Диэлектрикийн туйлшрал гэж юу вэ. Диэлектрик ба тэдгээрийн шинж чанар, диэлектрикийн туйлшрал ба задралын хүчдэл

ОХУ-ын БОЛОВСРОЛ, ШИНЖЛЭХ УХААНЫ ЯАМ

Бийскийн технологийн дээд сургууль

(салбар) FSBEI HPE

"Алтай улс

Техникийн их сургууль

тэд. I.I. Ползунов"

(BTI AltSTU)

Сэдэв дээр: Диэлектрикийн туйлшрал

Дууссан:

ПС-11 бүлгийн оюутан

Комарова.А.В.

Шалгасан:

Шалунов А.В.

ТАНИЛЦУУЛГА 3

1 Туйлшралын тухай ойлголт 3

2 Туйлшралын механизмууд 4

3 Туйлшралын төрлүүд 5

3.1 Цахим туйлшрал 5

3.2 Ионы туйлшрал 6

3.3 Уян-диполь туйлшрал 7

3.4 Ион сулрах туйлшрал 8

3.5 Диполь-тайвшралын туйлшрал 9

3.6 Шилжилт (давхарга хоорондын) туйлшрал 11

3.7 Цахим сулралт туйлшрал 11

3.8 Цөмийн хэвийсэн туйлшрал 12

3.9 Үлдэгдэл (электрет) туйлшрал 12

3.10 Аяндаа (төмөр цахилгаан) туйлшрал 13

3.11 Пьезоэлектрик туйлшрал 14

4 Диэлектрикийн ангилал 15

5 Үйл явцын хурдаас хамааран туйлшралын төрлүүд 17

ДҮГНЭЛТ 19

Ашигласан материал 20

ОРШИЛ

Туйлшралын үзэгдлийн мөн чанар нь гадны нөлөөн дор байдаг цахилгаан орондиэлектрикийн холбогдсон цэнэгүүд нь тэдгээрт үйлчлэх хүчний чиглэлд шилждэг ба талбайн хүч их байх тусам шилжилт ихсэх болно.

Диэлектрикууд нь туйлшрах чадвартай тул цахилгаан төхөөрөмжид хэрэглээгээ олсон.

Диэлектрик нь түүний атом, молекул, ионуудын цахилгаан цэнэгүүд хоорондоо холбогддог тул "цахилгаан талбарт туйлшрах чадвар бүхий үндсэн цахилгаан шинж чанар бүхий бодис" гэж нэрлэгддэг бөгөөд цахилгаан статик орон байх боломжтой байдаг.

Практикт хэрэглэгддэг диэлектрикүүд нь цахилгаан орон дотор хөдөлж, цахилгаан дамжуулах чанарыг тодорхойлдог чөлөөт цэнэгүүдийг агуулдаг. DC.

1. Туйлшралын тухай ойлголт

Туйлшрал гэдэг нь цахилгаан талбайн нөлөөлөлд өртөх үед аливаа диэлектрикт тохиолддог диполь молекулуудын хязгаарлагдмал нүүлгэн шилжүүлэлт юм.

Туйлшралын хоёр тодорхойлолт байдаг:

Тодорхой нэг хавтгайд байрлах гэрлийн болон цахилгаан соронзон чичиргээний шинж чанар. Ослын цацрагийн туйлшралын хавтгай.

Гүйдлийг сулруулдаг янз бүрийн бодисын электродууд дээр хуримтлагдах. Электродуудын туйлшрал.

Нүүлгэн шилжүүлэх механизм эсвэл дарааллаас хамаарна цахилгаан цэнэгДараахь төрлийн туйлшралыг ялгадаг.

Цахим туйлшрал;

Ионы туйлшрал;

Уян диполийн туйлшрал;

Ионы тайвшралын туйлшрал;

Диполь-тайвшралын туйлшрал;

Шилжилт (давхарга хоорондын) туйлшрал;

Цахим амралтын туйлшрал;

Цөмийн шилжилтийн туйлшрал;

Үлдэгдэл (электрет) туйлшрал;

аяндаа (төмөр цахилгаан) туйлшрал;

Пьезоэлектрик туйлшрал.

1. Туйлшралын механизмууд

Диэлектрик бүхий конденсаторын багтаамж ба түүнд хуримтлагдсан цахилгаан цэнэгийг хэд хэдэн туйлшралын механизмаар тодорхойлдог бөгөөд энэ нь өөр өөр диэлектрикийн хувьд ялгаатай бөгөөд нэг материалын хувьд нэгэн зэрэг тохиолдож болно.

1-р зурагт янз бүрийн туйлшралын механизмууд байдаг диэлектрикийн эквивалент хэлхээг харуулсан бөгөөд эдгээрийг хүчдэлийн эх үүсвэртэй зэрэгцээ холбосон конденсаторуудын цуврал хэлбэрээр дүрсэлж болно.

Химийн бондын шинж чанараас хамааран диэлектрикийн туйлшралын дараах 3 үндсэн механизмыг ялгадаг: электрон, ион ба диполь (чиг баримжаа).

Цахим туйлшрал нь бүх диэлектрикт байдаг ба талстуудад давамгайлдаг ковалент холбоо. Гаднах цахилгаан талбайн P нөлөөн дор атомын электронууд нь цөмтэй нь харьцуулахад шилждэг (электрон бүрхүүлийн деформаци) ба индукцлагдсан диполууд үүсдэг. Өдөөгдсөн диполын диэлектрик шинж чанарууд нь резонансын үзэгдлүүдийн нэг юм.

Цахим туйлшралын механизм нь хамгийн бага инерцтэй, учир нь Электроны масс нь туйлшралын процесст оролцож буй хэсгүүдийн массаас хамаагүй бага байна. Цахим туйлшрал үүсэх хугацаа нь ≈ 10-15 сек бөгөөд энэ нь гэрлийн хэлбэлзлийн үетэй харьцуулах боломжтой юм.

1. Туйлшралын төрлүүд

3.1 Цахим туйлшрал

Цахим туйлшрал - Энэ нь эерэг цэнэгтэй цөмтэй харьцуулахад электрон тойрог замуудын шилжилт юм. Энэ нь аливаа бодисын бүх атомуудад, тиймээс бусад төрлийн туйлшралаас үл хамааран бүх диэлектрикүүдэд тохиолддог. Сэргээх хугацаа 10-13 секунд байна.

Цахим туйлшрал нь бүх төрлийн диэлектрикт ажиглагддаг бөгөөд резонансын давтамж хүртэл эрчим хүчний алдагдалтай холбоогүй болно. Цэвэр электрон туйлшралтай бодисын диэлектрик тогтмол нь гэрлийн хугарлын илтгэгчийн квадраттай тоон үзүүлэлтээр тэнцүү байна. Цахим туйлшралын үед бөөмсийн туйлшрал нь температураас хамаардаггүй бөгөөд диэлектрикийн дулааны тэлэлт, нэгж эзэлхүүн дэх бөөмийн тоо багассанаас температур нэмэгдэхийн хэрээр диэлектрик тогтмол буурдаг. Температурын муруй нь нягтын муруйтай төстэй; Мөн 2-р зурагт үзүүлсэн шиг бодисыг хатуугаас шингэн рүү, шингэнээс хий рүү шилжүүлэх явцад хамгийн огцом бууралт ажиглагдаж байна.

Зураг 2 – Бодисын хатуу бодисоос шингэн рүү, шингэнээс хий рүү шилжих

а) бага хүчдэл; б) хурцадмал байдалгүйгээр;

Зураг 3 – Атомын туйлшрал

Зураг 3-т атомуудын туйлшралын график дүрслэлийг үзүүлэв.

Бидний харж байгаагаар электронуудын тойрог зам нь хүчдэлийн нөлөөн дор сунадаг.

3.2 Ионы туйлшрал

Ионы туйлшрал нь ионы химийн холбоо бүхий бодисуудад ажиглагдаж, бие биентэйгээ харьцуулахад эсрэг цэнэгтэй ионуудын шилжилтээр илэрдэг. Дээр дурдсанчлан электрон туйлшралын хугацаа маш богино байдаг - электрон туйлшралаас 2-3 дахин урт байна.

Ионы төрлийн химийн холбоо бүхий диэлектрикүүдэд цахилгаан талбайн нөлөөн дор эерэг ионууд сөрөгтэй харьцуулахад шилждэг. Ионы туйлшралыг тогтоох хугацаа нь ихэвчлэн 10 -14 - 10 -15 секунд байдаг. Энэ нь энэхүү туйлшрал нь бичил долгионы талбарууд (10 10 - 10 11 Гц) зэрэг ээлжлэн солигдох талбарт өөрийгөө бүрэн тогтоох цагтай гэсэн үг юм. Үүний зэрэгцээ спектрийн хэт улаан туяаны бүсэд ионы туйлшрал үүсэх саатал үүсдэг.

Төрөл бүрийн найрлагатай органик бус шил, их хэмжээний шилэн фаз агуулсан цахилгаан шаазан, керамик материалын хувьд диэлектрик тогтмол нь температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг.

