Dielektriklərin polarizasiyası nədir. Dielektriklər və onların xassələri, dielektriklərin polarizasiyası və parçalanma gərginliyi

RF TƏHSİL VƏ ELM NAZİRLİYİ

Biysk Texnoloji İnstitutu

(filial) FSBEI HPE

"Altay dövləti

Texniki Universitet

onlar. İ.İ. Polzunov"

(BTI AltSTU)

Mövzu haqqında: Dielektriklərin qütbləşməsi

Tamamlandı:

PS-11 qrupunun tələbəsi

Komarova.A.V.

Yoxlandı:

Şalunov A.V.

GİRİŞ 3

1 Qütbləşmə anlayışı 3

2 Qütbləşmə mexanizmləri 4

3 Qütbləşmənin növləri 5

3.1 Elektron polarizasiya 5

3.2 İon polarizasiyası 6

3.3 Elastik-dipol polarizasiyası 7

3.4 İon-relaksasiya qütbləşməsi 8

3.5 Dipol-relaksasiya qütbləşməsi 9

3.6 Miqrasiya (qatlararası) qütbləşmə 11

3.7 Elektron relaksasiya polarizasiyası 11

3.8 Nüvə qərəzinin qütbləşməsi 12

3.9 Qalıq (elektret) qütbləşmə 12

3.10 Spontan (ferroelektrik) qütbləşmə 13

3.11 Piezoelektrik qütbləşmə 14

4 Dielektriklərin təsnifatı 15

5 Prosesin sürətinə görə qütbləşmənin növləri 17

NƏTİCƏ 19

ƏDƏBİYYAT 20

GİRİŞ

Qütbləşmə fenomeninin mahiyyəti xarici təsirlərin təsiri altında olmasıdır elektrik sahəsi dielektrikin bağlı yükləri onlara təsir edən qüvvələr istiqamətində yerdəyişir və sahənin gücü nə qədər yüksək olarsa, yerdəyişmə bir o qədər çox olar.

Dielektriklər qütbləşmə qabiliyyətinə görə elektrik cihazlarında öz tətbiqlərini tapdılar.

Dielektrik "əsas elektrik xüsusiyyəti elektrik sahəsində qütbləşmə qabiliyyəti olan bir maddə" adlanır və onun atomlarının, molekullarının və ya ionlarının elektrik yükləri bir-birinə bağlı olduğundan, elektrostatik sahənin mövcudluğunun mümkün olduğu bir maddədir.

Təcrübədə istifadə olunan dielektriklərdə elektrik sahəsində hərəkət edərək elektrik keçiriciliyini təyin edən sərbəst yüklər də var. DC.

1. Qütbləşmə anlayışı

Qütbləşmə elektrik sahəsinə məruz qaldıqda hər hansı bir dielektrikdə baş verən bağlı yüklərin məhdud yerdəyişməsi və ya dipol molekullarının oriyentasiyasıdır.

Qütbləşmənin iki tərifi var:

İşıq və elektromaqnit titrəyişlərinin xüsusi bir müstəvidə yerləşməsi xüsusiyyəti. Hadisə şüasının qütbləşmə müstəvisi.

Cərəyanı zəiflədən müxtəlif maddələrin elektrodlarına çökmə. Elektrodların polarizasiyası.

Mexanizmdən və ya yerdəyişmə qaydasından asılı olaraq elektrik yükləri Aşağıdakı polarizasiya növləri fərqləndirilir:

Elektron polarizasiya;

İon polarizasiyası;

Elastik dipol polarizasiyası;

İon-relaksasiya polarizasiyası;

Dipol-relaksasiya polarizasiyası;

Miqrasiya (qatlar arası) qütbləşmə;

Elektron relaksasiya polarizasiyası;

Nüvə yerdəyişməsinin qütbləşməsi;

Qalıq (elektret) polarizasiya;

Spontan (ferroelektrik) polarizasiya;

Piezoelektrik polarizasiya.

1. Qütbləşmə mexanizmləri

Dielektrikli kondansatörün tutum dəyəri və onda yığılmış elektrik yükü müxtəlif dielektriklər üçün fərqli olan və eyni material üçün eyni vaxtda baş verə bilən bir neçə polarizasiya mexanizmləri ilə müəyyən edilir.

Şəkil 1, gərginlik mənbəyinə paralel olaraq bağlanmış bir sıra kondansatörlər kimi təmsil oluna bilən müxtəlif polarizasiya mexanizmlərinin mövcud olduğu bir dielektrik ekvivalent dövrəsini göstərir.

Kimyəvi rabitənin xarakterindən asılı olaraq dielektriklərin qütbləşməsinin aşağıdakı 3 əsas mexanizmi fərqləndirilir: elektron, ion və dipol (oriyentasiya).

Elektron polarizasiya bütün dielektriklərə xasdır və kristallarda üstünlük təşkil edir kovalent bağ. Xarici P elektrik sahəsinin təsiri altında atomun elektronları onun nüvəsinə nisbətən yerdəyişir (onun elektron qabığının deformasiyası) və induksiyalı dipollar yaranır. İnduksiya edilmiş dipolların dielektrik xüsusiyyətləri rezonans hadisələri arasındadır.

Elektron qütbləşmə mexanizmi ən az inertialdır, çünki Elektronun kütləsi qütbləşmə prosesində iştirak edən hissəciklərin kütləsindən əhəmiyyətli dərəcədə azdır. Elektron qütbləşmənin qurulması vaxtı ≈ 10-15 s-dir ki, bu da işıq salınımları dövrü ilə müqayisə edilə bilər.

1. Qütbləşmənin növləri

3.1 Elektron qütbləşmə

Elektron polarizasiya - bu müsbət yüklü nüvəyə nisbətən elektron orbitlərinin yerdəyişməsidir. Hər hansı bir maddənin bütün atomlarında və buna görə də onlarda digər qütbləşmə növlərinin mövcudluğundan asılı olmayaraq bütün dielektriklərdə olur. Bərpa müddəti 10-13 saniyədir.

Elektron polarizasiya bütün növ dielektriklərdə müşahidə olunur və rezonans tezliklərə qədər enerji itkiləri ilə əlaqəli deyil. Sırf elektron qütbləşməyə malik olan maddənin dielektrik davamlılığı ədədi olaraq işığın sınma indeksinin kvadratına bərabərdir. Elektron qütbləşmə zamanı hissəciklərin qütbləşmə qabiliyyəti temperaturdan asılı deyil və dielektrikin istilik genişlənməsi və vahid həcmdə hissəciklərin sayının azalması səbəbindən temperaturun artması ilə dielektrik davamlılığı azalır. Temperatur əyrisi sıxlıq əyrisinə bənzəyir; Üstəlik, ən dramatik azalmalar Şəkil 2-də göstərildiyi kimi maddənin bərkdən mayeyə və mayedən qaz halına keçidi zamanı müşahidə olunur.

Şəkil 2 – Maddənin bərkdən mayeyə və mayedən qaz halına keçməsi

a) aşağı gərginlik; b) gərginlik olmadan;

Şəkil 3 – Atomların qütbləşməsi

Şəkil 3-də atomların qütbləşməsinin qrafik təsviri göstərilir.

Gördüyümüz kimi, gərginliyin təsiri altında elektronların orbitləri uzanır.

3.2 İon polarizasiyası

İon qütbləşməsi ion kimyəvi bağları olan maddələrdə müşahidə olunur və əks yüklü ionların bir-birinə nisbətən yerdəyişməsində özünü göstərir. Göstərildiyi kimi, elektron qütbləşmə vaxtı çox qısadır - elektron qütbləşmədən 2-3 böyüklük sırası.

İon tipli kimyəvi bağa malik dielektriklərdə elektrik sahəsinin təsiri altında müsbət ionlar mənfi olanlara nisbətən yerdəyişir. İon qütbləşməsinin qurulması vaxtı adətən 10 -14 – 10 -15 s-dir. Bu o deməkdir ki, bu qütbləşmə mikrodalğalı sahələr (10 10 - 10 11 Hz) daxil olmaqla, alternativ sahələrdə özünü tam şəkildə qurmaq üçün vaxta malikdir. Eyni zamanda, spektrin infraqırmızı bölgəsində ion polarizasiyasının qurulmasında gecikmə var.

