лаба. 1 лаба. Лабораторная работа 1 Изучение свойств проводников. Определение удельного сопротивления проводника Цели работы

• Название: Лабораторная работа 1 Изучение свойств проводников. Определение удельного сопротивления проводника Цели работы
• Дата: 23.05.2022
• Размер: 0.51 Mb.
• Имя файла: 1 лаба.docx
• Тип: Лабораторная работа; #545016
• страница: 3 из 5

Поляризация и электропроводность диэлектриков

В любом веществе, помещённом в электрическом поле, составляющие его электрические заряды (электроны, атомные ядра) испытывают силы со стороны этого поля. В результате часть зарядов, называемых свободными, направленно перемещаются, образуя электрический ток. Остальные же заряды (связанные упругими силами взаимодействия) перераспределяются так, что центры тяжести положительных и отрицательных зарядов смещаются друг относительно друга. В этом случае говорят о поляризации вещества.

Способность материалов реагировать на внешнее электрическое поле образованием областей связанных зарядов называют поляризуемостью.

Диэлектриками могут быть также жидкости и газы. В обычных условиях все газы состоят в основном из нейтральных молекул и поэтому являются диэлектриками. При наличии источника энергии, достаточной для ионизации, атомы и молекулы распадаются на ионы, и газ, превращаясь в плазму, начинает проводить электрический ток.

Основным процессом, протекающим в диэлектрике под воздействием электрического поля, является поляризация, или возникновение областей связанных зарядов. Разная физическая природа связанных зарядов определяет существенные отличия процессов поляризации для различных веществ.

Поляризация вещества имеет три основных механизма, в основе которых лежат процессы деформации электронных оболочек атомов, смещения ионов в кристаллах и ориентация полярных молекул. Большинство материалов обладают двумя и более типами поляризации.

Наличие в диэлектрике незначительной концентрации свободных зарядов приводит к возникновению малого тока проводимости. Протекание токов проводимости сквозь толщу диэлектрика и по его поверхности сопровождается рассеянием энергии и выделением тепла.

Под действием переменного электрического поля в диэлектрике возникают дополнительные составляющие тока проводимости. Их появление обусловлено особенностью процессов поляризации в переменных полях (замедленная поляризация), наличия проводящих микровключений, ионизацией газовых включений, особенно на высоких частотах.

Для количественного описания электропроводности диэлектриков на постоянном токе используют понятия удельных сопротивлений (поверхностного и объёмного). На переменном токе используют другие характеристики – тангенс угла диэлектрических потерь и связанный с ним коэффициент диэлектрических потерь.

Основные типы поляризации диэлектриков

В соответствии с особенностями строения диэлектриков и существования различных видов связанных зарядов выделяют три основных типа поляризации:

электронная (деформационная), обусловленная деформацией электронных оболочек неполярных молекул;

ионная, заключающаяся в противоположном перемещении подрешёток кристаллической структуры под действием внешнего поля;

дипольная (ориентационная), обусловленная пространственной ориентацией дипольных моментов и самих полярных молекул под действием сил поля.

Электронная и ионная поляризации происходят практически мгновенно
(10^–15 – 10^–13 с) и без рассеяния энергии, то есть упруго и без выделения тепла.

Электронная поляризация в той или иной степени характерна для любых диэлектриков. Эти два механизма поляризации (электронная и ионная) относятся к мгновенному типу поляризации.

Дипольная поляризация сопровождается частичной ориентацией молекул диэлектрика, находящихся в процессе хаотического теплового движения, под действием сил внешнего электрического поля. Этот тип поляризации сопровождается рассеянием энергии, выделением тепла и происходит замедленно. Дипольная поляризация относится к так называемому релаксационному типу, включающему в себя и другие виды поляризации (ионно-релаксационную и электронно-релаксационную).

Известны и другие типы поляризации – миграционная и спонтанная.

В полярных диэлектриках (например, твёрдый сероводород) группы атомов – молекулы или радикалы представляют собой электрические диполи, которые в отсутствии электрического поля ориентированы хаотически, а под действием поля эти диполи ориентируются вдоль него. Такая ориентационная (дипольная) поляризация типична для полярных жидкостей и газов. Сходный механизм поляризации связан с перескоком под действием электрического поля отдельных ионов из одних возможных положений равновесия в решётке в другие. Особенно часто такой механизм поляризации наблюдается в веществах с водородной связью (например, у льда), где ионы водорода имеют несколько положений равновесия.

Так как процесс поляризации заключается в перераспределении связанных зарядов, размещённых на частицах определённой массы (электроны, ионы и т.д.), то его результат зависит от скорости изменения напряженности внешнего поля. Поэтому многие электрические свойства диэлектриков проявляют зависимость в той или иной степени от частоты изменения электрического поля, в котором они находятся. Это явление называется дисперсией. В стационарном поле, напряжённость которого сохраняется во времени постоянной, процессы поляризации происходят под действием электростатических сил поля. В этом случае свойства диэлектрика описывают статическими значениями соответствующих электрических характеристик. Для описания свойств диэлектрика в переменных полях используют динамические параметры и их зависимости от частоты.