Зураг 4 – Молекулын ионы туйлшрал

Молекулын ионы туйлшралын диаграммыг 4-р зурагт үзүүлэв.

3.3 Уян-диполь туйлшрал

Олон диэлектрикууд нь өөрийн цахилгаан моменттой молекулуудыг агуулдаг. Гадны цахилгаан талбарт диполь чиглэлийн чиглэл өөрчлөгдөхөд уян харимхай сэргээх хүч үүсдэг.

Хий ба шингэнд туйлын молекулууд дулааны хөдөлгөөнөөс болж буруу чиглэлтэй байдаг тул үүссэн туйлшрал тэг болно. Гадны талбайн нөлөөн дор талбайн чиглэлд дипольуудын тодорхой давуу чиглэлийг тогтоодог.

Гаднах цахилгаан орон дээр 5-р зурагт үзүүлсэн шиг тэнцвэрийн чиглэлээс диполь моментуудын уян хатан хазайлт байдаг.

Зураг 5 – Гадны орон дахь диполын уян хатан эргэлт

Дипольуудыг хангалттай хатуу холбосон тохиолдолд гаднах цахилгаан орон үүсэх үед тэдгээрийн чиглэлд уян хатан өөрчлөлт гардаг.

Туйлшрах чадвар нь молекул бүрийн цахилгаан момент, молекул хоорондын бондын энерги, цахилгаан талбайн чиглэлээс хамаарна. Дотоод болон гадаад талбарууд параллель байвал туйлшрах чадвар тэг болно. Тиймээс уян диполийн туйлшралын хувь нэмэр нь диэлектрик тогтмолын анизотропийг үүсгэдэг.

3.4 Ионы сулралт туйлшрал

Энэ нь органик бус шил, ионуудын сул савлагаатай зарим ионы бодисуудад ажиглагддаг. Эдгээр тохиолдолд гадны цахилгаан орны нөлөөн дор байгаа бодисын сул холбогдсон ионууд нь 6-р зурагт үзүүлсэн шиг талбайн чиглэлд илүүдэл дамжуулалтыг хүлээн авдаг.

Температур нэмэгдэхийн хэрээр туйлшрал ихээхэн нэмэгддэг.

Зураг 6 – Гадны цахилгаан орон дахь ионы потенциал энергийн зайнаас хамаарах хамаарал

Гадны цахилгаан орон байхгүй тохиолдолд боломжит саадыг дамжин өнгөрөх ионы бүх чиглэл ижил магадлалтай. Тиймээс ионы тархалт жигд байна.

Тест >> Биологи

Цахилгаан дамжуулах чанар ба аль алиных нь процессоор тодорхойлогддог туйлшрал. Диэлектрикцахилгаан талбарт метр урт модон... цахилгаан талбайд юу болдог вэ туйлшрал диэлектрик, өөрөөр хэлбэл эсрэг талын нэрсийн эсрэг чиглэлд шилжилт хөдөлгөөн ...

Цахилгаан статик талбайн боломж. Диэлектрикэлектростатик талбарт

Лекц >> Физик

Гадаргуу. Цахилгаан орон дахь диполь. Туйлшрал диэлектрик. Талбайн хүч диэлектрик. Цахилгааны хазайлт. Гадаргуу дээр ... тэг дээр ажиллана диэлектрикхолбогдох цахилгаан цэнэгүүд гарч ирнэ. Туйлшрал диэлектрикгэсэн үг...

Хийн цахилгааны хүчийг тодорхойлох диэлектрик

Лабораторийн ажил >> Үйлдвэр, үйлдвэрлэл

Цахилгаан тусгаарлагч материал. Тэд юу гэж нэрлэдэг вэ туйлшрал диэлектрик. Ямар төрлүүд туйлшралагшин зуурт гэж үзэж болох ч аль нь...

Цахилгаан талбайн тооцоо диэлектрик

Лекц >> Физик

Учир нь талбайн улмаас суларсан байна туйлшрал диэлектрик. 3. Хоёрын зааг дээрх E ба D-ийн нөхцөл ... энэ нь нийт диполь момент юм. диэлектриктэгтэй тэнцүү. Туйлшралгадна цахилгаан дахь төмөр цахилгаан ...

Диэлектрикийн нэгж эзэлхүүнийг хэлнэ. Заримдаа туйлшралын векторыг товчхондоо энгийн туйлшрал гэж нэрлэдэг.

• Туйлшралын вектор нь зөвхөн энгийн диэлектрик төдийгүй ферроэлектрик ба зарчмын хувьд ижил төстэй шинж чанартай аливаа мэдээллийн хэрэгслийн туйлшралын макроскопийн төлөвийг тодорхойлоход хэрэглэгддэг. Энэ нь зөвхөн өдөөгдсөн туйлшралыг тайлбарлахаас гадна аяндаа үүссэн туйлшралыг (төмөр цахилгааны хувьд) тайлбарлахад тохиромжтой.

Туйлшрал нь диэлектрикийн төлөв бөгөөд түүний эзэлхүүний аль ч (эсвэл бараг ямар ч) элементэд цахилгаан диполь момент байгаагаар тодорхойлогддог.

Гадны цахилгаан талбайн нөлөөн дор диэлектрикт өдөөгдсөн туйлшрал ба гадны орон байхгүй үед ферроэлектрикт тохиолддог аяндаа (аяндаа) туйлшралыг хооронд нь ялгадаг. Зарим тохиолдолд диэлектрикийн (төмөр цахилгаан) туйлшрал нь механик стресс, үрэлтийн хүчний нөлөөн дор эсвэл температурын өөрчлөлтөөс болж үүсдэг.

Туйлшрал нь нэгэн төрлийн диэлектрик доторх ямар ч макроскоп эзэлхүүн дэх цэвэр цэнэгийг өөрчилдөггүй. Гэсэн хэдий ч энэ нь түүний гадаргуу дээр тодорхой гадаргуугийн нягтралтай σ холбогдсон цахилгаан цэнэгийн харагдах байдал дагалддаг. Эдгээр холбогдсон цэнэгүүд нь диэлектрик дотор E 0 эрчимтэй гадаад талбайн эсрэг чиглэсэн E 1 эрчимтэй нэмэлт макроскопийн талбарыг үүсгэдэг. Үүссэн талбайн хүч нь диэлектрик дотор E = E 0 -E 1 байна.

Туйлшралын төрлүүд

Туйлшралын механизмаас хамааран диэлектрикийн туйлшралыг дараахь төрлүүдэд хувааж болно.

• Электрон - гадаад цахилгаан орны нөлөөн дор атомын электрон бүрхүүлийн шилжилт хөдөлгөөн. Хамгийн хурдан туйлшрал (10−15 секунд хүртэл). Алдагдалтай холбоогүй.
• Ионы - зангилааны шилжилт болор бүтэцгадаад цахилгаан орны нөлөөн дор байх ба шилжилт нь торны тогтмол хэмжээнээс бага хэмжээгээр байна. Урсгалын хугацаа 10−13 секунд, алдагдалгүй.
• Диполь (чиг баримжаа) - харилцааны хүчийг даван туулахын тулд алдагдалтай тохиолддог дотоод үрэлт. Гаднах цахилгаан орон дахь диполын чиглэлтэй холбоотой.
• Электрон сулрал - гадаад цахилгаан орон дахь согогийн электронуудын чиг баримжаа.
• Ион-тайвшрах - болор бүтцийн зангилаанд сул бэхлэгдсэн, эсвэл завсарт байрладаг ионуудын нүүлгэн шилжүүлэлт.
• Бүтцийн - диэлектрик дэх хольц ба нэг төрлийн бус макроскоп орцуудын чиг баримжаа. Хамгийн удаан төрөл.
• Аяндаа (аяндаа) - энэ төрлийн туйлшралын улмаас ажиглагдаж буй диэлектрикүүдэд туйлшрал нь гадаад талбайн бага утгын үед ч мэдэгдэхүйц шугаман бус шинж чанарыг харуулдаг бөгөөд гистерезис үзэгдэл ажиглагддаг. Ийм диэлектрик (ферроэлектрик) нь маш өндөр диэлектрик тогтмол (зарим төрлийн конденсаторын керамикийн хувьд 900-аас 7500 хүртэл) тодорхойлогддог. Аяндаа туйлшралыг нэвтрүүлэх нь дүрмээр бол материалын тангенсийн алдагдлыг нэмэгдүүлдэг (10-2 хүртэл)
• Резонант - байгалийн давтамж нь гадаад цахилгаан талбайн давтамжтай давхцаж буй бөөмсийн чиглэл.
• Шилжилтийн туйлшрал нь материалд янз бүрийн дамжуулалт бүхий давхаргууд байгаатай холбоотой бөгөөд орон зайн цэнэг үүсэх, ялангуяа өндөр хүчдэлийн налуу дээр их хэмжээний алдагдалтай, удаан ажилладаг туйлшрал юм.

Диэлектрикийн туйлшрал (резонансын туйлшралаас бусад) нь статик цахилгаан талбайд хамгийн их байдаг. Хувьсах талбарт электрон, ион ба цахилгаан диполын инерци байгаа тул цахилгаан туйлшралын вектор давтамжаас хамаарна. Үүнтэй холбогдуулан диэлектрик тогтмол дисперсийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн.

Туйлшралын векторын гадаад талбайн хамаарал

Тогтмол талбарт

Сул талбарт

Энэ талбарын хангалттай бага хүч чадалтай тогтмол эсвэл аажмаар өөрчлөгддөг гадаад цахилгаан орон дээр туйлшралын вектор П, дүрмээр (төмөр цахилгааныг эс тооцвол) талбайн хүч чадлын вектороос шугаман хамааралтай байдаг. Э:

(SGS системд), (SI системд; энэ догол мөр дэх цаашдын томьёог зөвхөн SGS-д өгсөн болно, SI томьёо нь зөвхөн цахилгаан тогтмол дээр ялгаатай хэвээр байна)

-аас хамаарах коэффициент хаана байна химийн найрлага, төвлөрөл, бүтэц (үүнд нэгтгэх байдал) орчин, температур, механик стресс гэх мэт (зарим хүчин зүйлээс илүү хүчтэй, бусад хүчин зүйлээс сул, мэдээжийн хэрэг, тус бүрийн өөрчлөлтийн хүрээнээс хамаарч) ба (цахилгаан) туйлшрал гэж нэрлэдэг (мөн ихэнх тохиолдолд наад зах нь энэ тохиолдолд) , өгөгдсөн орчны скаляр - диэлектрик мэдрэмтгий чанараар илэрхийлэгдэх үед. Тогтмол нөхцөлд тогтсон бүтэц, бүтэцтэй нэгэн төрлийн орчны хувьд үүнийг тогтмол гэж үзэж болно. Гэсэн хэдий ч дээр дурдсан бүх зүйлтэй холбогдуулан ерөнхийдөө энэ нь орон зай, цаг хугацаа (тодорхой эсвэл бусад параметрээр) гэх мэт ямар нэг цэгээс хамаардаг.

Изотроп шингэн, изотроп хатуу бодис эсвэл талстуудын хувьд өндөр тэгш хэм хангалттай байдаг - зүгээр л тоо (скаляр). Илүү ерөнхий тохиолдолд (бага тэгш хэмтэй талстуудын хувьд, механик стрессийн нөлөөн дор гэх мэт) - тензор (хоёр дахь зэрэглэлийн тэгш хэмтэй тензор, ерөнхийдөө доройтдоггүй) гэж нэрлэдэг. туйлшрах тензор. Энэ тохиолдолд та томъёог дараах байдлаар дахин бичиж болно (бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд):

Энд тэмдэгт бүхий хэмжигдэхүүнүүд нь орон зайн гурван координатад харгалзах вектор ба тензорын бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй тохирч байна.

Туйлшрах чадвар нь тензорын физик утга, физикийн хэрэглээг энгийнээр харуулах хамгийн тохиромжтой физик хэмжигдэхүүнүүдийн нэг гэдгийг тэмдэглэж болно.

Хоёрдахь зэрэглэлийн тэгш хэмтэй доройтдоггүй тензорын хувьд та туйлшрах тензорыг сонгож болно (хэрэв орчин нь нэгэн төрлийн биш бол - өөрөөр хэлбэл тензор нь орон зайн цэгээс хамаардаг - хэрэв орчин нь нэгэн төрлийн байвал дор хаяж орон нутгийн хувьд, дараа нь дэлхий даяар) гэж нэрлэгддэг. өөрийн суурь - тэгш өнцөгт декарт координатууд, үүнд матриц нь диагональ болж, дараа нь - зөвхөн эдгээр координатуудад (!) - тэмдэглэгээг бага зэрэг хялбаршуулсан болно:

Туйлшрах тензорын гурван хувийн утга хаана байна.

Хэрэв эдгээр гурван хувийн утга нь хоорондоо тэнцүү бол тензороор үржүүлэх нь тоогоор үржүүлэхтэй тэнцүү бөгөөд орчин нь изотроп (туйлшрах чадварын хувьд) юм. (Энэ нь яагаад өндөр тэгш хэмтэй болор анизотропи үүсгэж чадахгүй байгааг тодорхой харуулж байна: зөвхөн гурван ижил хувийн утга нь тэгш хэмийн шаардлагыг хангаж чадна).

Хүчтэй талбайд

Хангалттай хүчтэй талбарт дээр дурдсан бүх зүйл нь цахилгаан талбайн хүч нэмэгдэх тусам эрт орой хэзээ нэгэн цагт хамаарлын шугаман чанар алдагддаг тул төвөгтэй байдаг. П-аас Э.

Шинээр гарч ирж буй шугаман бус байдлын шинж чанар, шугаман бус байдал мэдэгдэхүйц болох талбайн хүч чадал нь мэдээжийн хэрэг орчны бие даасан шинж чанар, нөхцөл байдал гэх мэтээс хамаарна.

Бид дээр дурдсан хүмүүстэй тэдгээрийн холболтыг тодруулж болно.

Тиймээс электрон ба ионы туйлшралын хувьд иончлолын потенциалыг молекулын шинж чанарын харьцааны дарааллаар ойртож буй талбарт ашигладаг. U 0 /D, туйлшралын векторын өсөлт нь эхлээд талбар нэмэгдэхийн хэрээр хурдасдаг нь онцлог юм (графикийн налууг нэмэгдүүлэх). P(E)), дараа нь диэлектрикийн задралд жигд хувирна.

Диполь (чиг баримжаа) туйлшрал нь ихэвчлэн бага зэрэг бага гадаад талбайн хүч чадалтай байдаг кТ/х(Хаана х- молекулын диполь момент, Т- температур, к- Больцманы тогтмол) - өөрөөр хэлбэл диполь (молекул) талбайн харилцан үйлчлэлийн энерги нь дипольын дулааны хөдөлгөөний (эргэлтийн) дундаж энергитэй харьцуулах боломжтой болоход эсрэгээр ханасан байдалд хүрч эхэлдэг. Цаашид талбайн хүч нэмэгдэж, эрт орой хэзээ нэгэн цагт электрон эсвэл ионы туйлшралын хувилбар илүү өндөрт дүрслэгдсэн бөгөөд эвдрэлээр төгсдөг).

Цаг хугацаанаас хамааралтай салбарт

Цаг хугацааны хувьд хурдацтай өөрчлөгддөг гадаад талбараас туйлшрах векторын хамаарал нь нэлээд төвөгтэй юм. Энэ нь гадаад талбайн цаг хугацааны өөрчлөлтийн тодорхой төрөл, гадаад талбайн энэхүү өөрчлөлтийн хурд (эсвэл хэлбэлзлийн давтамж), тухайн бодис эсвэл орчинд давамгайлж буй туйлшралаас (энэ нь мөн адил болж хувирдаг) хамаарна. цаг хугацаа, давтамж гэх мэт гадаад талбайн янз бүрийн хамаарлаас хамаарч өөр өөр байдаг.).

Гаднах талбайн хангалттай удаан өөрчлөлттэй үед туйлшрал нь ерөнхийдөө тогтмол талбарт эсвэл түүнтэй маш ойрхон тохиолддог (гэхдээ үүнийг хийхийн тулд талбайн өөрчлөлт хэр удаан байх ёстой нь зонхилох төрлөөс ихээхэн хамаардаг бөгөөд ихэвчлэн маш хүчтэй байдаг. туйлшрал болон бусад нөхцөл байдал, тухайлбал температур) .

Цаг хугацаагаар өөрчлөгддөг талбайн шинж чанараас туйлшралын хамаарлыг судлах хамгийн түгээмэл аргуудын нэг бол гадаад талбайн синусоид цаг хугацааны хамаарал ба туйлшралын векторын хамаарлыг судлах (онолын болон туршилтын) юм. ижил давтамжтай синусоид хуулийн дагуу энэ тохиолдолд өөрчлөгдөх), түүний далайц ба фазын давтамжаас шилжих.

Туйлшралын механизм бүр нь ерөнхийдөө нэг эсвэл өөр давтамжийн муж, давтамжаас хамаарах ерөнхий шинж чанартай тохирч байдаг.

Диэлектрикийн туйлшралын тухай ярих нь утга учиртай давтамжийн хүрээ нь тэгээс хэт ягаан туяаны бүс хүртэл үргэлжилдэг бөгөөд энэ нь талбайн нөлөөн дор иончлох нь эрчимтэй болдог.

Аливаа бодис нь нэгтгэх төлөв, атом-молекулын бүтцийн нарийн ширийн зүйлээс үл хамааран, жишээлбэл, атом, молекул, ионы талст гэх мэт, эцсийн дүндээ эерэг цэнэгтэй цөм, сөрөг цэнэгтэй электронуудаас бүрддэг.

