpolar
Figura 4. Dependența constantei dielectrice de frecvență
3. Dependența # 917; din temperatura.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: