Лекции Физика горных пород 2021. Конспект лекций по дисциплине Физика горных пород
 Скачать 0.52 Mb.
|
Лекция № 10Тема : ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОДПлан лекции (с.97-115/1/): 1. Электрическая поляризация. 2. Диэлектрическая проницаемость Электрическая поляризация. В любой горной породе имеются свободные (электроны) и связанные (например, ионы) заряды. При наложении на породу электрического поля в ней происходит смещение внутренних связанных зарядов. В результате на её поверхности появляются неуравновешенные заряды. Это явление носит название электрической поляризации.  Рис. 1 Различные виды электрической поляризации горных пород. Состояние породы: а – при отсутствии внешнего электрического поля; б – при наличии внешнего электрического поля; 1 – диэлектрик; 2- проводник; 3 – поры; I – электронная поляризация; II – дипольная; III – миграционная. Вектор поляризации Рэ – суммарный электрический момент единицы объёма породы. В зависимости от механизма поляризации и типа частиц, участвующих в ней, выделяют четыре основные её вида: электронную, ионную, дипольную и миграционную. Электронная поляризация Рэл возникает в атомах в результате смещения электронных орбит относительно положительно заряженных ядер. Она присуща всем атомам и молекулам и является наиболее быстрым видом поляризации (возникает за 10-15с). Ионная (атомная) поляризация Ри образуется за счёт смещения в электрическом поле ионов или частей кристаллических решёток с ковалентной связью. При этом под воздействием электрического поля положительные и отрицательные ионы сдвигаются. Время установления меньше, чем электронная 10-14 – 10-12с. Дипольная поляризация Рд наблюдается при наличии в породах ионов с полярными связями. В этом случае каждая молекула уже имеет некоторый дипольный момент при отсутствии внешнего электрического поля. Из-за их хаотического расположения суммарный дипольный момент при отсутствии внешнего поля равен нулю. При его наличии диполи будут ориентироваться согласно внешнему полю, т.е. возникает электрическая поляризация объема породы(10-10 – 10-7с). Миграционная (объёмная) Рм поляризация возникает в многофазной породе, состоящей из частиц, обладающих различными электрическими свойствами, а также при наличии пор, заполненных электролитом (10-6–10-3с). При внесении породы в электрическое поле свободные электроны и ионы, содержащиеся в проводящих и полупроводящих включениях, начинаются перемещаться в пределах каждого включения, в результате каждое включение приобретает дипольный момент и ведет себя подобно большому диполю. Время установления дипольной и миграционной поляризации пород сравнимо с частотой применяемых на практике электромагнитных полей, поэтому указанные виды поляризации называются релаксационными или медленными в отличие от «мгновенного» смещения электронов и ионов. Суммарная поляризация породы, представляющая собой средний дипольный момент единицы её объёма, равна сумме всех видов поляризации. Поляризации пород сопутствует явление, называемое электрострикцией – деформирование (подобно объёмному сжатию) диэлектриков под действием электрического поля присущее всем породам. Причинами электрострикции являются, с одной стороны, давление на породу заряженных частиц, создающих электрическое поле и притягивающихся друг к другу, с другой – смещение ионов и электронов в породе, вызываемое внешним полем. Диэлектрическая проницаемость В результате электрической поляризации пород возникает внутреннее электрическое поле, направленное противоположно внешнему. Поэтому в любом веществе суммарная напряжённость электрического поля Еэ оказывается меньше, чем в вакууме Еэо. Отношение Еэо/ Еэ, показывающее , во сколько раз напряжённость поля в веществе меньше по сравнению с вакуумом, называется относительной диэлектрической проницаемостью εr, являющейся мерой поляризации вещества. Понятие диэлектрической проницаемости имеет смысл только для плохо проводящих сред. Действительно, если среда, в которой располагаются заряды, способна проводить ток (т.е. имеет много свободных зарядов), то вместо взаимодействия будет происходить перенос заряда из точки с бơльшим потенциалом в точку с меньшим потенциалом до момента их выравнивания. Наибольшие значения диэлектрической проницаемости присущи породам, в состав которых входят рудные минералы. В сухих пористых породах величина εr значительно ниже, чем в плотных. Это связано с тем, что диэлектрическая проницаемость воздуха (и других газов) близка к единице. |