Тиймээс зөвхөн нэг туйлшралын механизм байдаг - энэ нь туйлшралын талбайн дагуу эерэг цэнэгийн шилжилт ба туйлшралын талбайн эсрэг сөрөг цэнэгийн шилжилт юм (Зураг 3.14). Бодис нь гаднах талбараар биш (жишээлбэл, дээрх (3.2)-ыг үз), харин гаднах цэнэг (диэлектрикт хамааралгүй) болон туйлширсан бодисоос үүссэн нийт талбайгаар туйлширдаг гэдгийг энд онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. өөрөө. Цаашид бид энэ талаар онцгойлон ярихгүй.

Цагаан будаа. 3.14. Туйлшрах талбайн дагуу эерэг цэнэгийн шилжилт хөдөлгөөн
ба туйлшрах талбайн эсрэг сөрөг цэнэгүүд

Тодорхой бодисын туйлшралын шинж чанарыг судлахдаа туйлшрах талбайн нөлөөн дор цэнэгийн хөдөлгөөний нэг механизмын үндсэн шинж чанаруудыг тодруулах нь үндэслэлтэй бөгөөд ашигтай бөгөөд үр дүнг тодорхойлдог: туйлшралын зэрэг, мөн чанар. бодис. Энэ нь хэд хэдэн "тусгай" туйлшралын механизмыг авч үзэхэд хүргэдэг, тухайлбал:

болон бусад олон.

Натрийн хлорид NaCl гэх мэт талстуудад тохиолддог дээр дурдсан ионы туйлшралын талаар хэдэн үг хэлье. Талбайн нөлөөн дор эерэг цэнэгтэй натрийн ионууд Na + ба сөрөг цэнэгтэй хлорын ионууд Cl - тэнцвэрийн байрлалаас өөр өөр чиглэлд шилждэг бөгөөд үүний үр дүнд болорын элементийн эс бүр цахилгаан диполь моментийг олж авдаг. Энэ жишээ нь дараах утгаараа ашигтай юм: диэлектрик хичнээн төвөгтэй байсан ч - энэ тохиолдолд ионы болор - түүний туйлшрал нь эерэг ба сөрөг цэнэгийн эсрэг чиглэлд шилжсэнтэй холбоотой юм. Асуулт нь ямар тодорхой цэнэг тээгч ийм хөдөлгөөн хийх чадвартай байдаг вэ: металл дахь чөлөөт электронууд, төвийг сахисан атомын электрон бүрхүүлийн электронууд эсвэл хий, шингэн дэхь молекулууд цөмтэй хүчтэй холбогддог, болор торны зангилаа дахь ионууд, ба гэх мэт. Энэ нь диэлектрик хэрхэн бүтцээр тодорхойлогддог.

Диэлектрикийн туйлшралын явцад үүсэх процессыг диэлектрикийг хоёр хос холбогдсон эсрэг цэнэгүүдээс бүрдэх орчин гэдэг ойлголт дээр үндэслэн ойлгож болно. Дамжуулагчаас ялгаатай нь диэлектрикүүд нь гадаад талбайн нөлөөн дор дээжийн бүх эзэлхүүнээр хөдөлж чаддаг чөлөөт цэнэггүй байдаг. Диэлектрикийн молекулуудыг бүрдүүлдэг цэнэгүүд нь хоорондоо нягт холбоотой бөгөөд зөвхөн молекул (эсвэл атом) дотор, өөрөөр хэлбэл см-ийн зайд шилжих чадвартай байдаг.

Диэлектрик нь цахилгаан саармаг хэсгүүдээс (атом ба молекулууд) бүрддэг бараг бүх тохиолдолд нэгтгэх төлөв байдлаас үл хамааран туйлшралын бүх "дэд механизм" -ийг хоёр төрөл болгон бууруулах боломжтой. Үүнийг хийхийн тулд бүх атом, молекулууд ба тэдгээрээс бүрдэх диэлектрикийг хоёр ангид хуваах нь заншилтай байдаг.

Цагаан будаа. 3.15. Туйл бус диэлектрикийн туйлшрал

Цагаан будаа. 3.16. Туйл диэлектрикийн туйлшралын чиг баримжаа механизм

Энд нэг молекулын диполь моментийн вектор байгаа бөгөөд нийлбэрийг физикийн хувьд хязгааргүй жижиг эзэлхүүн дотор байрлах бүх молекулууд дээр гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, жигд туйлширсан бөмбөрцгийг авч үзье (Зураг 3.17).

Цагаан будаа. 3.17. Нэг төрлийн туйлширсан бөмбөгний туйлшрал ба цахилгаан орон

Туйлшгүй диэлектрик туйлшрах үед атом эсвэл молекулын электрон бүрхүүл деформацид ордог - электронууд туйлширч буй талбайн эсрэг шилжиж, цөмүүд талбайн дагуу шилждэг. Өмнөх (туйлшрах талбар байхгүй тохиолдолд) эерэг ба сөрөг цэнэгийн төвүүдийн хооронд тодорхой зай гарч ирдэг. Үүний үр дүнд атом эсвэл молекул зарим хэсгийг олж авдаг өдөөгдсөндиполь момент.

Индукцсан диполь момент нь гадаад цахилгаан орны хэмжээтэй пропорциональ байх нь тодорхой юм. Үүнийг боломжит энерги P()-ийн зан төлөвийг харгалзан үзэж ойлгож болно. x) хоёр бөөмийн харилцан үйлчлэл, хаана X- тэдгээрийн хоорондох зай. Тэнцвэрийн төлөв нь зайтай тохирч (бөөмс нь нэг цэгт байгаа бөгөөд диполь момент байхгүй). Тэнцвэрийн байрлалаас бага зэрэг хазайсан тохиолдолд Тейлорын цувралын боломжит энергийн тэлэлтийг эхний хэдэн нөхцлөөр хязгаарлаж болно.

Тэнцвэрийн цэг дээрх эхний дериватив нь тэг, энэ цэг дэх хоёр дахь дериватив эерэг байна гэж үзвэл Тогтвортой тэнцвэрийн цэгийн ойролцоо потенциал энерги ийм байдлаар ажилладаг болохыг бид олж мэдсэн

Үүний дагуу энэ байрлалаас хазайх үед хүч гарч ирдэг

,

пүршийг сунгах үеийн уян харимхай хүчтэй төстэй. Хэрэв молекул дахь цэнэгүүд ийм "хүршиг"-ээр "холбогдсон" бол талбар хэрэглэх үед Э харьцаагаар бөөмс хоорондын шинэ тэнцвэрийн зайг тодорхойлно

Үүний үр дүнд бид талбайн нөлөөн дор үүссэн диполь моментийн утгыг олно

Индукцсан диполь моментыг туйлширсан молекулуудын концентрациар үржүүлэх Н/В (Н- тэдний бүтэн тооэзлэхүүнээр В), бид диэлектрикийн туйлшралыг олж авдаг

Хэрэв бид туйлшралыг (3.16) хэлбэрээр бичвэл

Тодорхойлолтоор тогтмол (өгөгдсөн бодисын хувьд) хаана байна диэлектрик мэдрэмтгий байдалбодис, дараа нь , дараа нь энэ загварын хүрээнд диэлектрик мэдрэгчийг дараах томъёогоор тооцоолж болно.

Туйл гэж нэрлэгддэг молекулуудад эерэг ба сөрөг цэнэгийн төвүүд хоорондоо харьцангуй шилждэг тул ийм молекул нь өөрийн диполь моменттэй байдаг. Ийм молекулыг цахилгаан талбарт байрлуулахад түүний электрон бүрхүүл гажиж, цэнэгийн төвүүдийн хоорондын зай нэмэгдэж, анхны дотоод диполь момент дээр тодорхой индукцлагдсан диполь момент нэмэгддэг. Гэсэн хэдий ч энэхүү нэмэлт өдөөгдсөн диполь момент нь дотоод моментоос хамаагүй бага болохыг харуулж болно. Мэдээжийн хэрэг, туйлшрах талбар нь молекулын доторх талбайгаас хамаагүй бага бол энэ нь үнэн юм. Хэмжээний дарааллаар молекулын орон нь цахилгаан орны хүч чадлын атомын нэгжтэй тэнцүү байна: V/m. Цахилгаан орны хүч чадлын атомын нэгжийн бичгээр илэрхийлэлд электроны масс, түүний цэнэг, Планкийн тогтмолыг илэрхийлнэ. Жишээлбэл, оч ялгаруулахад хүргэдэг "эвдрэл" нь хуурай агаарын талбайн хүч нь ердөө V/m, өөрөөр хэлбэл 5 дахин бага байгааг харгалзан үзэхэд туршилтын дийлэнх хэсэгт өдөөгдсөн диполь момент нь өөрийн байгаа тохиолдолд үл тоомсорлож болно. Ирээдүйд диполь диэлектрикийн туйлшралыг авч үзэхдээ энэ нөлөөг (нэмэлт моментийн индукц) тооцохгүй.