Müxtəlif tərkibli qeyri-üzvi şüşələr, keramika materialı üçün - elektrik çini, tərkibində çox miqdarda şüşə faza olan dielektrik sabitliyi artan temperaturla artır.

Şəkil 4 – Molekulun ion polarizasiyası

Şəkil 4-də molekulun ion polarizasiyasının diaqramı göstərilir.

3.3 Elastik-dipol polarizasiyası

Bir çox dielektriklər öz elektrik momentinə malik molekullardan ibarətdir. Xarici elektrik sahəsində dipol oriyentasiyasının istiqaməti dəyişdikdə elastik bərpaedici qüvvələr yaranır.

Qazlarda və mayelərdə qütb molekulları istilik hərəkətinə görə yanlış istiqamətləndirilir, nəticədə yaranan qütbləşmə sıfırdır. Xarici sahənin təsiri altında dipolların sahə istiqamətində müəyyən üstünlüklü oriyentasiyası qurulur.

Xarici elektrik sahəsində, Şəkil 5-də göstərildiyi kimi, dipol anlarının tarazlıq oriyentasiyasından elastik sapması var.

Şəkil 5 – Xarici sahədə dipolun elastik fırlanması

Dipollar kifayət qədər sərt birləşdirildikdə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, onların istiqamətində elastik dəyişikliklər baş verir.

Qütbləşmə qabiliyyəti hər bir molekulun elektrik momentindən, molekullararası bağların enerjisindən və elektrik sahəsinin istiqamətindən asılıdır. Daxili və xarici sahələr paralel olduqda, qütbləşmə qabiliyyəti sıfırdır. Buna görə elastik dipol polarizasiyasının töhfəsi dielektrik sabitinin anizotropiyasına səbəb ola bilər.

3.4 İon-relaksasiya qütbləşməsi

Qeyri-üzvi şüşələrdə və ionların boş qablaşdırılması ilə bəzi ion maddələrində müşahidə olunur. Bu hallarda xarici elektrik sahəsinin təsiri altında olan maddənin zəif bağlı ionları Şəkil 6-da göstərildiyi kimi sahə istiqamətində artıq köçürmələr alır.

Artan temperaturla polarizasiya əhəmiyyətli dərəcədə artır.

Şəkil 6 – Xarici elektrik sahəsində ion potensial enerjisinin məsafədən asılılığı

Xarici elektrik sahəsi olmadıqda, potensial maneə vasitəsilə ionların ötürülməsinin bütün istiqamətləri eyni dərəcədə ehtimal olunur. Buna görə də ionların paylanması vahiddir.

Test >> Biologiya

Həm elektrik keçiriciliyi, həm də prosesləri ilə müəyyən edilir polarizasiya. Dielektriklər elektrik sahəsində Gəlin bir metr uzunluğunda taxta quraşdıraq... elektrik sahəsində nə baş verir polarizasiya dielektrik, yəni əks adların əks istiqamətlərində yerdəyişmə...

Elektrostatik sahə potensialı. Dielektriklər elektrostatik sahədə

Mühazirə >> Fizika

Səthlər. Elektrik sahəsindəki dipol. Qütbləşmə dielektriklər. Sahə gücü dielektrik. Elektrik meyli. Sıfırda, səthdə işləyin dielektrikəlaqəli elektrik yükləri görünür. Qütbləşmə dielektrik bunun mənası...

Qaz halının elektrik gücünün təyini dielektriklər

Laboratoriya işi >> Sənaye, istehsal

Elektrik izolyasiya materialları. Nə deyirlər polarizasiya dielektrik. Hansı növlər polarizasiya ani sayıla bilər, amma hansı...

Elektrik sahəsinin hesablanması dielektrik

Mühazirə >> Fizika

Çünki sahə zəiflədi polarizasiya dielektrik. 3. Ümumi dipol momenti olan iki... sərhədində E və D üçün şərtlər. dielektrik sıfıra bərabərdir. Qütbləşmə xarici elektrikdə ferroelektrik...

Dielektrik vahid həcminə istinad edilir. Bəzən qütbləşmə vektoru qısaca sadəcə qütbləşmə adlanır.

• Qütbləşmə vektoru təkcə adi dielektriklərin deyil, həm də ferroelektriklərin və prinsipcə oxşar xassələri olan istənilən mühitin qütbləşməsinin makroskopik vəziyyətini təsvir etmək üçün tətbiq edilir. Bu, təkcə induksiya edilmiş qütbləşməni deyil, həm də spontan qütbləşməni (ferroelektriklərdə) təsvir etmək üçün tətbiq olunur.

Polarizasiya, həcminin hər hansı (və ya demək olar ki, hər hansı) elementində elektrik dipol momentinin olması ilə xarakterizə olunan bir dielektrik vəziyyətidir.

Xarici elektrik sahəsinin təsiri altında dielektrikdə induksiya olunan qütbləşmə ilə ferroelektriklərdə xarici sahə olmadığı halda baş verən kortəbii (spontan) qütbləşmə arasında fərq qoyulur. Bəzi hallarda dielektrik (ferroelektrik) qütbləşməsi mexaniki gərginliyin, sürtünmə qüvvələrinin təsiri altında və ya temperaturun dəyişməsi səbəbindən baş verir.

Polarizasiya, homojen bir dielektrik daxilində heç bir makroskopik həcmdə xalis yükü dəyişmir. Bununla belə, onun səthində müəyyən səth sıxlığı σ olan bağlı elektrik yüklərinin görünüşü ilə müşayiət olunur. Bu bağlı yüklər dielektrikdə intensivliyi E 1 olan, E 0 intensivliyi olan xarici sahəyə qarşı yönəlmiş əlavə makroskopik sahə yaradır. Nəticədə dielektrik daxilində E sahənin gücü E = E 0 -E 1-dir.

Polarizasiyanın növləri

Qütbləşmə mexanizmindən asılı olaraq dielektriklərin polarizasiyasını aşağıdakı növlərə bölmək olar:

• Elektron - xarici bir elektrik sahəsinin təsiri altında atomların elektron qabıqlarının yerdəyişməsi. Ən sürətli qütbləşmə (10−15 s-ə qədər). Zərərlərlə əlaqəli deyil.
• İon - node yerdəyişməsi kristal quruluşu xarici elektrik sahəsinin təsiri altında və yerdəyişmə qəfəs sabitindən az miqdarda olur. İstifadə müddəti 10−13 s, itkisiz.
• Dipol (Orientation) - rabitə qüvvələrini aradan qaldırmaq üçün itkilərlə baş verir və daxili sürtünmə. Xarici elektrik sahəsində dipolların oriyentasiyası ilə bağlıdır.
• Elektron relaksasiyası - qüsurlu elektronların xarici elektrik sahəsində oriyentasiyası.
• İon-relaksasiya - kristal quruluşun düyünlərində zəif sabitlənmiş və ya aralıqda yerləşən ionların yerdəyişməsi.
• Struktur - dielektrikdə çirklərin və qeyri-homogen makroskopik daxilolmaların istiqaməti. Ən yavaş növ.
• Kortəbii (kortəbii) - bu növ qütbləşmə səbəbindən müşahidə olunduğu dielektriklərdə qütbləşmə xarici sahənin aşağı qiymətlərində belə əhəmiyyətli dərəcədə qeyri-xətti xüsusiyyətlər nümayiş etdirir, histerezis fenomeni müşahidə olunur. Belə dielektriklər (ferroelektriklər) çox yüksək dielektrik sabitləri ilə xarakterizə olunur (bəzi növ kondansatör keramikaları üçün 900-dən 7500-ə qədər). Spontan qütbləşmənin tətbiqi, bir qayda olaraq, materialın itkisi tangensini artırır (10-2-ə qədər)
• Rezonans - təbii tezlikləri xarici elektrik sahəsinin tezlikləri ilə üst-üstə düşən hissəciklərin istiqaməti.
• Miqrasiya qütbləşməsi materialda müxtəlif keçiriciliyə malik təbəqələrin olması ilə yaranır, kosmik yüklərin əmələ gəlməsi, xüsusilə yüksək gərginlikli qradientlərdə böyük itkilərə malikdir və yavaş hərəkət edən polarizasiyadır.

