Поляризация диэлектриков
Явление, при котором происходит в диэлектрике ограниченное по величине смещение связанных зарядов, или же наблюдается поворот электрических диполей, получило в физике название поляризация диэлектриков. Течение этого процесса может происходить или спонтанно, в силу внутренних причин, или же под воздействием внешних сил, прежде всего, электрических полей.
Физико-математическое отражение процесса характеризуется вектором поляризации, представляющим собой дипольный момент, который рассматривается в отношении к величине объема диэлектрика. Довольно часто в физическом контексте используют упрощенный термин – поляризация. Этот параметр используется не только для отражения макроскопического состояния. Его можно применять для описания любых явлений, обладающих свойствами, которыми характеризуется и поляризация диэлектриков.
Исходя из этого утверждения, можно сформулировать общий признак явления. Такое состояние диэлектрика, при котором в нем обнаруживается наличие дипольного момента в каждой точке его объема, и характеризует поляризация диэлектриков.
Рассматриваемое явление неоднозначно по своей природе. Различают такие виды поляризации диэлектриков как наведенная, то есть возникающая под воздействием внешних электрических полей, спонтанная, образующаяся при отсутствии внешних возбудителей поляризации, механическая (сегнетоэлектрика), формирующаяся при действии механических возбудителей, термическая, возникающая под действием колебаний температуры.
Особенностью поляризации как физического явления является то, что она практически не влияет на величину суммарного заряда однородного диэлектрика, какую бы точку его объема не выбрали. В то же время, при поляризации происходит формирование связанных зарядов на поверхности диэлектрика. Вот эти заряды и являются источниками дополнительного поля с некоторой напряженностью, вектор которой направлен против вектора действия внешнего поля.
Важным в рассматриваемом вопросе выступает и классификация поляризации диэлектриков в зависимости от самих ее механизмов. В этом аспекте выделяются такие ее типы:
— миграционная характерна для материалов, в структуре которых имеются четко различимые слои, обладающие различной проводимостью. Такая поляризация характеризуется замедленным действием;
— электронная поляризация состоит в перемещении оболочек атомов под влиянием внешних электрических полей. Это – самый быстрый тип поляризации;
— ионная характеризуется теми же факторами, что и электронная, только в этом случае происходит не смещение оболочек атомов, а перемещение узлов структуры кристаллической решетки веществ;
— дипольная, или как ее еще называют ориентационная поляризация характеризуется значительными потерями, причина которых состоит в больших затратах энергии на преодоление внутренних связей в диэлектрике. Для ориентационной поляризации диэлектриков характерно явление строго определенной ориентации диполей;
— электронно-релаксационная характеризуется наличием такой же определенной ориентации дефектных электронов;
— ионно-релаксационная поляризация диэлектриков проявляется в перемещении ионов, которые обладают слабыми внутренними связями и не закреплены устойчиво в узлах кристаллических решеток структуры вещества;
— структурная проявляется также в определенной ориентации элементов диэлектрика, но в этом случае этими элементами выступают различные примеси, которые содержит вещество диэлектрика. Эта поляризация протекает наиболее медленно;
— самопроизвольная (спонтанная) наблюдается у диэлектриков с очень высокими параметрами проницаемости, их называют сегнетоэлектриками;
— резонансная характеризуется совпадением частот электронов диэлектрика с частотами воздействующего на него поля, отсюда, собственно, и такое название.
Как правило, во всех случаях, кроме резонансной поляризации, ее величина достигает максимальных значений в статических полях.