Хэвийн төлөвт байгаа бие даасан молекулуудын дотоод диполь моментуудын векторууд нь дулааны хөдөлгөөний улмаас санамсаргүй байдлаар чиглэгддэг. Иймд гадаад цахилгаан орон байхгүй үед диэлектрикийн физикийн хувьд хязгааргүй жижиг эзэлхүүний дундаж нийт диполь момент тэгтэй тэнцүү байна. Өөрөөр хэлбэл, диэлектрик нь туйлширдаггүй: түүний туйлшрал нь тэг юм.

Гадаад цахилгаан орон нь молекулуудын диполь моментуудыг вектортой параллель чиглүүлэх хандлагатай байдаг бөгөөд дулааны хөдөлгөөн нь үүнээс сэргийлдэг; диэлектрик нь туйлширч, түүний туйлшрал нь температураас хамаарах ёстой, тухайлбал: температур нэмэгдэх тусам буурах ёстой. Энэ хамаарлыг доор тооцоолсон бөгөөд туйлын диэлектрикийн хувьд тэдгээрийн туйлшрал нь туйлшралын талбайн хүчтэй пропорциональ байгааг харуулах болно. Энэ туйлшрал гэж нэрлэдэг чиг баримжаа(Зураг 3.18).

Цагаан будаа. 3.18. Диэлектрикийн чиглэлийн туйлшрал

(3.8) томьёоны дагуу диполийн гадаад орон дахь потенциал энерги Эдиполийн чиглэлээс хамаарна

Термодинамикийн тэнцвэрт байдлын нөхцөлд гадаад талбар дахь бөөмсийн энергийн тархалтыг тодорхойлсон Больцманы статистикийн хуулийн дагуу (Зураг 3.19) диполь момент нь гадаад талбайн өнцөгт чиглэсэн молекулуудын тоог дараах байдлаар тодорхойлно.

Энд ХАМТ- нормчлолын тогтмол, түүний утгыг бид дараа нь олох болно. Т - үнэмлэхүй температур, Больцманы тогтмол - к B = 1.38·10 –23 Ж/К. Молекулуудын диполь момент бага байдаг тул энгийн (хэт бага биш) температурын хувьд илтгэгч нь жижиг бөгөөд бид эхний хоёр гишүүнийг үлдээж Тейлорын цуврал дахь илтгэгчийг өргөжүүлж болно.

Цагаан будаа. 3.19. Л.Больцман (1844–1906) - Австрийн физикч

Ойролцоогоор илэрхийлэл (3.18) ба түүнээс гарах бүх дүгнэлтийг хэт бага температурт ашиглах нь зөв гэдгийг онцолж байна. Уншигч бие даан хийх боломжтой ойролцоо тооцооны (3.18) оронд (3.17) ашиглан яг тооцооллыг хийх нь тийм ч хэцүү биш юм.

Нийт хатуу өнцгийн интеграл нь нийт тоог өгөх ёстой Нсистем дэх молекулууд. Косинусын дундаж утга тэг байх тул зөвхөн (3.18)-ын эхний гишүүнийг нэгтгэсэн болно. Нийт хатуу өнцгийн утга нь -тэй тэнцүү тул бид олж авна

Одоо бид тогтмолыг мэддэг болсон ХАМТмөн (3.18) илэрхийллийг хэлбэрээр бичиж болно

Талбайн чиглэл рүү нийт диполь моментийн проекцын утгыг тодорхойлох шаардлагатай (бусад төсөөлөл нь асуудлын тэнхлэгийн тэгш хэмийн улмаас тэгтэй тэнцүү байх нь ойлгомжтой). Нэг молекулын диполь моментийн проекц нь pcosa-тай тэнцүү тул нийт диполь момент байна. Рнэгж эзэлхүүн дэх бүх молекулын хэмжээ тэнцүү байна

Давхар интеграл нь тэнцүү байх ба хувьсагчийн өөрчлөлтийг ашиглан хэт интегралыг тооцдог.

Дараа нь бид олдог

(3.21)-ээс харахад бодисын диполь чиглэлийн туйлшралын хувьд туйлшрал нь цахилгаан орны хүч чадалтай пропорциональ байна. Түүнээс гадна бид туйлшралын температураас хамааралтай болохыг олж мэдсэн. Энэ бол туршилтаар батлагдсан Кюригийн хууль юм (Зураг 3.20).

Цагаан будаа. 3.20. Поляр диэлектрикийн туйлшралын температураас хамаарах хамаарал (яг шийдэл)

Энэ хэсгийг нэгтгэн дүгнэхийн тулд бид үндсэн дүгнэлтүүдийг товчхон давтах болно. Гадны цахилгаан орон нь талбайн дагуу чиглэсэн диполь моментуудыг үүсгэдэг эсвэл бие даасан молекулуудын диполь моментуудыг чиглүүлдэг ба диэлектрик нь тодорхой макроскопийн диполь моментийг олж авдаг. Векторыг диэлектрикийн туйлшрал гэж нэрлэдэг. Энэ нь гадаад цахилгаан орны хүч чадалтай пропорциональ бөгөөд энэ хамаарлыг дараах байдлаар илэрхийлж болно

дараа нь SI дахь туйлшралын векторыг С/м 2 хэмжинэ. Түүний хэмжээс нь гадаргуугийн цэнэгийн нягтын хэмжээтэй давхцдаг. Энэ нь туйлшралын вектор нь гадна талбарт байрлуулсан диэлектрикийн гадаргуу болон эзэлхүүн дэх туйлшралын цэнэгийн нягттай холбоотой болохыг харуулж байна (Зураг 3.21).

Цагаан будаа. 3.21. Туйлшралын вектор ба туйлшралын цэнэгийн нягт

Туйлшрал хоорондын пропорциональ байдал Р болон хурцадмал байдал Э электрон ба ионы туйлшралын хувьд гадаад электростатик орон нь нэмэгдэж байгаатай холбон тайлбарладаг Э бие даасан атомуудын диполь момент нэмэгддэг хби. Диполь туйлшралын үед векторын чиглэлийн зэрэг нь гадаад электростатик талбайн хүч нэмэгдэхтэй пропорциональ нэмэгддэг. х би. Дээрээс нь бид олсон ерөнхий томъёоянз бүрийн төрлийн туйлшралын диэлектрикийн мэдрэмжийн хувьд. Эдгээр нь хийн хувьд хүчинтэй гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй: бид молекулуудын бие биендээ үзүүлэх нөлөөг тооцоогүй бөгөөд энэ нь тоосонцор нь хэт нягт савлаагүй системд зөвшөөрөгдөх боломжтой юм. Гэхдээ ерөнхий дүгнэлт нь конденсацсан бодисын (шингэн ба хатуу биетүүдийн) хувьд хүчинтэй хэвээр байна: гадаад цахилгаан орны нөлөөн дор диэлектрикийн нэгж эзэлхүүн нь диполь моментийг олж авдаг. Р ; хамгийн энгийн тохиолдолд шугаман хамаарал байдаг

Бүх гурван механизм нь диэлектрикийн нийт диэлектрик мэдрэмтгий байдалд хувь нэмэр оруулдаг.

Диэлектрик мэдрэмтгий байдлын бүх фракцууд ижил хэмжээтэй байх нь ихэвчлэн ховор тохиолддог. Жишээлбэл, ионы талстуудад диполь хэсэг бүрэн байхгүй байна. Туршилтаар фракц бүрийн хувь нэмрийг цахилгаан соронзон долгионы янз бүрийн давтамжийн диэлектрик тогтмолыг хэмжих замаар олж болно. Бага давтамжтай үед (бидний одоо санаа зовж байгаа статик талбар) диэлектрик мэдрэмтгий байдлын бүх гурван хэсэг нь хувь нэмэр оруулдаг (Зураг 3.22).

Цагаан будаа. 3.22. Диэлектрикийн нийт диэлектрик мэдрэмтгий байдлын хамаарал
цахилгаан соронзон долгионы давтамж дээр. Заасан давтамжийн хүрээ:
I - радио ба богино долгионы бүс, II - хэт улаан туяаны бүс, III - хэт ягаан туяаны бүс

Давтамж нэмэгдэх тусам диполь хэсгийн хувь нэмэр хамгийн түрүүнд алга болно: долгионы хурдацтай өөрчлөгдөж буй цахилгаан талбайн дагуу молекулууд эргэх цаг байхгүй болно. Шинэ горимд шилжих нь ихэвчлэн радио давтамж дээр хийгддэг. Цаашид давтамж нэмэгдэх тусам ионы хэсгийн хувь нэмэр алга болно: ионууд нь электронуудаас илүү инерцтэй байдаг. Оптик давтамжийн мужид туйлшралын электрон хэсэг давамгайлдаг. Илүү өндөр давтамж руу шилжих үед - хэт ягаан туяаны бүсээс цааш - электрон үүл хүртэл цахилгаан талбайн өөрчлөлтийг дагах цаг гарахгүй бөгөөд диэлектрикийн туйлшрал алга болно.