Dielektriklərin qütbləşməsi (rezonans qütbləşməsi istisna olmaqla) statik elektrik sahələrində maksimumdur. Alternativ sahələrdə elektronların, ionların və elektrik dipollarının ətalətinin olması səbəbindən elektrik qütbləşmə vektoru tezlikdən asılıdır. Bununla əlaqədar olaraq, dielektrik sabit dispersiya anlayışı təqdim olunur.

Qütbləşmə vektorunun xarici sahədən asılılığı

Daimi sahədə

Zəif sahələrdə

Bu sahənin kifayət qədər aşağı gücü ilə sabit və ya daha doğrusu yavaş dəyişən xarici elektrik sahəsində qütbləşmə vektoru P, bir qayda olaraq (ferroelektriklər istisna olmaqla) xətti olaraq sahənin gücü vektorundan asılıdır. E:

(SGS sistemində), (SI sistemində; bu paraqrafdakı əlavə düsturlar yalnız SGS-də verilir, SI düsturları yalnız elektrik sabitində fərqlənməyə davam edir)

asılı olaraq əmsal haradadır kimyəvi birləşmə, konsentrasiyası, strukturu (o cümlədən aqreqasiya vəziyyəti) ətraf mühit, temperatur, mexaniki gərginlik və s. (bəzi amillərdən daha güclü, digərlərindən daha zəif, əlbəttə ki, hər birinin dəyişmə diapazonundan asılı olaraq) və (elektrik) qütbləşmə (və daha tez-tez, ən azı bu hal üçün) adlanır. , verilmiş mühitin skalyar - dielektrik həssaslığı ilə ifadə edildikdə). Sabit şəraitdə sabit tərkibli və quruluşlu homojen bir mühit üçün onu sabit hesab etmək olar. Bununla belə, yuxarıda deyilənlərin hamısı ilə əlaqədar olaraq, ümumiyyətlə desək, məkan, zaman (açıq və ya digər parametrlər vasitəsilə) və s.

İzotrop mayelər, izotrop bərk cisimlər və ya kristallar üçün yüksək simmetriya kifayətdir - sadəcə bir rəqəm (skalyar). Daha ümumi halda (aşağı simmetriyaya malik kristallar üçün, mexaniki gərginliklərin təsiri altında və s.) - tenzor (ikinci dərəcəli simmetrik tensor, ümumiyyətlə qeyri-degenerativ) adlanır. polarizasiya tensoru. Bu halda, düsturu belə (komponentlərdə) yenidən yaza bilərsiniz:

burada simvollu kəmiyyətlər üç fəza koordinatına uyğun gələn vektor və tenzor komponentlərinə uyğundur.

Qeyd etmək olar ki, qütbləşmə tensorların fiziki mənasını və onların fizikada tətbiqini sadə şəkildə göstərmək üçün ən əlverişli fiziki kəmiyyətlərdən biridir.

İkinci dərəcəli hər hansı simmetrik qeyri-degenerasiya tensoruna gəldikdə, qütbləşmə tensoru üçün seçə bilərsiniz (mühit qeyri-bərabərdirsə, yəni tensor kosmosdakı bir nöqtədən asılıdırsa - onda ən azı lokal olaraq, mühit homojendirsə, sonra qlobal olaraq) sözdə. öz əsası - matrisin diaqonal olduğu düzbucaqlı Kartezian koordinatları və sonra - yalnız bu koordinatlarda (!) - qeyd bir az sadələşdirilmişdir:

qütbləşmə tensorunun üç xüsusi dəyəri haradadır.

Bütün bu üç xüsusi dəyər bir-birinə bərabərdirsə, tenzorla vurma bir ədədə vurmağa bərabərdir və mühit izotropikdir (qütbləşmə qabiliyyətinə görə). (Bu, yüksək simmetriyaya malik bir kristalın niyə anizotropiya yarada bilməyəcəyini aydınlaşdırır: yalnız üç eyni öz dəyər simmetriya tələblərini ödəyə bilər).

Güclü sahələrdə

Kifayət qədər güclü sahələrdə, yuxarıda təsvir edilən hər şey, elektrik sahəsinin gücü artdıqca, gec-tez asılılığın xəttinin itirilməsi ilə çətinləşir. P-dan E.

Yaranan qeyri-xəttiliyin təbiəti və qeyri-xəttiliyin nəzərə çarpan xarakteristikası da, təbii ki, mühitin fərdi xüsusiyyətlərindən, şərtlərindən və s.

Onların yuxarıda təsvir olunanlarla əlaqəsini vurğulaya bilərik.

Beləliklə, ionlaşma potensialının molekulun xarakterik ölçüsünə nisbəti qaydasında dəyərlərə yaxınlaşan sahələrdə elektron və ion polarizasiyası üçün U 0 /D, səciyyəvidir ki, qütbləşmə vektorunun artımı əvvəlcə sahənin artması ilə sürətlənir (qrafik meylin artması P(E)), sonra hamar bir şəkildə dielektrik parçalanmaya çevrilir.

Dipol (Orientasiya) qütbləşməsi adətən bir qədər aşağı xarici sahə güclərində olur kT/s(Harada səh- molekulun dipol momenti, T- temperatur, k- Boltzman sabiti) - yəni dipolun (molekulun) sahə ilə qarşılıqlı təsir enerjisi dipolun istilik hərəkətinin (fırlanmasının) orta enerjisi ilə müqayisə edilə biləndə - əksinə, doymağa başlayır (bir ilə sahə gücünün daha da artması, gec-tez elektron və ya ion qütbləşmə ssenarisi daha yüksək təsvir edilmiş və bir parçalanma ilə bitəcəkdir).

Zamandan asılı bir sahədə

Qütbləşmə vektorunun zamanla sürətlə dəyişən xarici sahədən asılılığı olduqca mürəkkəbdir. Bu, zamanla xarici sahədəki dəyişmənin spesifik növündən, xarici sahənin bu dəyişmə sürətindən (və ya, məsələn, salınma tezliyindən), müəyyən bir maddədə və ya mühitdə üstünlük təşkil edən qütbləşmədən (bu da belə çıxır) asılıdır. xarici sahənin zamandan, tezliklərdən və s.-dən müxtəlif asılılıqları üçün fərqlidir.

Xarici sahədə kifayət qədər yavaş bir dəyişikliklə, qütbləşmə ümumiyyətlə sabit bir sahədə və ya ona çox yaxın olduğu kimi baş verir (lakin bunun baş verməsi üçün sahənin dəyişməsinin nə qədər yavaş olması üstünlük təşkil edən növdən asılıdır və çox vaxt son dərəcə güclüdür. polarizasiya və digər şərtlər, məsələn, temperatur).

Qütbləşmənin zamanla dəyişən sahənin təbiətindən asılılığını öyrənmək üçün ən geniş yayılmış yanaşmalardan biri xarici sahənin sinusoidal zamandan asılılığı və qütbləşmə vektorunun (həmçinin) asılılığı halının öyrənilməsi (nəzəri və eksperimental)dır. bu halda eyni tezlikli sinusoidal qanuna uyğun olaraq dəyişən), onun amplitudası və tezlikdən faza sürüşməsi.

Hər bir polarizasiya mexanizmi ümumiyyətlə bu və ya digər tezlik diapazonuna və tezlikdən asılılığın ümumi xarakterinə uyğundur.

Dielektriklərin qütbləşməsi haqqında danışmağın mənası olan tezlik diapazonu sıfırdan ultrabənövşəyi bölgəyə qədər uzanır, burada sahənin təsiri altında ionlaşma intensivləşir.

Hər hansı bir maddə, birləşmə vəziyyətindən və atom-molekulyar quruluşunun təfərrüatlarından, məsələn, atom, molekulyar və ya ion kristalından və s.-dən asılı olmayaraq, son nəticədə müsbət yüklü nüvələrdən və mənfi yüklü elektronlardan ibarətdir.

