Учебно-методический комплекс по дисциплине «электротехнические материалы»

3. Классификация веществ по магнитным свойствам.
Опорные слова и термины
Поляризация , основные виды поляризации, электронная, ионная, ионно-релаксационная, миграционная, самопроизвольная
Поляризация – это ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул.
Любой диэлектрик, помещенный в электрическое поле, можно рассматривать как конденсатор определённой ёмкости.
Заряд конденсатора равен
Q = CU,
где C – ёмкость конденсатора; U – напряжение, приложенное к диэлектрику.
Одной из важнейших характеристик диэлектрика, является относительная диэлектрическая проницаемость e:
e = Q / Q_о = (Q_о + Q_д) / Q_о = 1 + Q_д / Q_о,

где Q_о – заряд конденсатора, если бы его пластины разделял вакуум;

Q_д – дополнительный заряд, обусловленный поляризацией.

Из этого выражения следует, что относительная диэлектрическая проницаемость любого вещества больше единицы и равна единице только в случае вакуума.
Основные виды поляризации. Все виды поляризации можно разбить на две группы:
– упругие (быстрые, мгновенные), совершающиеся в диэлектрике без рассеяния энергии, то есть без выделения тепла;
– неупругие (медленные), сопровождаемые рассеянием энергии в диэлектрике, то есть нагреванием. Их ещё называют релаксационными поляризациями.
Поляризаций без потерь всего два вида:
– электронная;
– ионная.
Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов.
Ионная поляризация возникает в кристаллических диэлектриках, построенных из положительных и отрицательных ионов, имеющих плотную упаковку. Сущность её заключается в смещении ионов электрическим полем: положительных – в сторону отрицательного электрода, отрицательных – в сторону положительного электрода.
Релаксационных поляризаций в диэлектриках несколько типов:
– дипольная;
– ионно-релаксационная;
– миграционная;
– спонтанная (самопроизвольная) и др.
У некоторых молекул из-за несимметричной структуры не совпадают центры положительных и отрицательных зарядов. Такие молекулы называются диполями. Если диполи поместить во внешнее поле, то они начинают ориентироваться по полю, что приводить к дипольной поляризации диэлектрика.
Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в некоторых твёрдых неорганических диэлектриках с неплотной упаковкой ионов (например, в неорганических стеклах). Она заключается в переброске электрическим полем слабосвязанных ионов (ионов примесей) в ходе тепловых колебаний из положений временного закрепления в новое положение.
Миграционная поляризация наблюдается в неоднородной, в частности слоистой изоляции, состоящей из диэлектриков с различными значениями электрических параметров (диэлектрической проницаемости ε и удельной проводимости γ). Например, в случае с двухслойной изоляцией на границе между диэлектриками из-за разной плотности тока слоев будет накапливаться заряд. Этот процесс закончится, когда плотности тока слоев станут равны. Обычно он продолжается 1-3 минуты и приводит к новому распределению напряжения между слоями и увеличению диэлектрической проницаемости ε. В переменном поле в изоляции будет всё время наблюдаться ток добавочной миграционной поляризации и добавочные потери в диэлектрике.
Самопроизвольная поляризация характерна для сегнетоэлектриков, имеющих целые области (домены), обладающие поляризацией в отсутствие внешнего поля. В электрическом поле домены начинают ориентироваться по полю, это даёт эффект очень сильной поляризации.
Все диэлектрики по виду поляризации можно подразделить на следующие основные группы:
1. Неполярные или слабополярные.
2. Полярные.
3. Твёрдые неорганические диэлектрики:
а) с плотной упаковкой ионов; б) с неплотной упаковкой ионов.
4. Сегнетоэлектрики.
5. Слоистые диэлектрики.