Жишээ өгье: NaCl ширээний давс нь статик талбарт 5.62 диэлектрик тогтмол, оптик муж дахь цахилгаан соронзон долгионы талбарт ердөө 2.25 байна. Ийм талстуудад диполийн туйлшрал байхгүй бөгөөд ялгаа нь ионы туйлшралтай холбоотой байх ёстой.

Нэмэлт мэдээлэл

http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/index.html - цахилгаан соронзон долгион, цахилгаан соронзон долгионы хуваарь;

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

http://www.nrao.edu/index.php/learn/radioastronomy/radiowaves - радио долгион, радио долгионы эх үүсвэр.

ДИЕЛЕКТРИКИЙН ШИНЖ

ДИЭЛЕКТРИК.

Диэлектрик нь цахилгаан дамжуулах чанар багатай бодис юм, учир нь Тэд маш цөөхөн чөлөөт цэнэглэгдсэн бөөмстэй байдаг - электрон ба ионууд. Эдгээр хэсгүүд нь зөвхөн өндөр температурт халах үед диэлектрикт гарч ирдэг. Хийн (хий, агаар), шингэн (тос, шингэн органик бодис) ба хатуу (парафин, полиэтилен, гялтгануур, керамик гэх мэт) диэлектрикүүд байдаг.

Нарийн төвөгтэй цахилгаан системийг илэрхийлдэг диэлектрик дээр цахилгаан хүчдэл хэрэглэх үед түүний туйлшрал ба цахилгаан дамжуулах чадвартай холбоотой янз бүрийн цахилгаан процессууд үүсдэг. Хэрэв хүчдэл маш өндөр байвал диэлектрикийн эвдрэл, эвдрэл гэж нэрлэгддэг.

Нэг нь хамгийн чухал шинж чанарууддиэлектрик нь гадны цахилгаан орны нөлөөн дор туйлшрах чадвар юм. Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу туйлшралын үзэгдэл нь нэг буюу өөр тэмдгийн цахилгаан цэнэгтэй диэлектрик бөөмсийн орон зай дахь байрлал өөрчлөгдөхөд хүргэдэг бөгөөд үүний үр дүнд диэлектрикийн макроскоп эзэлхүүн бүр нь тодорхой өдөөгдсөн цахилгаан моментийг олж авдаг. Энэ диэлектрикийн эзэлхүүн нь гадны цахилгаан оронтой ажиллахаас өмнө эзэмшдэггүй байсан.

Туйлшрал нь диэлектрикийн гадаргуу дээр холбогдсон цахилгаан цэнэгийн харагдах байдал дагалддаг бөгөөд энэ нь бодисын доторх талбайн хүчийг бууруулдаг.

Туйлшралын тоон шинж чанар нь диэлектрикийн туйлшрал юм П.

Төрөл бүрийн материалын цахилгаан талбарт туйлшрах чадвар нь харьцангуй диэлектрик тогтмол ε-ээр тодорхойлогддог.

Гадны цахилгаан орон байхгүй тохиолдолд диэлектрик эзэлхүүний элемент бүр цахилгаан моменттэй байдаггүй, учир нь тухайн эзэлхүүн дэх бүх диэлектрик молекулуудын цэнэгийн алгебрийн нийлбэр тэг бөгөөд эерэг ба сөрөг цэнэгийн хүндийн төвүүд давхцдаг. сансарт. Энэ эзэлхүүний элемент нь молекулын хэмжээтэй харьцуулахад маш том хэмжээтэй тул маш олон тооны молекул агуулдаг гэж үздэг. Гадны цахилгаан талбайн нөлөөн дор диэлектрик молекулуудын орон зайд зохион байгуулалтад тодорхой дараалал үүсдэг бөгөөд үүнийг Зураг дээр схемийн дагуу үзүүлэв.

Зэрэгцээ хавтан конденсаторын бүрэн туйлширсан диэлектрик дэх цэнэгийн зохион байгуулалт

Хоёр бүлгийн туйлшралыг тэмдэглэх нь зүйтэй.

- уян хатан туйлшрал, цахилгаан талбайн нөлөөн дор бараг тэр даруй үүсдэг, эрчим хүчний алдагдал (алдагдал) дагалддаггүйдиэлектрик дотор (дулаан ялгаруулах);

- тайвшруулах туйлшрал, тодорхой хугацаанд нэмэгдэж, буурах ба эрчим хүчний алдагдал дагалддагдиэлектрик дотор, өөрөөр хэлбэл. халаах замаар

1) Цахим туйлшрал

Хүчдэл өгөх үед диэлектрик дотор цахилгаан орон үүсч, атом дахь электронууд цөмтэй харьцуулахад эерэг электрод руу шилждэг.

Атомын цөмийн эерэг цэнэгтэй шилжсэн электронууд нь хоорондоо холбогдсон хос цахилгаан цэнэгүүдийг үүсгэдэг бөгөөд үүнийг уян диполь гэж нэрлэдэг. Тэдний үүсэх нь шууд (10 -15 секунд) үүсдэг. Хэрэв диэлектрикээс хүчдэлийг арилгавал тэдгээр нь алга болно. Уян диполь үүсэх энэ процессыг нэрлэдэг электрон туйлшрал.

E-ийн утга нь диэлектрик дэх атомуудын (молекулуудын) концентраци ба тэдгээрийн бүтцээс хамаардаг бөгөөд энэ нь атомын (молекулын) туйлшралын α e-г тодорхойлдог бөгөөд дараахь илэрхийлэлээр тодорхойлогддог.

e = 1 + nα e,

энд ε нь диэлектрик тогтмол; nДиэлектрик дэх бөөмсийн (атом, молекул) концентраци; α e - молекул эсвэл атомын бүтцээр тодорхойлогддог электрон туйлшрал.

Хэрэв диэлектрик бол болор бол түүний ε нь аморф диэлектрикийнхээс их байна, учир нь Атом ба молекулуудын савлах нягт нь талст төлөвт илүү их байдаг.

Цэвэр электрон туйлшрал бүхий бодисын диэлектрик тогтмол нь гэрлийн хугарлын илтгэгчийн квадраттай тоон үзүүлэлттэй тэнцүү байна. n.

ε = n 2 .

Электрон тойрог замын деформаци нь температураас хамаардаггүй боловч электрон туйлшрал, улмаар диэлектрикийн температур нэмэгдэх тусам диэлектрик тогтмол ε буурдаг. түүний эзэлхүүн нэмэгдэж, нэгж эзэлхүүн дэх ширхэгийн тоо буурдаг.

2) Ионы туйлшрал(эсвэл ионы шилжилтийн туйлшрал).

Туйлшрал нь уян харимхай холбоотой ионуудын шилжилтээс үүсдэг. Ионы бүтэцтэй хатуу бодисын шинж чанар, i.e. талст диэлектрикийн хувьд. Ионы талст бүр нь болор торны зангилаанд байрлах эерэг ба сөрөг ионуудаас тогтдог. Хүчдэл хэрэглэх үед цахилгаан хүчнүүд ажиллаж эхэлдэг бөгөөд ионууд шилждэг: эерэг нь нэг чиглэлд, сөрөг нь эсрэг чиглэлд. Хос ион бүр нь уян харимхай диполь үүсгэдэг. Ионы туйлшралыг тогтоох хугацаа 10 -13 секунд байна. Туйлшралын шилжилтийн үйл явцын зэрэгцээ электрон туйлшрал үүсдэг. Кристал диэлектрик дэх эдгээр процессын эрчим нь өндөр байдаг тул ε = 7 ÷ 12 ба түүнээс дээш байна.

Электрон ба ионы туйлшрал нь уян туйлшралд хамаарна. Үлдсэн хэсэг нь амрах туйлшралын янз бүрийн илрэлүүд юм.

Талбайн нөлөөн дор радикалууд (атомын бүлгүүд) бас чиглэгддэг - энэ бол диполь- радикал туйлшрал.

Температур нэмэгдэхийн хэрээр орчны зуурамтгай чанар буурч, зуурамтгай чанар өндөр байвал диполийн туйлшрал нэмэгдэнэ. Гэхдээ дулааны хөдөлгөөний эмх замбараагүй шинж чанар нь аажмаар нэмэгдэж, диполын чиг баримжаа дээр давамгайлах болно, i.e. Температур нэмэгдэхийн хэрээр диполийн чиглэл буурч эхэлдэг.

Энэхүү туйлшрал нь хий, шингэн, түүнчлэн туйлын хатуу биетүүдийн онцлог шинж юм. органик бодисрадикал агуулсан. 10-2 секундын дотор дууссан. Талбайг арилгасны дараа чиг баримжаа сулардаг (тайвшрал үүсдэг).

4) Цахим хэлбэрээр - тайвшруулах туйлшрал.