Buna görə də, yalnız bir qütbləşmə mexanizmi mövcuddur - bu, qütbləşmə sahəsi boyunca müsbət yüklərin və qütbləşmə sahəsinə qarşı mənfi yüklərin yerdəyişməsidir (şəkil 3.14). Burada vurğulamaq məqsədəuyğundur ki, maddə xarici sahə ilə deyil (bax, məsələn, (3.2) yuxarıda), həm xarici yüklərin (dielektrikə aid olmayan), həm də qütbləşmiş maddənin yaratdığı ümumi sahə ilə qütbləşir. özü. Gələcəkdə biz bunu xüsusi vurğulamayacağıq.

düyü. 3.14. Polarizasiya sahəsi boyunca müsbət yüklərin yerdəyişməsi
və qütbləşmə sahəsinə qarşı mənfi yüklər

Xüsusi maddələrin qütbləşmə xassələrini öyrənərkən nəticəni müəyyən edən qütbləşmə sahəsinin təsiri altında yüklərin hərəkəti üçün vahid mexanizmin əsas xüsusiyyətlərini vurğulamaq məqsədəuyğun və faydalıdır: qütbləşmənin dərəcəsi və xarakteri. maddə. Bu, bir sıra "xüsusi" qütbləşmə mexanizmlərinin nəzərdən keçirilməsinə gətirib çıxarır, məsələn:

və bir çox başqaları.

Natrium xlorid NaCl kimi kristallarda baş verən yuxarıda qeyd olunan ion polarizasiyası haqqında bir neçə söz. Sahənin təsiri altında müsbət yüklü natrium ionları Na + və mənfi yüklü xlor ionları Cl - tarazlıq vəziyyətlərindən müxtəlif istiqamətlərə sürüşürlər, bunun sayəsində kristalın hər bir elementar hüceyrəsi elektrik dipol momenti əldə edir. Bu misal aşağıdakı mənada faydalıdır: dielektrik nə qədər mürəkkəb olsa da - bu halda ion kristalı - onun qütbləşməsi müsbət və mənfi yüklərin əks istiqamətdə yerdəyişməsi ilə əlaqədardır. Məsələ burasındadır ki, hansı xüsusi yük daşıyıcıları bu cür hərəkətə qadirdirlər: metaldakı sərbəst elektronlar, neytral atomların elektron qabığının elektronları və ya qaz və ya mayedəki molekulların nüvələrlə güclü bağlı olması, kristal qəfəsin düyünlərindəki ionlar və s. Bu, dielektrik quruluşunun necə qurulduğu ilə müəyyən edilir.

Dielektrikdə onun qütbləşməsi zamanı baş verən prosesləri dielektrik anlayışına əsaslanaraq, ikili birləşən əks yüklərdən ibarət mühit kimi başa düşmək olar. Keçiricilərdən fərqli olaraq, dielektriklər xarici sahənin təsiri altında nümunənin bütün həcmi boyunca hərəkət edə bilən pulsuz yüklərə malik deyillər. Dielektrik molekullarını təşkil edən yüklər bir-biri ilə sıx bağlıdır və yalnız öz molekulunun (və ya atomunun) daxilində, yəni sm-dən çox məsafədə hərəkət edə bilir.

Dielektrik elektrik cəhətdən neytral hissəciklərdən (atomlar və molekullardan) ibarət olduğu demək olar ki, bütün hallarda, birləşmə vəziyyətindən asılı olmayaraq, qütbləşmənin bütün "alt mexanizmlərini" iki növə endirmək mümkündür. Bunun üçün bütün atomları və molekulları və onlardan ibarət dielektrikləri iki sinfə bölmək adətdir:

düyü. 3.15. Qütb olmayan dielektriklərin qütbləşməsi

düyü. 3.16. Qütb dielektrikinin polarizasiyasının oriyentasiya mexanizmi

Burada bir molekulun dipol momentinin vektoru var, toplama fiziki olaraq sonsuz kiçik həcmdə yerləşən bütün molekullar üzərində aparılır. Məsələn, vahid qütbləşmiş sferanı nəzərdən keçirək (şək. 3.17).

düyü. 3.17. Eyni qütbləşmiş topun qütbləşməsi və elektrik sahəsi

Qeyri-qütblü dielektrik qütbləşdikdə, atom və ya molekulun elektron qabığı deformasiyaya uğrayır - elektronlar qütbləşmə sahəsinə qarşı yerdəyişir, nüvələr sahə boyunca yerdəyişir. Əvvəllər (qütbləşən sahə olmadıqda) müsbət və mənfi yüklərin üst-üstə düşən mərkəzləri arasında müəyyən bir məsafə yaranır. Nəticədə, atom və ya molekul bir qədər əldə edir induksiya edilmişdir dipol momenti.

İnduksiya edilmiş dipol momentinin xarici elektrik sahəsinin böyüklüyünə mütənasib olacağı az-çox aydındır. Bunu potensial enerjinin davranışını nəzərə almaqla başa düşmək olar P( x) iki hissəciyin qarşılıqlı təsiri, burada X- aralarındakı məsafə. Tarazlıq vəziyyəti məsafəyə uyğun olsun (hissəciklər bir nöqtədədir və dipol momenti yoxdur). Tarazlıq vəziyyətindən kiçik sapmalar üçün Taylor seriyasında potensial enerjinin genişlənməsi ilk bir neçə şərtlə məhdudlaşdırıla bilər.

Nəzərə alsaq ki, tarazlıq nöqtəsində birinci törəmə sıfır, ikinci törəmə isə bu nöqtədə müsbətdir. , biz sabit tarazlıq nöqtəsinə yaxın potensial enerjinin kimi davrandığını görürük

Müvafiq olaraq, bu mövqedən kənara çıxanda bir qüvvə yaranır

,

yay dartılan zaman elastik qüvvəyə bənzəyir. Molekuldakı yüklər belə bir "yay" ilə "birləşdirilmişdirsə", onda sahə tətbiq edildikdə E hissəciklər arasındakı yeni tarazlıq məsafəsi əlaqə ilə müəyyən ediləcək

Nəticədə sahənin təsiri altında yaranan dipol momentinin qiymətini tapırıq

İnduksiya edilmiş dipol momentinin qütbləşmiş molekulların konsentrasiyasına vurulması N/V (N- onların tam nömrə həcmdə V), biz dielektrik polarizasiyasını əldə edirik

(3.16) şəklində qütbləşməni yazsaq

harada sabit (verilmiş maddə üçün) tərifinə görə dielektrik həssaslıq maddələr, sonra üçün, sonra bu model çərçivəsində dielektrik həssaslıq aşağıdakı düsturla hesablana bilər.

Qütb adlanan molekullarda müsbət və mənfi yüklərin mərkəzləri bir-birinə nisbətən yerdəyişdiyi üçün belə bir molekulun öz dipol momenti var. Belə bir molekul elektrik sahəsinə yerləşdirildikdə, onun elektron qabığı deformasiyaya uğrayır, yük mərkəzləri arasındakı məsafə artır və ilkin daxili dipol momentinə bəzi induksiyalı dipol momenti əlavə olunur. Bununla belə, bu əlavə induksiya edilmiş dipol momentinin daxili olandan çox kiçik olduğunu göstərmək olar. Təbii ki, bu, qütbləşmə sahəsi molekulun daxilində mövcud olan sahədən çox kiçik olduqda doğrudur. Böyüklük sırasına görə, molekuldaxili sahə elektrik sahəsinin gücünün atom vahidinə bərabərdir: V/m. Elektrik sahəsinin gücünün atom vahidi üçün yazılı ifadədə elektronun kütləsi, yükü və Plank sabiti. Nəzərə alsaq ki, məsələn, qığılcımların boşalmasına səbəb olan “qırılma” quru hava üçün sahə gücü yalnız V/m, yəni beş dərəcə azdır, demək olar ki, təcrübələrin böyük əksəriyyətində induksiya edilmiş dipol momenti, öz varlığında, laqeyd qala bilər. Gələcəkdə dipol dielektriklərin qütbləşməsini nəzərdən keçirərkən bu təsir (əlavə momentin induksiyası) nəzərə alınmayacaq.

