Проводники: электроны могут свободно переходить из свободной зоны в не свободную зону

Классификация веществ по магнитным свойствам.

Различают диамагнитные, парамагнитные и магнетики.

Диамагнетики, m<1 – магнитная проницаемость: Н₂, инертные газы, медь, цинк, ртуть, графит, органические соединения, каменная соль.

Парамагнетики, m>1, О₂, соли редкоземельных металлов, соли железа, щелочные металлы.

Магнетики, m³1 и зависит от внешнего магнитного поля, сплавы хрома, марганца, железа и никеля, кобальта.

Физические процессы диэлектриков. Их свойства.

Основными характерными для любого диэлектрика процессом, возникающим, при воздействии на него эл. напряжения является поляризация (смещение, связанное с зарядом или ориентация дипольных моментов) явление обусловленных поляризацией можно судить по значению их диэлектрической проницаемостью и углу диэлектрических потерь, если поляризация сопровождается рассеиванием энергии, вызывающим нагревом диэлектрика. В нагреве диэлектрика могут участвовать свободные заряды, обуславливающие возникновение малого сквозного тока. Наличие сквозного тока объясняется явлением электропроводимости, которые численно характеризуются значением объемной и удельной поверхностной электропроводностью, которая в свою очередь является обратной значениям удельного объемного и удельного поверхностного сопротивления. Любой диэлектрик может быть использован только при напряжениях не превышающих предел значений. При напряжение, превышающих предел значение наступает пробой диэлектрика, т.е. полная потеря диэлектрических свойств.

Значение напряжения, при котором это происходит называется пробивным напряжением, а значение Е внешнего электрического поля – электрической прочностью диэлектрика.

Поляризация диэлектрика и диэлектрической проницаемость.

Под влиянием внешнего электрического поля электрические заряды диэлектрика смещаются в направлении действующих на них сил. При снятии электрического поля заряды возвращаются в прежнее состояние. Большинство диэлектриков характеризующиеся множественной зависимостью электрического смещения от напряженности электрического поля. В особую группу объединены диэлектрики, в которых с изменением напряженности поля смещения меняется нелинейно – сегенетоэлектрики (например, сегнетова соль).

Любой диэлектрик с нанесенными на него электродами, включенными в электрическую цепь рассматривается как конденсатор.

С - емкость

U – приложенное напряжение.

Заряд Q слагается из заряды Q₀ (заряд, которых присутствовал был на электродах, если их разделял вакуум) и заряда Q_g (обусловлен поляризацией диэлектрика).

-диэлектрическая проницаемость.Она представляет отношение заряда Q к заряду Q₀:

всегда

при нахождении электрода в вакууме.

Выражение Q=CU можно представить в виде: , где С₀ – емкость, которую бы имел конденсатор, если был в диэлектрике – вакууме.

Основные виды поляризаций:

Существуют 2 вида:

1) Практически мгновенная, вполне упругая, без рассеянной энергии (без выделения тепла).

2) Не мгновенная, а напрастающаяю, убывающая, замедленная и сопровождающая нагревом диэлектрика (реликционная поляризация).

К первому виду относятся электронная и ионная поляризация, остальные относятся к реликционной поляризации.

Электронная поляризация. Это упругое смещение и деформация электронных атомов и ионов. Например, атомы водорода. При наложении электрического поля они вытягиваются. Время поляризации очень маленькое, следовательно, мгновенная. Она наблюдается у всех видов диэлектриков. Поляризованность частиц не зависит от температуры. Диэлектрическая проницаемость уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и уменьшением числа частиц в единице объема.

Изменения диэлектрической проницаемости при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости:

Ионная поляризация характерна для твердых тел с ионным строением и обуславливается смещением упруго связанных ионов. С повышением температуры она усиливается, т.к. упругие силы действующие между ионами ослабевает из-за увеличения расстояния между ними при тепловом расширении.

Время для установления ионной поляризации – 10^-12 с.

Дипольно-релаксационная (дипольная) поляризация связана с тепловым движением частиц. Дипольные молекулы, которые находятся в хаотическом движении под действием электрического поля ориентируется, что является причиной поляризации.

С увеличением температуры молекулярные силы ослабляются, вязкость вещества понижается, но в то же время возрастает тепловое движение молекул, что уменьшает ориентирующее влияние поля. Поэтому с увеличением температуры эта поляризация сначала возрастает затем резко уменьшается. Промежуток времени, в течение которого упорядоченность диполей после снятия электрического поля уменьшается, вследствие теплового движения в 2,7 раза, по сравнению с предыдущим значением называется временем релаксации. Эта поляризация наблюдается в полярных газах и жидкостях, а также в твердых телах, но в этом случае она обусловлена не поворотом самой молекулы, а поворотом имеющихся в ней полярных радикалов (дипольно-радикальная поляризация), например, целлюлоза.