Туйлшрал нь дулааны энергиэр өдөөгдсөн илүүдэл "гажиг" электронууд эсвэл нүхний улмаас үүсдэг. Өндөр хугарлын илтгэгч, электрон дамжуулалт бүхий диэлектрик, түүнчлэн хагас дамжуулагчийн шинж чанар.

5) Уян-диполь туйлшрал

Зарим талстуудын диполь молекулуудад туйлшрал ажиглагддаг бөгөөд тэдгээр нь тогтсон бөгөөд жижиг өнцгөөр хязгаарлагдмал хэмжээгээр эргэлддэг.

6) Давхарга туйлшрал

Туйлшрал нь дамжуулагч ба хагас дамжуулагчийн оруулга, өөр өөр дамжуулалт бүхий давхаргууд байдгаас үүсдэг. Туйлшрал нь дараахь байдлаар илэрдэг хатуу бодисбага давтамжийн мужид гетероген бүтэц (давхардсан хуванцар) бөгөөд цахилгаан эрчим хүчний ихээхэн алдагдалтай холбоотой.

7) Аяндаа (аяндаа) туйлшрах

Туйлшрал нь бүс нутагт хуваагддаг ферроэлектрик бодисуудын шинж чанар юм ( домэйнууд), гадаад талбар байхгүй үед аяндаа диполь моментийг эзэмшдэг. Талбай байхгүй үед домэйнуудын диполь моментуудын харилцан чиглэл нь бодисын нийт диполь момент тэг болно. Талбайн суперпозиция нь домайнуудын диполь моментуудыг чиглүүлдэг бөгөөд энэ нь маш хүчтэй туйлшралыг үүсгэдэг.

ДИЭЛЕКТРИЙН МАТЕРИАЛ.

Ангилал ба ерөнхий шинж чанарууддиэлектрик. Температурын хамаарал.

ДИЭЛЕКТРИЙН МАТЕРИАЛ.

Цахилгаан талбарт туйлшрах чадвартай бодисууд. Тэд дотоод цахилгаан оронтой, потенциалын жигд тархалттай байдаг.

Диэлектрик дэх цэнэглэгч:

1. Хийд

1) Эерэг ба сөрөг ионууд. Шалтгаан: хийн молекулыг ионжуулах.

2) Хүчтэй талбар дахь электронууд.

2. Шингэн хэлбэрээр

1) ионууд. Шалтгаан: шингэний молекулуудын диссоциаци.

2) Эмульс ба суспенз дэх коллоид цэнэгтэй тоосонцор.

3. Хатуу биед

2) Кристал торны согогууд.

3) Электрон буюу дамжуулагч нүх.

Туйлт ба туйл биш гэж байдаг.

Зураг 50.

Диэлектрикийн үндсэн цахилгаан шинж чанарууд:

1. Туйлшрал

2. Цахилгаан дамжуулах чанар

3. Диэлектрик алдагдал

4. Цахилгаан эрчим хүч

Тогтмол гүйдлээр тооцоолохдоо зөвхөн гүйдлийн гүйдлийг харгалзан үзнэ.

Диэлектрикийн туйлшрал. Туйлшралын төрлүүд.

Туйлшрал гэдэг нь гадны цахилгаан орны нөлөөгөөр диэлектрик дэх цэнэгийг нүүлгэн шилжүүлэх, эрэмбэлэх үйл явц юм. Туйлшралын тоон хэмжүүр нь диэлектрикийн туйлшрал юм - диэлектрикийн нэгж эзэлхүүн дэх цахилгаан моментийн хэмжээ.

	(1.2)
	(1.2)

Хаана dp- диэлектрик элементийн цахилгаан момент;

dV - диэлектрик элементийн эзэлхүүн

Гадаад цахилгаан орны хүч, В/м,

- диэлектрик тогтмол,

Харьцангуй диэлектрик тогтмол.

Туйлшрал нь цахилгаан багтаамжийг үүсгэх диэлектрикийн шинж чанарыг тодорхойлдог. Үүний зэрэгцээ эрчим хүчний зарцуулалт, дулаан ялгарах үед үүсдэг диэлектрикийн туйлшрал нь тусгаарлагч материалд, ялангуяа өндөр давтамжийн үед диэлектрикийн туйлшралын үйл явц илүү олон удаа давтагдах үед цахилгаан эрчим хүчний алдагдалд хүргэдэг. нэгж хугацааны мөчлөгийн . Иймээс туйлшралыг диэлектрик параметрүүд болон .

Хэд хэдэн төрлийн туйлшрал байдаг.

2.2.1. Уян туйлшрал нь диэлектрик дотор энерги ялгаруулж, дулааныг гадагшлуулахгүйгээр явагддаг. Электрон ба ионы уян туйлшралууд байдаг

Цахим туйлшрал нь атомын электрон бүрхүүлийн уян хатан шилжилт ба деформаци бөгөөд атомын эерэг ба сөрөг цэнэгийн геометрийн төвүүдийг салгахад хүргэдэг. Тохируулахын тулд хамгийн бага хугацаа шаардагдана - 10 -15 секунд, өөрөөр хэлбэл. бараг агшин зуур үүсдэг. Цахим туйлшралын үед туйлшрах чадвар нь температураас хамаардаггүй бөгөөд диэлектрикийн дулааны тэлэлт ба нэгж эзэлхүүн дэх атомын тоо багассаны улмаас температур нэмэгдэхийн хэрээр диэлектрик тогтмол нь жигд буурдаг (Зураг 2.2). Химийн найрлага, дотоод бүтцээс үл хамааран бүх диэлектрикт электрон туйлшрал ажиглагдаж байна.

Ионы туйлшрал - ионуудын уян харимхай шилжилт - болор торны зангилаа нь ионы бүтэцтэй материалын онцлог шинж юм. Температур нэмэгдэхийн хэрээр ион хоорондын хүч суларснаас болж эрчимждэг. Туйлшрал үүсгэх хугацаа нь электрон туйлшралаас 10-13 секунд урт байна, учир нь ионууд илүү их масстай байдаг.

Электрон ба ионы туйлшралын процессууд бараг тэр даруй явагддаг тул уян хатан туйлшрал бүхий материалын диэлектрик дамжуулалтын утга тогтмол бөгөөд давтамжаас хамаардаггүй.

2.2.2. Тайвшруулах (уян хатан бус) туйлшрал - туйлшралын удаан төрлүүд. Тэдгээрийг хэрэгжүүлэхийн тулд тодорхой энерги зарцуулах шаардлагатай бөгөөд дараа нь диэлектрик анхны төлөвтөө буцаж ирэхэд дулаан хэлбэрээр ялгардаг. Туйлшралын диполь-тайвшрал, ион-тайвшрал, электрон-тайвшрал, резонансын болон шилжилтийн төрлүүд байдаг.

Диполь-тайвшралын туйлшрал нь диполь бүтэцтэй бодисын шинж чанар бөгөөд диэлектрикт хэрэглэсэн гадаад цахилгаан орон дахь диполь молекулуудын чиглэлийг өөрчилснөөр үүсдэг. Диполын масс, савлалтын нягт, хэмжээ зэргээс хамаарч туйлшрал үүсгэх хугацаа 10 -10 ..10 -2 сек байна. Туйлшрал үүсгэсэн талбарыг арилгасны дараа тэдгээр нь бөөмсийн дулааны хөдөлгөөний нөлөөн дор анхны эмх замбараагүй байдалдаа буцаж ирдэг бол материалын туйлшрал хуулийн дагуу буурдаг.

(1.2)

Гадаад орон зайг арилгах үед диэлектрикийн туйлшрал хаана байна, С/м2,

Тайвшрах хугацаа (захиалсан диполын тоо e дахин багасах хугацаа), s.

Диполь туйлшралын температураас хамаарах хамаарлыг Зураг дээр үзүүлэв. 2.3. Бага температурын бүс дэх графикийн бууралт нь ионуудын нягт савлагаа, тэдгээрийн чиглэлийг өөрчлөхөд хүндрэлтэй байгаатай холбоотой бөгөөд өндөр температурын бүсэд диэлектрикийн нэгж эзэлхүүн дэх цөөн тооны диполын улмаас үүсдэг.

Цагаан будаа. 2.3. Диполь-тайвшралын туйлшралын температураас хамаарах хамаарал

Бүх туйлын бодисуудад диполь-тайвшралын туйлшрал ажиглагдаж байна. Хатуу диэлектрикийн хувьд туйлшрал нь молекулын эргэлтээс биш харин түүний доторх туйлын радикалуудын шилжилт хөдөлгөөнөөс үүсдэг, жишээлбэл, ширээний давсны молекул дахь Na + ба Cl.

Давтамж нэмэгдэхийн хэрээр диполийн туйлшрал ба диэлектрик тогтмол буурдаг тул туйлын диэлектрик нь давтамжаас хамааралтай бөгөөд өндөр давтамжид ашиглагддаггүй.

