Релаксационные виды поляризации

Замедленные или релаксационные виды поляризации проявляются в газах, жидкостях и твердых диэлектриках, если они состоят из полярных молекул, диполей или молекул, имеющих отдельные радикалы или части (сегменты), обладающие собственными электрическими моментами (дипольная, дипольно-релаксационная, дипольно-радикальная поляризации). В твердых телах возможны также разновидности релаксационной поляризации, связанные, главным образом, с химическим составом, структурой и типом дефектов (электронно-релаксационная, ионно-релаксационная, миграционная, спонтанная поляризации).

Дипольно-релаксационная поляризация часто называется ориентационной, так как она проявляется в появлении некоторой упорядоченности в расположении полярных молекул, совершающих хаотические тепловые движения под действием электрического поля. При дипольно-радикальной или дипольно-сегментальной поляризации в некоторых полярных полимерах под действием поля происходит определенное упорядочение полярных радикалов или более крупных частей макромолекул-сегментов. Релаксационная поляризованность при дипольно-релаксационной поляризации после приложения поля к диэлектрику нарастает во времени до установления значения Ро согласно выражению

Рт=Ро[1-е^-t/т], (3.1.10)

где Рт—поляризованность в момент времени Т а после снятия внешнего поля уменьшается по закону

Рт=Ро·е^-t/т. (3.1.11)

В этих выражениях т постоянная времени процесса, называетсявременем релаксации — она равна времени, за которое поляризация уменьшается в “е” раз, т. е. приблизительно в 2,7 раза (е—основание натуральных логарифмов). Для полярных диэлектриков величина поляризуемости А=Аэ+Адр.

Зависимость ε от температуры для полярной жидкости показана на рис.3.1.4.

рис. 3.1.4

По Дебаю, если жидкость состоит из сферических молекул, обладающих дипольным моментом, то время релаксации процесса поляризации определяется по формуле

т=4·З.14·n·а3/кТ, (3.1.13)

где n - вязкость, а - радиус молекулы. При низких температурах ориентация молекул электрическим полем затруднена, поэтому Адр невелика. При повышении температуры время релаксации уменьшается из-за уменьшения вязкости, ориентация молекул облегчается, что приводит к увеличению интенсивности дипольно-релаксационной поляризации и резкому росту ε, которая после достижения максимума уменьшается, приблизительно обратно пропорционально температуре за счет роста теплового движения молекул, препятствующего упорядочению полярных молекул (диполей).