Электронная поляризация

Все материалы состоят из атомов, а атом из ядра (протонов) и электронов, вращающихся вокруг него. В отсутствие внешнего электрического поля, электроны быстро вращаются вокруг ядра по круговой орбите и центры приложения зарядов положительного и отрицательного совпадают. Если теперь этот атом поместить в однородное электрическое поле с напряженностью ε, то отрицательно заряженные электроны при своем вращении сместятся в сторону положительного электрода (рисунок 4.1). Центр отрицательного заряда изменит свое положение, и система превратится в диполь. Таким образом, произошла поляризация диэлектрика. Этот вид поляризации называется электронной, происходит она практически мгновенно за время ≈ 10^-15 с, поэтому её называют мгновенной. Она характерна для всех типов диэлектриков. Она происходит без рассеивания энергии, проявляется на всех частотах, т.е. практически не зависит от частоты (f = 10¹⁴ - 10¹⁶ Гц).

Электронная поляризация – это упругое смещение и деформация электронных оболочек атомов.

Рисунок 4.1 – схематическое изображение электронной поляризации: а – неполяризованный атом при отсутствии электрического поля; б – поляризованный атом при воздействии электрического поля.

ε уменьшается с увеличением температуры, т.к. происходит тепловое расширения диэлектрика и число частиц в единице объема уменьшается.

Изменение ε от Т характеризуется ТК (температурный коэффициент) диэлектрической проницаемости.

α_ε = ∂ε ∕ (ε ∙ ∂T) (4.3)

Рисунок 4.2 – График зависимости диэлектрической проницаемости полимеров от частоты:

1 – полистирол; 2 – политетрафторэтилен.

Ионная поляризация

Характерна для твердых тел с ионным строением (каменная соль; в узлах кристаллической решетки находятся ионы Na⁺ и Cl¯).

При приложении поля ионы Na смещаются по направлению внешнего электрического поля Е, а ионы Cl – против направления (рисунок 4.3). Смещение двух разноименно заряженных ионов приводит к появлению элементарного электрического момента:

μ = q ∙ ∆x , (4.4)

где ∆x - смещение ионов.

Сумма всех этих элементарных электрических моментов определяет ионную поляризацию.

Время установления 10^-13 с.

Поляризованность P увеличивается с увеличением температуры, т.к. диэлектрик расширяется, расстояние между ионами увеличивается, значит ослабляются силы упругой связи между ионами

Поляризация не зависит от t, не связана с потерями энергии.

Рисунок 4.3 – Схематическое изображение ионной поляризации. Ионная кристаллическая решетка:

а – при отсутствии электрического поля; б – при воздействии электрического поля.