Ионы тайвшралын туйлшрал нь ионуудын сул савлагаатай материалд ажиглагддаг бөгөөд энэ нь гаднах цахилгаан орны нөлөөн дор ионууд нь болор торонд хоосон орон зайд шилжсэнээс үүсдэг. Талбайг арилгасны дараа туйлшрал аажмаар сулардаг. Зөвхөн зориулж ажигласан хатуу бодис(Зураг 3.x), хайлсан төлөвт ионууд чөлөөтэй болж, материал нь электролитийн дамжуулалттай дамжуулагч болдог.

Цагаан будаа. 3.x. Ионы тайвшралын туйлшралын хамаарал

температур дээр

Цахим сулралт туйлшрал нь нэг ионоос нөгөөд (талбайн чиглэлд) илүүдэл (гажиг) электрон ба нүхний хөдөлгөөнөөс үүсдэг. Цахим цахилгаан дамжуулах чадвартай бодисуудын онцлог шинж чанар нь энэ нь хамааралдаа төвлөрсөн максимумтай бөгөөд давтамж нэмэгдэх тусам буурдаг.

Резонансын туйлшрал. Энэ нь гэрлийн давтамж дээр диэлектрикт ажиглагддаг бөгөөд электрон эсвэл ионуудын байгалийн хэлбэлзэл (эргэлт) болон гадаад цахилгаан соронзон орны (гэрлийн) давтамжийн резонансын улмаас үүсдэг. Практикт үүнийг ашигладаггүй бөгөөд электроник ба микроэлектроникийн ашигладаг давтамжийн муж дахь диэлектрикийн шинж чанарт бараг ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй.

Шилжилтийн туйлшрал - макроскопийн нэгэн төрлийн бус байдал, хольцтой, нэг төрлийн бус бүтэцтэй хатуу биетүүдэд илэрдэг. Туйлшралын шалтгаан нь бодит техникийн диэлектрик (цаас, даавуу) дахь дамжуулагч ба хагас дамжуулагч орцууд байдаг. Шилжилтийн туйлшралын үед электрон ба ионууд дамжуулагч орц дотор шилжиж, том туйлширсан мужуудыг үүсгэдэг. Энэхүү туйлшрал нь их хэмжээний эрчим хүчний алдагдалтай холбоотой бөгөөд бага давтамжид аль хэдийн ажиглагддаг; ийм диэлектрикийн амрах хугацаа минут, секунд байна.

Бодит диэлектрикт хэд хэдэн төрлийн туйлшрал нэгэн зэрэг гарч ирдэг тул туйлшралын давтамж ба температурын хамаарал, диэлектрикийн тогтмол ба диэлектрик алдагдлын тангенс илүү төвөгтэй болдог. Туйлшралын төрлөөс хамааран дөрвөн бүлэг диэлектрикийг ялгадаг.

1. Диэлектрик нь голчлон электрон туйлшралтай байдаг. Эдгээр нь талст ба аморф төлөвт (парафин, полистирол, полиэтилен) туйлширдаггүй, сул туйлттай бодисууд юм. Тэдгээрийг өндөр давтамжийн диэлектрик - тусгаарлагч болгон ашигладаг.

2. Электрон ба диполь-тайвшралын туйлшрал бүхий диэлектрик. Эдгээр нь туйлын органик, хагас шингэн, хатуу материал (давирхай, целлюлоз) юм. Тэдгээрийг бага давтамжийн диэлектрик болгон ашигладаг - тусгаарлагч болон бага давтамжийн конденсаторуудад.

3. Электрон, ион ба сулралт туйлшрал бүхий хатуу органик бус диэлектрик (гялтгануур, кварц, шил, керамик, шилэн керамик). Эдгээрийг өндөр давтамжийн конденсаторуудад диэлектрик болон тусгаарлагч болгон ашигладаг.

4. Бүх төрлийн туйлшрал бүхий ферродиэлектрик. Идэвхтэй (хяналттай) диэлектрик болгон ашигладаг.

Туйлшралын улмаас диэлектрик доторх цахилгаан орон өөрчлөгддөг. Диэлектрик тогтмол нь гадаад талбарыг дотоод талбараар сулруулж байгааг тодорхойлдог.

	(1.2)

гадаад цахилгаан орон хаана байна, V/m,

Дотоод цахилгаан орон, В/м,

Цахилгаан шилжилт, С/м2,

Гадаргуугийн нягтралдиэлектрик байгаа үед конденсаторын хавтан дээрх холбогдох цэнэгүүд, С/м 2,

Диэлектрикийн туйлшралын улмаас үүссэн нэмэлт гадаргуугийн цэнэгийн нягт, С/м 2

Агаарын конденсаторын хавтан дээрх гадаргуугийн цэнэгийн нягт, С/м2

Шаардлагатай шинж чанарыг олж авахын тулд, жишээлбэл, TKE багтаамжийн хамгийн бага температурын коэффициентийг цахилгаан конденсаторуудад өөр өөр диэлектрик тогтмол бүхий энгийн материалын хольцоос бүрдэх цогц диэлектрик ашиглаж болно. Хэрэв ийм диэлектрик хэрэглэж байгаа бол түүний үр дүнтэй диэлектрик тогтмолыг Лихтенекерийн томъёогоор тооцоолно: бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн эмх замбараагүй хуваарилалтын хувьд:

,

Хаана q 1Тэгээд q 2– бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн эзлэхүүний концентраци (бутархай).

ДИЕЛЕКТРИКИЙН ТУЙЛШУУЛАЛТ.

Цахилгаан орны нөлөөн дор цэнэг зөөгчийг нүүлгэн шилжүүлэх, дарааллаар нь өөрчлөх үйл явц

Түүний энгийн эзэлхүүн нь цахилгаан момент олж авах материйн төлөв байдал

Шалтгаан: гадаад цахилгаан орон, механик стресс, гэрэлтүүлэг болон хүрээлэн буй орчны бусад хүчин зүйлүүд, аяндаа туйлшрал.

Зураг 51.

Туйлшрал нь цахилгаан багтаамжийн харагдах шалтгаан юм.

Диэлектрик:

1) шугаман - тусгаарлагч, тогтмол хүчин чадалтай конденсатор

2) шугаман бус - мэдрэгч, хяналттай хүчдэлийн конденсатор

Зураг 52.

Туйлт нь туйлын молекулуудаас (ус) тогтдог. Поляр бус - туйлшралгүй, цахилгаан момент = 0 (хий, хоолны давс).

Туйлшралын төрлүүд:

1. Хурдан туйлшрал (уян харимхай) - эрчим хүчний алдагдалгүйгээр үүсдэг.

1) Цахим туйлшрал - атомын цөмийн төвтэй харьцуулахад электрон үүлний шилжилт хөдөлгөөн. Үүсэх, арилгах хугацаа 10^-14...10^-15 сек байна. Туйлшрах чадвар нь температураас хамаардаггүй ч диэлектрик тогтмол байдаг. Зураг 53.

2) Резонансын туйлшрал - электрон эргэлтийн давтамж нь соронзон орны өөрчлөлттэй давхцах үед үүсдэг.

3) Ионы туйлшрал - бие биентэйгээ харьцуулахад эерэг ба сөрөг ионуудын шилжилт. Суулгах хугацаа – 10^-11 сек. Жишээ нь: хоолны давс. Температур нэмэгдэхийн хэрээр параметрүүд нэмэгддэг.

2. Амралт

Үүнийг бий болгохын тулд хувьсах гүйдэл дээр дулаан, диэлектрик алдагдлын хэлбэрээр ялгарах энерги шаардагдана.

Сортууд:

1) Диполь сулрах туйлшрал - талбайн чиглэлд диполь молекулуудын эргэлт ба чиглэл.

Зураг 54.

Тохируулах хугацаа: 10^-2…10^-10 сек.

Тау бол амрах цаг юм.

2) Ионы сулралт туйлшрал - электронуудын бүрэн бус савлагаатай бодис дахь ионуудын нэг атомаас нөгөөд шилжих хөдөлгөөн. Жишээ нь: шил.

Зураг 55.

Шингэн дотор - электролитийн дамжуулалттай дамжуулагч.

3) Электрон - амралт - туйлшралын үед электроныг өөр атом руу шилжүүлэх.

Тунах хугацаа: Өрөөний температурт 10^-2…10^-5 сек.

4) Шилжилт - дамжуулагч оруулгатай нэг төрлийн бус диэлектрикт ажиглагддаг. Жишээ нь: цаас.

Зураг 56.

Бага давтамжийн туйлшрал. Амрах хугацаа: минут, цаг.

5) аяндаа туйлшрах. Үе шат - болор торны төлөв байдал, түүний бүтэц.

Төрөл бүрийн бодисуудад нэгтгэх төлөвийг өөрчлөхгүйгээр фазын өөрчлөлт хийх боломжтой. Диэлектрикийн фазын өөрчлөлт нь аяндаа туйлшрахад хүргэдэг - ферроэлектрик. Диэлектрик тогтмол - 10^5 хүртэл. Диэлектрикийн төрөл - шугаман бус. Мэдрэгчид ашигладаг.

Хольцын диэлектрик тогтмол.