Normal vəziyyətdə olan ayrı-ayrı molekulların daxili dipol momentlərinin vektorları istilik hərəkətinə görə təsadüfi yönümlüdür. Buna görə də, xarici elektrik sahəsi olmadıqda, hər hansı fiziki sonsuz kiçik həcmli dielektriklərin orta ümumi dipol momenti sıfıra bərabərdir. Başqa sözlə, dielektrik qütbləşməmişdir: onun qütbləşməsi sıfırdır.

Xarici elektrik sahəsi molekulların dipol anlarını vektora paralel olaraq istiqamətləndirməyə meyllidir və istilik hərəkəti buna mane olur; dielektrik qütbləşir və onun qütbləşməsi temperaturdan asılı olmalıdır, yəni: artan temperaturla azalmalıdır. Bu asılılıq aşağıda hesablanır, həmçinin göstəriləcək ki, qütblü dielektriklər vəziyyətində onların qütbləşməsi qütbləşmə sahəsinin gücünə mütənasibdir. Bu polarizasiya adlanır oriyentasiya(Şəkil 3.18).

düyü. 3.18. Dielektriklərin oriyentasiya polarizasiyası

Formula (3.8) uyğun olaraq, xarici sahədə dipolun potensial enerjisi E dipol oriyentasiyasından asılıdır

Termodinamik tarazlıq şəraitində xarici sahədə hissəciklərin enerji paylanmasını təsvir edən Boltsmanın statistik qanununa (Şəkil 3.19) əsasən, dipol momenti xarici sahəyə bucaq altında yönəlmiş molekulların sayı belə müəyyən edilir.

Budur İLƏ- normallaşma sabiti, dəyərini daha sonra tapacağıq, T - mütləq temperatur, Boltzman sabiti - k B = 1,38·10 –23 J/K. Molekulların dipol momentinin kiçikliyinə görə, adi (çox aşağı olmayan) temperaturlar üçün eksponent kiçikdir və biz ilk iki şərti tərk edərək, eksponenti Teylor seriyasında genişləndirə bilərik.

düyü. 3.19. L. Boltsmann (1844–1906) - Avstriya fiziki

Vurğulayırıq ki, təxmini ifadənin (3.18) və ondan irəli gələn bütün nəticələrin istifadəsi çox aşağı olmayan temperaturlarda, . Oxucunun müstəqil edə biləcəyi təxmini (3.18) əvəzinə (3.17) istifadə edərək dəqiq hesablama aparmaq çətin deyil.

Ümumi bərk bucaq üzərindəki inteqral ümumi ədədi verməlidir N sistemdəki molekullar. Kosinusun orta qiyməti sıfır olduğu üçün (3.18)-də yalnız birinci hədd inteqrasiya olunur. Ümumi bərk bucağın qiyməti -ə bərabər olduğundan, alırıq

İndi sabiti bilirik İLƏ və (3.18) ifadəsini formada yaza bilərik

Ümumi dipol momentinin sahənin istiqamətinə proyeksiyasının qiymətini müəyyən etmək lazımdır (digər proyeksiyalar məsələnin ox simmetriyasına görə açıq şəkildə sıfıra bərabərdir). Bir molekulun dipol momentinin proyeksiyası pcosa bərabərdir, deməli, ümumi dipol momenti R vahid həcmə düşən bütün molekulların miqdarı bərabərdir

Over inteqral bərabərdir və inteqral artıq dəyişən dəyişikliyi ilə hesablanır

Sonra tapırıq

(3.21)-dən belə nəticə çıxır ki, maddənin dipol orientasiyalı qütbləşməsi zamanı qütbləşmə elektrik sahəsinin gücünə mütənasibdir. Üstəlik, qütbləşmənin temperaturdan asılılığını tapdıq. Bu, eksperimental olaraq təsdiqlənən Küri qanunudur (şək. 3.20).

düyü. 3.20. Qütb dielektrikinin polarizasiyasının temperaturdan asılılığı (dəqiq həll)

Bu bölməni ümumiləşdirmək üçün əsas nəticələri qısaca təkrarlayacağıq. Xarici elektrik sahəsi ya sahə boyunca yönəlmiş dipol momentləri yaradır, ya da ayrı-ayrı molekulların dipol anlarını istiqamətləndirir və dielektrik xüsusi makroskopik dipol momenti əldə edir. Vektora dielektrik polarizasiyası deyilir. Xarici elektrik sahəsinin gücü ilə mütənasibdir və bu əlaqə kimi təmsil oluna bilər

onda SI-də polarizasiya vektoru C/m 2 ilə ölçülür. Onun ölçüsü səth yükünün sıxlığının ölçüsü ilə üst-üstə düşür. Bu, qütbləşmə vektorunun səthdə və xarici sahədə yerləşdirilmiş dielektrik həcmində yaranan qütbləşmə yüklərinin sıxlığı ilə əlaqəli olduğunu göstərir (şək. 3.21).

düyü. 3.21. Qütbləşmə vektoru və qütbləşmə yükünün sıxlığı

Qütbləşmə arasında mütənasiblik R və gərginlik E elektron və ion qütbləşməsi halında xarici elektrostatik sahənin artması ilə izah olunur E ayrı-ayrı atomların dipol momentləri artır səh i. Dipol polarizasiyası ilə vektor oriyentasiya dərəcəsi xarici elektrostatik sahənin gücünün artmasına mütənasib olaraq artır. səh i. Yuxarıda tapdıq ümumi düsturlar müxtəlif növ polarizasiya üçün dielektrik həssaslıq üçün. Onların qazlar üçün etibarlı olduğunu vurğulamaq lazımdır: biz molekulların bir-birinə təsirini nəzərə almadıq, bu, hissəciklərin çox sıx yığılmadığı sistemlər üçün məqbuldur. Lakin ümumi nəticə qatılaşdırılmış maddə (maye və bərk maddələr) üçün etibarlı olaraq qalır: xarici elektrik sahəsinin təsiri altında dielektrik vahid həcmi dipol momenti əldə edir. R ; ən sadə hallarda xətti əlaqə var

Hər üç nəzərdən keçirilən mexanizm dielektriklərin ümumi dielektrik həssaslığına kömək edir:

Adətən nadir hallarda olur ki, dielektrik həssaslığın bütün fraksiyaları eyni dərəcədə böyükdür. Məsələn, ion kristallarında dipol hissəsi tamamilə yoxdur. Eksperimental olaraq, hər bir fraksiyanın töhfəsini elektromaqnit dalğasının müxtəlif tezliklərində dielektrik sabitləri ölçməklə tapmaq olar. Aşağı tezliklərdə (indi narahat olduğumuz statik sahə) dielektrik həssaslığın hər üç hissəsi öz töhfəsini verir (Şəkil 3.22).

düyü. 3.22. Dielektrikin ümumi dielektrik həssaslığından asılılıq
elektromaqnit dalğasının tezliyinə görə. Göstərilən tezlik diapazonları:
I - radio və mikrodalğalı bölgə, II - infraqırmızı bölgə, III - ultrabənövşəyi bölgə

Tezlik artdıqca, dipol hissəsinin töhfəsi ilk olaraq yox olacaq: molekulların dalğanın sürətlə dəyişən elektrik sahəsinə uyğun olaraq dönməyə vaxtı olmayacaq. Yeni rejimə keçid adətən radiotezliklərdə həyata keçirilir. Tezliyin daha da artması ilə ion hissəsinin töhfəsi yox olacaq: ionlar elektronlardan daha inertialdır. Optik tezlik diapazonunda polarizasiyanın elektron hissəsi üstünlük təşkil edir. Daha yüksək tezliklərə keçərkən - ultrabənövşəyi bölgədən kənarda - hətta elektron buludların da elektrik sahəsindəki dəyişiklikləri izləməyə vaxtı olmayacaq və dielektriklərin qütbləşmə qabiliyyəti yox olacaq.

Nümunə verək: NaCl süfrə duzunun statik sahədə dielektrik sabiti 5,62, elektromaqnit dalğası sahəsində isə optik diapazonda - cəmi 2,25. Belə kristallarda dipol qütbləşmə qabiliyyəti yoxdur və fərq ion qütbləşmə qabiliyyətinə aid edilməlidir.