Ионно-релаксационная поляризация. Она встречается в неорганических стеклах и в некоторых ионных органических веществах с неполной упаковкой ионов. В этом случае слабосвязанные ионные вещества под воздействием внешнего электрического поля смещается в направлении электрического поля. После снятия электрического поля ионно-релаксационная поляризация ослабевает.

Электронно-релаксационная поляризация. Возникает вследствие возбуждения тепловой энергии, избыточных электронов или дырок. Характерна для диэлектриков с высоким показателем преломления, с большим внутренним полем и электропроводностью.

Резонансная поляризация. Встречается в диэлектриках при световых частотах. Зависит от физико-химических особенностей вещества. Может относится к собственной частоте ионов или электронов (при очень высоких частотах) или к характеристической частоте электронов (при более низких частотах).

Миграционная поляризация. Проявляется при низких частотах и связана со значительным рассеиванием электрической энергии. Причинами поляризации является проводящие и полупроводящие включения, наличие слоев с различной проводимостью. При внесении неоднородных материалов в электрическое поле свободные электроны и ионы проводящих и полупроводящих включений переключаются в пределах этого включения, образуя поляризацию области.

Спонтанная поляризация (самопроизвольная). Встречается у твердых диэлектриков, обладающих такими особенностями как сегнетова соль и получивших название сегнетоэлектрики.

Классификация диэлектриков по виду поляризации.

1) Диэлектрики, обладающие электронной поляризацией (неполярные и слабополярные), находящиеся в кристаллическом или амфотерном состоянии (сера) и неполярные и слабополярные жидкости и газы (бензол, водород)

2) Диэлектрики с электронной и дипольной релаксационной поляризацией (масляно-конибольные компалубы, эпоксидные смолы, целлюлоза).

3) Твердые вещества с электронной, ионной и ионно-электронно-релаксац. поляризацией.

а) с электронной и ионной поляризацией. (кварц, слюда, каменная соль, рутил, корунд)

б) с электронной, ионной, релаксационной поляризацией (неорганические стекла, фарфор, микалекс и др.)

4) сегнетоэлектрики (сегнетова соль; титонат бария)

Сегнетоэлектрики. Электриты. Сегнетоэлектрики характеризуются доменной структурой и спонтанной поляризацией.

Особенности сегетоэлектриков.

1) Вещества со спонтанной поляризацией, имеются отдельные области (домены), которые обладают эл. моментом в отсутствии электрического поля. При наложении внешнего поля происходит ориентация электронных моментов – доменов, в направлении поля, что дает эффект очень сильной поляризацией.

2) При некотором значении напряженности внешнего электрического поля наступает насыщение и дальнейшее усиление поля не вызывает уменьшения интенсивности поляризации. Поэтому диэлектрическая проницаемость зависит от напряженности электрического поля.

3) Зависимость поляризации от температуры обнаруживается только в определенных температурных интервалах.

Сегнетоэлектрические свойства проявляется при всех температурах, в полоть до предельной, при которых сегнетоэлектрические свойства исчезнуть (точка Кюри)

4) Сегнетоэлектрики в определенных условиях являются и пьезоэлектриками, т.е. диэлектриками, поляризуемость которых меняется при механических воздействиях.

Электретрное состояние вещества. Электрит – это тело из диэлектрика, которое может длительно сохранять поляризацию и создавать в окрестности его пространстве электрическое поле, т.е. он является аналогом постоянного магнита. их называют еще термоэлектретами.

Большой интерес к фотоэлементам. Их изготавливают из фотоматериалов, которые обладают фотоэлектропроводностью (сера). Они сохраняют заряды в темноте и разряжаются при освещении.

Рассмотрим состояние электрических зарядов в термоэлектрете.

На каждой из поверхности элементов, находящихся под электродами, образуют заряды обоих знаков.

Заряды перешедшие из электрода или воздушного зазора на поверхностной ловушке твердого диэлектрика и имеющие тот же знак, что и на электроде называются гомозарядами.

Заряды с противоположным знаком полярности электрода, возникающие в электрете за счет релаксационной поляризации называется гетерозарядами.

Разность гетеро- и гомо- зарядов определяет заряд поверхности электрета.

После окончания поляризации наблюдается гетерозаряд, а спустя некоторое время, когда тепловое воздействие дезориентирует диполь наступает гомозаряд.

Гомозаряды сохраняются более длительное время, чем гетерозаряды. У органических электритов, - гетерозарядов по всему объему элементов.

Элементы используются:

1) Для изготовления микрофонов, измерения механических вибраций, для изготовления пыли уловителей, дозиметров радиации, измерителей атмосферного давления, измерителей влажности и др.

Дата добавления: 2014-01-11