Дипольно-релаксационная поляризация

В чистом виде дипольно-релаксационная поляризация проявляется в жидких, газообразных и аморфных полярных диэлектриках. Физическая суть этого вида поляризации заключается в ориентации диполей в направлении электрического поля с некоторым запаздыванием (релаксацией) относительно времени изменения электрического поля.

При снятии электрического поля диполи не возвращаются моментально, под действием теплового колебания возобновляется хаос.

Математическое описание.

Пусть имеется n₀ связанных диполей. Пусть диполь может ориентироваться только в двух направлениях: по полю и против поля.

Существует определенная вероятность того, что в результате теплового движения диполь приобретет такую энергию, которая будет выше потенциального барьера U₀ и позволит ему сориентироваться в другом направлении. Вероятность такого перехода определяется статистикой Больцмана:

, где k – постоянная Больцмана; Т – температура в Кельвинах.

В отсутствии электрического поля величина потенциального барьера U₀ одна и та же, поэтому вероятность ориентации диполя по полю и против поля одинакова:

.

Количество диполей ориентированных в любом из направлений трехмерного пространства будет равно:

.

После наложения электрического поля для диполей ориентирующихся по направлению поля величина потенциального барьера уменьшилась на DU. Для диполей ориентированных в противоположном направлении величина потенциального барьера увеличилась на DU, где DU – величина энергии электрического поля.

В результате изменилась вероятность переброса: по полю – увеличилась, против поля – уменьшилась.

 

Таким образом, по прошествии длительного времени в направлении электрического поля сориентируется на Dn диполей больше, чем против поля. Это приведет к образованию электрического момента.

Поляризуемость будет равна:

.

Поляризуемость молекулы зависит от величины собственного дипольного момента, т.е. чем более полярны молекулы вещества, тем выше поляризуемость. Зависит также от температуры: с увеличением температуры поляризуемость уменьшается. Это связанно с хаотическим разупорядочением в результате тепловых колебаний.

 

Рассмотренные виды поляризаций (5 видов) являются основными, которые определяют электрические свойства диэлектриков.

Остальные виды поляризации сказываются незначительно на этих свойствах (кроме сегнетоэлектрической поляризации и миграционной поляризации). Поэтому в инженерных расчетах они, как правило, не учитываются.