əlavə informasiya

http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/index.html - elektromaqnit dalğaları, elektromaqnit dalğaları şkalası;

http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/radio.html - radio dalğaları;

http://www.nrao.edu/index.php/learn/radioastronomy/radiowaves - radio dalğaları, radiodalğaların mənbələri.

DİELEKTRİKLƏRİN XÜSUSİYYƏTLƏRİ

DİELEKTRİK.

Dielektriklər aşağı elektrik keçiriciliyinə malik olan maddələrdir, çünki onların çox az sayda sərbəst yüklü hissəcikləri var - elektronlar və ionlar. Bu hissəciklər dielektriklərdə yalnız yüksək temperatura qədər qızdırıldıqda görünür. Qaz (qazlar, hava), maye (yağlar, maye üzvi maddələr) və bərk (parafin, polietilen, slyuda, keramika və s.) dielektriklər var.

Mürəkkəb bir elektrik sistemini təmsil edən dielektrikə elektrik gərginliyi tətbiq edildikdə, onun qütbləşməsi və elektrik keçiriciliyi ilə bağlı müxtəlif elektrik prosesləri baş verir. Gərginlik çox yüksək olarsa, parçalanma adlanan dielektrik çatışmazlığı baş verə bilər.

Biri ən mühüm xassələri dielektriklər xarici elektrik sahəsinin təsiri altında qütbləşmə qabiliyyətidir. Müasir anlayışlara görə, qütbləşmə hadisəsi, bu və ya digər işarəli elektrik yükü olan dielektrik hissəciklərin məkanındakı mövqeyinin dəyişməsi ilə əlaqədardır, bunun nəticəsində dielektriklərin hər bir makroskopik həcmi müəyyən bir induksiya edilmiş elektrik momenti əldə edir, xarici elektrik sahəsinə məruz qalmadan əvvəl bu dielektrik həcminə malik deyildi.

Qütbləşmə dielektriklərin səthində maddənin daxilində sahə gücünü azaldan bağlı elektrik yüklərinin görünüşü ilə müşayiət olunur.

Qütbləşmənin kəmiyyət xarakteristikası dielektrik qütbləşməsidir P.

Müxtəlif materialların elektrik sahəsində qütbləşmə qabiliyyəti nisbi dielektrik sabiti ε ilə xarakterizə olunur.

Xarici elektrik sahəsi olmadıqda, dielektrik həcminin hər bir elementinin elektrik momenti yoxdur, çünki müəyyən bir həcmdə bütün dielektrik molekullarının yüklərinin cəbri cəmi sıfırdır və müsbət və mənfi yüklərin ağırlıq mərkəzləri üst-üstə düşür. kosmosda. Güman edilir ki, bu həcm elementi molekulun ölçüsü ilə müqayisədə çox böyükdür, ona görə də onun tərkibində çoxlu sayda molekul var. Xarici bir elektrik sahəsinin təsiri altında, Şəkil 1-də sxematik şəkildə göstərildiyi kimi, kosmosda dielektrik molekulların düzülüşündə bəzi nizamlanma baş verir.

Paralel boşqab kondansatörünün tam qütbləşmiş dielektrikində yüklərin təşkili

Qütbləşmənin iki qrupunu qeyd etmək lazımdır:

- elastik polarizasiya, elektrik sahəsinin təsiri altında demək olar ki, dərhal meydana gələn, enerjinin yayılması (itkisi) ilə müşayiət olunmur dielektrikdə (istilik buraxılması);

- istirahət polarizasiyası, müəyyən müddət ərzində artan və azalan və enerjinin dağılması ilə müşayiət olunur dielektrikdə, yəni. onu qızdırmaqla

1) Elektron polarizasiya

Gərginlik tətbiq edildikdə, dielektrikdə elektrik sahəsi yaranır və atomlardakı elektronlar nüvəyə nisbətən müsbət elektroda doğru yerdəyişir.

Atom nüvələrinin müsbət yükləri olan yerdəyişmiş elektronlar bir-biri ilə əlaqəli elektrik yüklərinin cütlərini əmələ gətirir ki, bunlar elastik dipollar adlanır. Onların formalaşması dərhal baş verir (10 -15 s). Gərginlik dielektrikdən çıxarılarsa, onlar yox olur. Elastik dipolların əmələ gəlməsi prosesi adlanır elektron polarizasiya.

e-nin dəyəri dielektrikdəki atomların (molekulların) konsentrasiyasından və atomun (molekulun) α e qütbləşmə qabiliyyətini təyin edən strukturundan asılıdır və aşağıdakı ifadə ilə təsvir olunur:

e = 1 + nα e,

burada ε dielektrik sabitidir; n– dielektrikdə hissəciklərin (atomların, molekulların) konsentrasiyası; α e – molekulun və ya atomun quruluşu ilə müəyyən edilən elektron qütbləşmə qabiliyyəti.

Dielektrik kristaldırsa, onun ε amorf dielektrikdən böyükdür, çünki Atomların və molekulların qablaşdırma sıxlığı kristal vəziyyətdə daha böyükdür.

Sırf elektron qütbləşməyə malik olan maddənin dielektrik davamlılığı ədədi olaraq işığın sınma indeksinin kvadratına bərabərdir. n.

ε = n 2 .

Elektron orbitlərinin deformasiyası temperaturdan asılı olmasa da, elektron qütbləşmə və deməli, dielektrik sabitliyi ε dielektrik temperaturunun artması ilə azalır, çünki onun həcmi artır və vahid həcmə düşən hissəciklərin sayı azalır.

2) İon polarizasiyası(və ya ion yerdəyişməsinin qütbləşməsi).

Qütbləşmə elastik bağlı ionların yerdəyişməsi nəticəsində baş verir. İon quruluşu olan bərk cisimlərin xarakteristikası, yəni. kristal dielektriklər üçün. Hər bir ion kristalı kristal qəfəsin düyünlərində yerləşən müsbət və mənfi ionlardan ibarətdir. Gərginlik tətbiq edildikdə, elektrik qüvvələri orada hərəkət etməyə başlayır və ionlar yerdəyişir: müsbət olanlar bir istiqamətdə, mənfi olanlar isə əks istiqamətdə. Hər bir ion cütü elastik bir dipol əmələ gətirir. İon qütbləşməsinin qurulması vaxtı 10 -13 s-dir. Qütbləşmənin yerdəyişməsi prosesi ilə yanaşı elektron qütbləşmə də baş verir. Kristal dielektriklərdə bu proseslərin intensivliyi yüksəkdir, buna görə də ε = 7 ÷ 12 və daha yüksəkdir.

Elektron və ion polarizasiyaları elastik qütbləşməyə aiddir. Aşağıda müzakirə olunan qalanlar, istirahət polarizasiyasının müxtəlif təzahürləridir.

Sahənin təsiri altında radikallar (atom qrupları) da yönləndirilir - bu dipol- radikal qütbləşmə.

Temperatur artdıqca mühitin özlülüyü azalır, özlülük yüksək olduğu müddətcə dipol polarizasiyası artır. Lakin istilik hərəkətinin xaotik təbiəti tədricən artır və dipolların oriyentasiyası üzərində dominant olur, yəni. Dipol oriyentasiyası temperaturun artması ilə azalmağa başlayır.

Bu qütbləşmə qazlar və mayelər, eləcə də qütb bərk maddələr üçün xarakterikdir. üzvi maddələr radikalları ehtiva edir. 10-2 saniyədə tamamlandı. Sahə çıxarıldıqdan sonra oriyentasiya zəifləyir (rahatlıq yaranır).

4) Elektron şəkildə - istirahət polarizasiyası.

Qütbləşmə, istilik enerjisi ilə həyəcanlanan həddindən artıq "qüsur" elektronlar və ya dəliklər səbəbindən baş verir. Yüksək sındırma indeksi və elektron keçiriciliyi olan dielektriklər, həmçinin yarımkeçiricilər üçün xarakterikdir.

