Замедленные поляризации.
Это релаксационные поляризации, которые происходят немгновенно с рассеянием (потерями) энергии, с выделением тепла в материале.
Дипольно-релаксационная поляризация – диполи ориентируются под действием поля.
↑ температуры →молекулярные силы ослабляются→поляризация может усилиться,но при этом↑энергия теплового движения молекул→ориентирующее влияние поля↓.(см. рисунок ниже)
После снятия внешнего напряжения ориентация частиц постепенно ослабевает. Математически это выражается так: поляризованность Р(t) = P0e(-t/τ)
τ -постоянная времени («время релаксации») – время, за которое поляризация ↓в е раз.
Время релаксации диполей<полупериода электрического поля (1/2f) →диполи успевают полностью упорядочиться в направлении поля.
↑f → время релаксации > (1/2f) → e ↓вплоть до значений, определяемых электронной поляризацией. Область ↓e -релаксационная дисперсия, у некоторых материалов их может быть несколько.
Одна из разновидностей поляризации – дипольно-радикальная – поворачиваются полярные радикалы в молекулах. Может проявляться в органических веществах, например, в целлюлозе, полярность в которой объясняется наличием гидроксильных групп – ОН- и кислорода.
Ионно-релаксационная поляризация – смещение слабосвязанных ионов на расстояния > постоянной решетки.
Наблюдается в ионных диэлектриках с неплотной упаковкой ионов, например, в неорганических стеклах и некоторых кристаллических веществах. После снятия поля ионы постепенно возвращаются к центрам равновесия.
↑Т →ионно-релаксационная поляризация заметно усиливается.
Электронно-релаксационная поляризация – возникает за счет возбужденных тепловой энергией избыточных «дефектных» электронов или дырок.
Наблюдается, например в TiO2, загрязненной примесями Nb, Ca, Ba или имеющей анионные вакансии.
↑f →диэлектрическая проницаемость ↓ (для титаносодержащей керамики).
Миграционная поляризация – проявляется в твердых телах неоднородной структуры (с включениями других фаз или слоистых).
Под действием эл. поля свободные ионы и электроны проводящих и полупроводящих включений перемещаются в пределах каждого включения, которое становится подобным огромной поляризованной молекуле. В граничных слоях слоистых материалов и в приэлектродных слоях м.б. накопление зарядов медленнодвижущихся ионов.
Спонтанная (самопроизвольная) поляризация –– фазовый переход от неполярной фазы к полярной (сегнетоэлектрической) без воздействия поля, как правило при ↓ Т.
| Такая поляризация наблюдается у сегнетоэлектриков, например, у титаната бария (см. рисунок) |
В сегнетоэлектриках есть домены – области, обладающие электрическим моментом в отсутствии внешнего поля. Электрические моменты доменов направлены по разному →суммарная поляризованность образца может быть равна нулю. Приложение поля →электрические моменты доменов начинают «ориентироваться» по полю →поляризация очень резко усиливается.
Примеры сегнетоэлектриков – титанат бария, сегнетова соль.
Эквивалентная схема диэлектрика
Можно представить в виде параллельно подключенных к источнику напряжения конденсаторов.
C0, Q0 – соответствуют собственному полю электродов, если м/у ними нет диэлектрика. r – сопротивления, эквивалентные потерям энергии при этих механизмах поляризации.
Rиз – сопротивление изоляции, представляющее собой сопротивление диэлектрика току сквозной проводимости.