Конспект лекций по материаловедению (стр. 4 из 4)
Зависимость E(T) для вещества сэлектронной (а) и ионной(б) поляризацией
1 – вещество в твердом состоянии
2 – вжидком
3 – в газообразном
Значение E веществ, имеющих электронную поляризацию (неполярные диэлектрики, например - полистирол ), численно равно квадрату показателя преломления света
Согласно теории Максвелла скорость света (электромагнитной волны) в пустоте
Где E0 и m0 – электрическая и магнитная постоянные.
Скорость электромагнитной волны в веществе V=
. Отношение 
- показатель преломления n, следовательно, n= 
. В связи с тем, что большинство диэлектриков материалы немагнитные и для них m»1, то n2=E.2. Ионная поляризация – смещение ионов в узлах кристаллической решетки электрическим полем за время t=10-12 – 10-13 (ионы тяжелее электронов). Она не зависит от частоты до f=1012-1013Гц.
С ростом температуры расстояние м/у ионами увеличивается из-за теплового расширения, хмимические связи ослабляются. Ионы легче смешиваются, поэтому поляризация ионных диэлектриков растет вместе с температурой.
К диэлектрикам с ионной поляризацией относят слюду.
Электронная и ионная поляризации – это быстрый сдвиг зарядов, независящий от частоты электрического поля до частоты f. Потери энергии при этом пренебрежимо малы.
3. Дипольная (ориентационная) поляризация – поворот диполей, находящихся в хаотическом тепловом движении электрическим полем за время 10-6-10-8 сек. Дипольную поляризацию, ноаборот, наблюдают в полярных диэлектриках (в воде, канифоле и др) Она сопровождается потерями энергии на преодоление трения при повороте диполей, что приводит к нагреву диэлектрика
При частоте 106-108 Гц диполи не успевают ориентироваться по полю и остается только электронная поляризация. Зависимость дипольной поляризации от температуры см на рисунке.
При низких темпераурах вязкость вещества велика. Диполи неподвижны и электрическая прницаемость обусловлена электронной поляризацией. С увеличением температуры вязкости уменьшается, и диполи начинают поворачиваться, приводя к росту E. При темперауре выше температуры плавления тепловое движение мешает ориентации диполей и E снижается. Часто строят зависимость Е от дух факторов: частоты и температуры(рис 5б). После снятия электрического поля ориентация диполей ослабевает по экспоненте из-за теплового движения.
4. Спонтанную поляризацию наблюдают в веществах, называемых сигнетоэлектриками(по названию сигнетовой соли, первого вещества, в котором была обнаружена эта поляризация), например в титанате бария и титанате стронция.Как правило, в кристаллах сигнетиков, как и в кристаллах магнетиков есть домены. В одном домене все диполи ориентированы одинаково и создают электр. момент домена. В силу этого электрические моменты различных доменов не совпадают по направлению. При воздействии внешнего электрического поля эл. Моменты доменов постепенно ориентруются в направлении поля, что создает поляризацию до 100тыс.
4.2 Электропроводность диэлектриков.
Электопроводность твердого диэлектрика обусловлена движением свободных электронов, а так же движением ионов из узлов решетки (собственная или высокотемпературная электроповодность) или ионов примесей в диэлектриках с ковалентной связью (примесная электропроводность).
В отличье от электронной ионная теплопроводность, например, в органческих полимерах сопровождается переносом вещества. В этом случае удельную проводимость находят по формуле
, где Ai и Bi – коэфициены для каждого типа ионов в донном диэлектрике.По мере изменения температуры в этой формуле приволибуют отдельные слагаемые, позволяющие пренеюрегать остальными. Поэтому зависимость log
от 1/T можно минеаризировать, например, двумя прямыми.Отрезок стева от (.) O справедлив для высокотемпературной или собственной проводимости; Отрезок справа от (.) O справедлив для низкотемпературной или примесной проводимости. Участок собственной проводимости воспроизводим для данногосоединения. Участок примесной проводимости зависит от концентрации примесей: чем больше концентрация, тем выше проводимость при тех же температурах.
После подачи на диэлектрик постоянного напряжения прибор фиксирует выпадающий ток , называемый током утечки.
Изменение тока утечки во времени после подачи посточнного напряжения на диэлектрики.