5) Elastik-dipol polarizasiyası

Bəzi kristalların dipol molekullarında qütbləşmə müşahidə olunur, onlar sabitləşir və kiçik bucaq vasitəsilə yalnız məhdud dərəcədə fırlanır.

6) Interlayer polarizasiya

Qütbləşmə keçirici və yarımkeçirici daxilolmalar və müxtəlif keçiriciliyə malik təbəqələrin olması nəticəsində yaranır. Qütbləşmə özünü göstərir bərk maddələr aşağı tezlik diapazonunda heterojen quruluş (laminasiya edilmiş plastik) və elektrik enerjisinin əhəmiyyətli itkiləri ilə əlaqələndirilir.

7) Spontan (spontan) qütbləşmə

Qütbləşmə ferroelektriklər, bölgələrə bölünən maddələr üçün xarakterikdir ( domenlər), xarici sahə olmadıqda spontan dipol momentinə sahib olan. Sahə olmadıqda domenlərin dipol anlarının qarşılıqlı oriyentasiyası elədir ki, maddənin ümumi dipol momenti sıfıra bərabərdir. Sahənin superpozisiyası domenlərin dipol anlarını istiqamətləndirir, bu da çox güclü qütbləşməyə səbəb olur.

DİELEKTRİK MATERİALLAR.

Təsnifat və ümumi xassələri dielektriklər. Temperaturdan asılılıqlar.

DİELEKTRİK MATERİALLAR.

Elektrik sahəsində qütbləşmə qabiliyyətinə malik olan maddələr. Onların daxili elektrik sahəsi və potensialların vahid paylanması var.

Dielektriklərdə yük daşıyıcıları:

1. Qazlarda

1) Müsbət və mənfi ionlar. Səbəb: qaz molekullarının ionlaşması.

2) Güclü sahələrdə elektronlar.

2. Mayelərdə

1) ionlar. Səbəb: maye molekullarının dissosiasiyası.

2) Emulsiya və suspenziyalarda kolloid yüklü hissəciklər.

3. Bərk cisimlərdə

2) Kristal qəfəs qüsurları.

3) Elektronlar və ya keçirici dəliklər.

Qütblü və qütbsüz var.

Şəkil 50.

Dielektriklərin əsas elektrik xüsusiyyətləri:

1. Qütbləşmə

2. Elektrik keçiriciliyi

3. Dielektrik itkiləri

4. Elektrik gücü

Sabit cərəyanla hesablama zamanı yalnız cərəyan nəzərə alınır.

Dielektriklərin polarizasiyası. Qütbləşmənin növləri.

Qütbləşmə xarici elektrik sahəsinin təsiri altında dielektrikdə yüklərin yerdəyişməsi və sıralanması prosesidir. Qütbləşmənin ədədi ölçüsü dielektrik qütbləşməsidir - dielektrik vahid həcminə düşən elektrik anının miqdarı:

	(1.2)
	(1.2)

Harada dp- dielektrik elementin elektrik momenti;

dV – dielektrik elementin həcmi

Xarici elektrik sahəsinin gücü, V/m,

- dielektrik sabiti,

Nisbi dielektrik sabiti.

Qütbləşmə dielektriklərin elektrik tutumu yaratmaq üçün xassəsini müəyyənləşdirir. Eyni zamanda, enerjinin xərclənməsi və istiliyin ayrılması ilə baş verən dielektriklərin qütbləşməsi, dielektriklərin qütbləşmə prosesləri daha çox təkrarlandıqda, xüsusilə yüksək tezliklərdə izolyasiya materiallarında elektrik enerjisinin itkisinə səbəb olur. Vahid vaxtda dövrlər. Buna görə də qütbləşmə dielektrik parametrləri ilə təsvir edilir və .

Qütbləşmənin bir neçə növü var.

2.2.1. Elastik qütbləşmə dielektrikdə enerji buraxmadan və istilik yaymadan baş verir. Elektron və ion elastik polarizasiyalar var

Elektron qütbləşmə atomun elektron qabıqlarının elastik yerdəyişməsi və deformasiyasıdır, atomda müsbət və mənfi yüklərin həndəsi mərkəzlərinin ayrılmasına səbəb olur. Quraşdırmaq üçün minimum vaxt tələb olunur - 10 -15 s, yəni. demək olar ki, dərhal formalaşır. Elektron qütbləşmə zamanı qütbləşmə temperaturdan asılı deyil və dielektrikin termal genişlənməsi və vahid həcmdə atomların sayının azalması səbəbindən temperaturun artması ilə dielektrik davamlılığı rəvan şəkildə azalır (şəkil 2.2). Elektron qütbləşmə kimyəvi tərkibindən və daxili quruluşundan asılı olmayaraq bütün dielektriklərdə müşahidə olunur.

İon qütbləşməsi - ionların elastik yerdəyişməsi - kristal şəbəkənin düyünləri, ion quruluşu olan materiallar üçün xarakterikdir. Temperaturun artması ilə interionik qüvvələrin zəifləməsi səbəbindən güclənir. Qütbləşmənin qurulması vaxtı elektron qütbləşmədən 10-13 s daha uzundur, çünki ionlar daha kütləvidir.

Elektron və ion qütbləşmə prosesləri demək olar ki, dərhal baş verdiyi üçün elastik qütbləşməli materialların dielektrik davamlılığının dəyəri sabitdir və tezlikdən asılı deyildir.

2.2.2. Relaxasiya (qeyri-elastik) qütbləşmə – yavaş qütbləşmə növləri. Onları həyata keçirmək üçün müəyyən bir enerji sərf etmək lazımdır, sonra dielektrik orijinal vəziyyətinə qayıtdıqda istilik şəklində buraxılır. Qütbləşmənin dipol-relaksasiya, ion-relaksasiya, elektron-relaksasiya, rezonans və miqrasiya növləri vardır.

Dipol-relaksasiya qütbləşməsi dipol strukturlu maddələr üçün xarakterikdir və dipol molekullarının dielektrikə tətbiq olunan xarici elektrik sahəsindəki istiqamətinin dəyişdirilməsi nəticəsində yaranır. Dipolların kütləsindən, qablaşdırma sıxlığından və ölçülərindən asılı olaraq qütbləşmənin qurulması vaxtı 10 -10 ..10 -2 s-dir. Qütbləşməyə səbəb olan sahəni götürdükdən sonra hissəciklərin istilik hərəkətinin təsiri altında ilkin xaotik vəziyyətinə qayıdırlar, qanuna uyğun olaraq materialın qütbləşməsi azalır.

(1.2)

xarici sahənin aradan qaldırılması zamanı dielektrik polarizasiyası haradadır, C/m2,

İstirahət vaxtı (sifariş edilmiş dipolların sayının e faktoru ilə azaldığı vaxt), s.

Dipol polarizasiyasının temperaturdan asılılığı Şəkildə göstərilmişdir. 2.3. Aşağı temperatur bölgəsində qrafikin azalması ionların sıx şəkildə qablaşdırılması və onların yenidən istiqamətləndirilməsinin çətinliyi ilə, yüksək temperatur bölgəsində isə dielektrik həcminin vahidinə düşən dipolların sayının az olması ilə əlaqədardır.

düyü. 2.3. Dipol-relaksasiya qütbləşməsinin temperaturdan asılılığı

Bütün qütb maddələrində dipol-relaksasiya qütbləşməsi müşahidə olunur. Bərk dielektriklərdə qütbləşmə molekulun özünün fırlanması ilə deyil, onun tərkibində olan qütb radikallarının, məsələn, süfrə duzunun molekulunda Na + və Cl-nin yerdəyişməsi ilə baş verir.

Tezlik artdıqca, dipol polarizasiyası və dielektrik sabitliyi azalır, buna görə də qütb dielektrikləri tezlikdən asılıdır və yüksək tezliklərdə istifadə edilmir.

