ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (с точки зрения зонной теории)

Поглощение света кристаллами обусловлено:

1) взаимодействием света с фононами – ИК-область;

2) поглощение света примесями и дефектами;

3) основное поглощение обусловлено захватом квантов света электронов с последующим их перемещением через запрещенную зону, т.е. при некотором 𝛌 – вещество полностью поглощает свет.

После поглощения кванта света электроны перейдут в свободную зону и передвигаясь по ней начнут взаимодействовать с атомами кристаллической решетки, отдавая им избыточную энергию. Следовательно, энергия света перейдет в энергию колебания атомов решетки или в тепло. Если энергия света меньше, чем ширина запрещенной зоны, то свет беспрепятственно проходить через вещество и вещество будет прозрачным.

Вывод: чем меньше ширина запрещенной зоны, тем больше вероятность, что вещество будет непрозрачным (проводники – непрозрачные, а диэлектрики − прозрачные).

СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИКОВ

ПОЛЯРИЗАЦИЯ

У проводников под действием электрического поля начинается перемещение электронов, т.е. возникает электрический ток.

В совершенно идеальных диэлектриках не смотря на прикладывания электрического поля электроны и ионы лишь не значительно смещаются от положения теплового равновесия, ток не протекает, однако сдвигаются центры тяжестей «+» и «-» зарядов. Возникают диполи.

Явление, при котором возникает дипольный момент, называют поляризацией. Диполь – это система из двух жестко связанных одинаковых по величине, но противоположных по знаку зарядов удаленных на вектор электрона.

Диполярный момент представляет собой произведение заряда на электрон.

[Кл ].

Поляризация (вектор поляризации) – это суммарный дипольный момент отнесенный к единице объема диэлектрика.

где

V – объем.

В проводниках и полупроводниках поляризация не возникает, вследствие протекания электрического тока.

Поляризация диэлектриков определяется по формуле:

где диэлектрическая проницаемость вакуума, 8,85 · 10^-12 Ф/м;

Е – напряженность электрического поля, Вт/м;

𝓔 – относительная диэлектрическая проницаемость.

Для обычных диэлектриков: 𝓔 = 1÷40.

Известны 4 вида поляризации:

1.Электронная поляризация – возникает вследствие не симметричного распределения вероятности электронов внутри атома по отношению к атомному ядру.

2.Ионная поляризация – возникает из-за смещения центров тяжести отрицательных и положительных ионов.

3.Ориентационная поляризация – обусловлена ориентацией молекул, обладающих постоянным дипольным моментом вдоль линии поля.

4.Межслойная поляризация – возникает благодаря накоплению зарядов на границах зерен в веществах с неоднородной структурой.

Поляризация диэлектриков складывается из отдельных видов поляризации. Различие в проявлении каждого вида поляризации становится заметным, при приложении переменного электрического поля. При повышении его частоты отслеживать изменение направления поля сначала исчезает межслойная и ориентационная поляризация, затем ионная и электронная. При этом возникает фазовый сдвиг между электрическим полем и поляризацией.

Р Р

Е Р_Е Е

Энергия поля используется не полностью (для поляризации), а часть ее рассеивается в виде теплоты. Эта теплота называется диэлектрическими потерями и характеризуется тангенсом диэлектрических потерь.

где R – сопротивление постоянного тока;

ω − 2πf,

с – ёмкость.

Потеря мощности за счет диэлектрических потерь:

где f – частота изменения поля;

u – напряжение.