Поляризация (диелектрици)

Поляризацията при диелектриците характеризира свойството на материалите да взаимодействат с електрическо поле.

Вижте пояснителната страница за други значения на поляризация.

---

Нека за пример вземем най-простия случай – вещество с атомен строеж. От модела на атома се вижда, че той е електронеутрален, защото еквивалентните центрове на зарядите на атомното ядро и електронния облак около него съвпадат и се неутрализират. Ако се приложи външно електрично поле обаче, ядрото и електронният облак се изместват в противоположни посоки, центровете на зарядите се разделят и атомът става електрически дипол. Електрическият диполен момент представлява вектор, сочещ към положителния полюс на дипола. За оценка на влиянието на електричното поле върху веществото се използва формулата

${\displaystyle {\vec {P}}={\frac {\sum {\vec {p}}}{V}},{\frac {C}{m^{3}}}}$

Където P е поляризацията на материала, p е диполният момент на съответната частица, а V е обемът.

Тъй като веществата могат да имат разнообразен строеж, не само атомен, то градивните частици може да притежават диполен момент дори когато липсва външно електрично поле – да са полярни. Пример за вещество със силно полярни частици е водата. Тоест ако поляризацията е 0, не означава, че диполните моменти са нулеви, а че векторният им сбор е 0.
Като термин поляризацията обозначава процес или състояние на материала.

• Като процес се дефинира, като изместването на еластично свързаните електрически заряди в диелектрика и ориентирането на диполите в него.
• Дефиницията за състояние е такова, при което общият електрически момент на макроскопичен обем от диелектрика е различен от нула.

Видове

Основните видове поляризация са четири, като те се различават по механизма на осъществяване. Те са – електронна, йонна, диполна и структурна. Характерното е, че зависимостта D=f(E) е линейна. В един диелектрик могат да се проявяват повече от един или подобен на основните видове, но поляризацията се проявява при всички диелектрици. Съществува и спонтанна поляризация, която поради големите си различия от гореизброените видове се разглежда отделно.

Електронна

Електронната поляризация се проявява при всички материали. Атомът, като състоящ се от еднакъв брой положителни и отрицателно заредени частици, равномерно разположени в пространството е електронеутрален. Под влияние на външно електрично поле, обаче, положителното ядро и електронният облак могат да се изместят в противоположни посоки на малко разстояние, като така се разделят еквивалентните центрове на зарядите и се получава електричен дипол. Поради малкото разстояние на изместване (части от радиуса на атома), този вид поляризация е бърз (около 10^-15 секунди) и няма загуба на енергия в диелектрика.

Йонна

Получава се в резултат на противоположното изместване на положителните и отрицателните йони на диелектрици с йонен строеж. Наблюдава се в кристални вещества с плътна опаковка на йоните (равномерно разположени положителни и отрицателни йони в обема на кристалната решетка). Благодарение на равномерното разпределение, изместването на центровете на зарядите е на малки разстояния. Поляризацията е бърза и без загуба на енергия.

Диполна

Проявява се във вещества изградени от полярни молекули. Когато външното поле е нула, диполите са ориентирани хаотично, така, че общият електрически момент да е 0. Когато се приложи външно поле, диполите се ориентират по посока на силовите линии. Поради сравнително по-големите размери на молекулите и триенето между тях и кинетичната им енергия, времето за поляризация е по-голямо от това за електронна и йонна поляризации и има загуби на енергия, която се изразходва за нагряване на материала.

Структурна

Характерна е за материалите с многофазен строеж (примерно материал, изграден от много на брой твърди съставки или газ, разтворен в твърда среда), в които съществуват електрически заредени области, които се ориентират спрямо външното електрично поле. Поради преместването на макрообемни частици, тази поляризация е много бавна и със загуби на енергия.

Други видове

Йонно-релаксационна

– поляризация в йонни диелектрици, при които опаковката на йоните не е пълна и изместването е по-голямо. Необходимото време е по-голямо, като има загуби на енергия.

Електронно-релаксационна

– среща се в материали с „дефекти“ в структурата – наличие на допълнителни електрони и дупки.

Резонансна

– наблюдава се при честоти на електричното поле от светлинния обхват, които съвпадат със собствената механична резонансна честота на частиците.

Всяка от гореспоменатите поляризации протича със загуба на енергия.

Спонтанна

За разлика от основните видове, зависимостта на електричната индукция от интензитета на полето при спонтанната поляризация е нелинейна. Спонтанната поляризация се проявява в материали наречени сегнетоелектрици. Структурата им е доменна (както при феромагнитите и магнитно поле) и по същата аналогия при тях се получава хистерезисен цикъл на електричната индукция.

Източници

• „Материалознание в електрониката“, Румен Пранчов, издателство „НОВИ ЗНАНИЯ“ ISBN 954-9315-39-8