İon-relaksasiya qütbləşməsi ionların boş qablaşdırılması olan materiallarda müşahidə olunur və xarici elektrik sahəsinin təsiri altında ionların kristal qəfəsdə boşluqlara fiziki hərəkəti nəticəsində yaranır. Sahə çıxarıldıqdan sonra polarizasiya tədricən zəifləyir. Yalnız üçün müşahidə olunur bərk maddələr(Şəkil 3.x), çünki ərimiş vəziyyətdə ionlar sərbəst olur və material elektrolitik keçiriciliyə malik keçirici olur.

düyü. 3.x. İon-relaksasiya qütbləşməsinin asılılığı

temperaturda

Elektron relaksasiya qütbləşməsi artıq (qüsurlu) elektronların və dəliklərin bir iondan digərinə (sahə istiqamətində) hərəkəti nəticəsində yaranır. Elektron elektrik keçiriciliyi olan maddələr üçün xarakterikdir, asılılıqda mərkəzi maksimuma malikdir və artan tezliklə azalır.

Rezonans polarizasiyası. Dielektriklərdə işıq tezliklərində müşahidə olunur və elektronların və ya ionların təbii rəqslərinin (fırlanmalarının) rezonansı və xarici elektromaqnit sahəsinin (işığın) tezliyi ilə yaranır. Praktikada istifadə edilmir və elektronika və mikroelektronika tərəfindən istifadə olunan tezlik diapazonunda dielektrik xüsusiyyətlərinə faktiki olaraq heç bir təsir göstərmir.

Miqrasiya qütbləşməsi - makroskopik qeyri-homogenliyi və çirklərin mövcudluğu ilə qeyri-bərabər strukturlu bərk maddələrdə özünü göstərir. Polarizasiyanın səbəbləri real texniki dielektriklərdə (kağız, parça) keçirici və yarımkeçirici daxilolmaların olmasıdır. Miqrasiya polarizasiyası zamanı elektronlar və ionlar keçirici daxilolmalar daxilində hərəkət edərək böyük qütbləşmiş bölgələr əmələ gətirirlər. Bu qütbləşmə böyük enerji itkiləri ilə əlaqələndirilir və artıq aşağı tezliklərdə müşahidə olunur, belə dielektriklərin boşalma müddəti dəqiqə və saniyədir.

Həqiqi dielektriklərdə eyni vaxtda bir neçə növ qütbləşmə meydana çıxır, buna görə də qütbləşmənin tezlik və temperaturdan asılılığı, dielektrik sabiti və dielektrik itkisi tangensi mürəkkəbləşir. Qütbləşmə növünə görə dörd qrup dielektrik fərqlənir:

1. Dielektriklər əsasən elektron qütbləşir. Bunlar kristal və amorf vəziyyətdə olan qeyri-polyar və zəif qütblü maddələrdir (parafin, polistirol, polietilen). Onlar yüksək tezlikli dielektriklər - izolyatorlar kimi istifadə olunur.

2. Elektron və dipol-relaksasiya polarizasiyası olan dielektriklər. Bunlar qütb üzvi, yarı maye və bərk materiallardır (qatranlar, sellüloza). Onlar aşağı tezlikli dielektriklər - izolyatorlar və aşağı tezlikli kondansatörlərdə istifadə olunur.

3. Elektron, ion və relaksasiya polarizasiyası olan bərk qeyri-üzvi dielektriklər (slyuda, kvars, şüşə, keramika, şüşə keramika). Onlar yüksək tezlikli kondansatörlərdə dielektriklər və izolyatorlar kimi istifadə olunur.

4. Qütbləşmənin bütün növləri ilə ferrodielektriklər. Aktiv (idarə olunan) dielektriklər kimi istifadə olunur.

Qütbləşmə səbəbindən dielektrik daxilində elektrik sahəsi dəyişir. Dielektrik sabiti xarici sahənin daxili ilə zəifləməsini xarakterizə edir:

	(1.2)

xarici elektrik sahəsi haradadır, V/m,

Daxili elektrik sahəsi, V/m,

Elektrik yerdəyişməsi, C/m2,

Səthin sıxlığı bir dielektrik varlığında kondansatör plitələrində əlaqəli yüklər, C/m 2,

Dielektrik polarizasiyası nəticəsində yaranan əlavə səth yük sıxlığı, C/m 2

Hava kondansatörünün lövhələrində səth yükünün sıxlığı, C/m2

Lazımi xüsusiyyətləri əldə etmək üçün, məsələn, TKE-nin minimum temperatur əmsalı, müxtəlif dielektrik sabitləri olan sadə materialların qarışığından ibarət mürəkkəb dielektrik elektrik kondansatörlərində istifadə edilə bilər. Belə bir dielektrik istifadə edilərsə, onun effektiv dielektrik davamlılığı Lichtenecker düsturu ilə hesablanır: komponentlərin xaotik paylanması halında:

,

Harada q 1 Və q 2– komponentlərin həcm konsentrasiyası (fraksiyaları).

DİELEKTRİKLƏRİN QÜTBƏLƏŞMƏSİ.

Elektrik sahəsinin təsiri altında yük daşıyıcılarının yerdəyişməsi və sıralanması prosesi

Elementar həcminin elektrik momenti əldə etdiyi maddənin vəziyyəti

Səbəblər: xarici elektrik sahəsi, mexaniki gərginlik, işıqlandırma və digər ətraf mühit amilləri, spontan polarizasiya.

Şəkil 51.

Polarizasiya elektrik tutumunun görünüşünün səbəbidir.

Dielektriklər:

1) xətti – izolyasiya, sabit tutumlu kondensatorlar

2) qeyri-xətti - sensorlar, idarə olunan gərginlik kondensatorları

Şəkil 52.

Qütblər qütb molekullarından (su) ibarətdir. Qütb olmayan - elektrik anı = 0 (qazlar, yemək duzu) olan qeyri-qütbdən.

Polarizasiya növləri:

1. Sürətli qütbləşmə (elastik) - enerji itkisi olmadan baş verir.

1) Elektron polarizasiya - elektron buludunun atom nüvəsinin mərkəzinə nisbətən yerdəyişməsi. Baş vermə və aradan qaldırma vaxtı 10^-14...10^-15 s-dir. Qütbləşmə temperaturdan asılı deyil, lakin dielektrik sabiti var. Şəkil 53.

2) Rezonans qütbləşməsi - elektronların fırlanma tezlikləri maqnit sahəsinin dəyişməsi ilə üst-üstə düşdükdə baş verir.

3) İon qütbləşməsi - müsbət və mənfi ionların bir-birinə nisbətən yerdəyişməsi. Çökmə vaxtı – 10^-11 s. Məsələn: süfrə duzu. Temperatur artdıqca parametrlər də artır.

2. İstirahət

Onun yaradılması alternativ cərəyanda istilik və dielektrik itkiləri şəklində buraxılan enerjini tələb edir.

Çeşidlər:

1) Dipol relaksasiya qütbləşməsi - dipol molekullarının sahə istiqamətində fırlanması və oriyentasiyası.

Şəkil 54.

Yerləşdirmə vaxtı: 10^-2…10^-10 s.

Tau istirahət vaxtıdır.

2) İon-relaksasiya qütbləşməsi - elektronların natamam qablaşdırılması ilə maddələrdə ionların bir atomdan digərinə hərəkəti. Məsələn: şüşə.

Şəkil 55.

Mayedə - elektrolitik keçiriciliyə malik keçiricilər.

3) Elektron - relaksasiya - qütbləşmə zamanı elektronun başqa atoma keçməsi.

Çökmə vaxtı: otaq temperaturu üçün 10^-2…10^-5 s.

4) Miqrasiya – keçirici daxilolmalar olan qeyri-homogen dielektriklərdə müşahidə olunur. Məsələn: kağız.

Şəkil 56.

Aşağı tezlikli polarizasiya. İstirahət vaxtı: dəqiqə və saat.

5) Spontan qütbləşmə. Faza - kristal şəbəkənin vəziyyəti, quruluşu.

Müxtəlif maddələrdə birləşmə vəziyyətini dəyişdirmədən faza dəyişməsi mümkündür. Dielektriklərdə faza dəyişiklikləri spontan polarizasiyaya - ferroelektriklərə səbəb ola bilər. Dielektrik davamlı - 10^5-ə qədər. Dielektriklərin növü - qeyri-xətti. Sensorlarda istifadə olunur.

Qarışığın dielektrik davamlılığı.