Поляризация диэлектриков

Большинство химических соединений — ионных и молекулярных кристаллов — имеет высокое удельное электрическое сопротивле­ние— более 10⁷ Ом-м и является диэлектриками. Это материалы с шириной запрещенной зоны E_g >3 эВ и, поскольку , кон­центрация свободных электронов в них ниже Изоляционные функции диэлектрики выполняют потому, что они препятствуют протеканию тока в цепи. Однако этим их роль не исчерпывается, так как при малой толщине в направлении пере­менного тока диэлектрики не разрывают электрическую цепь — переменный ток течет через них необычным способом. Это проис­ходит вследствие явлений поляризации, физического процесса, характерного только для класса диэлектрических материалов.

Поляризация — это процесс смещения связанных зарядов на ограниченное расстояние под действием внешнего электрического поля.

Если диэлектрик находится между электродами конденса­тора, то смещение вызывает дополнительный переход электронов с положительной пластины на отрицательную при том же напря­жении. В результате заряд конденсатора увеличивается в e раз. Величина e называется диэлектрической проницаемостью и отра­жает увеличение емкости конденсатора при замене в нем вакуума диэлектриком. Таким образом, емкость конденсатора с диэлектри­ческим материалом зависит от его способности поляризоваться:

,

где e₀ =8,854 10^-12 Ф/м — электрическая постоянная, S — площадь пластин, d— расстояние между ними.

Как видно из рис. 2.1, в диэлектрике создается внутреннее электрическое поле, направленное противоположно внешнему и ослабляющее его. Поле внутри диэлектри­ка имеет конечное, не равное нулю, значение.

Способность различных материалов поляризоваться в электрическом поле характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью

,

где С₀ – емкость конденсатора, между обкладками которого вакуум.

Рис. 2.1. Поляризация диэлектриков в электростатическом поле:

а - конденсатор, про­странство между элек­тродами которого вакуумировано;

б - кон­денсатор с диэлектриком

Теперь данное выше определение диэлектриков как веществ, обладающих высоким удельным сопротивлением, можно допол­нить: 1) диэлектрик — среда (не только твердая, но и жидкая, и газообразная), в которой может длительно существовать электри­ческое поле; 2) диэлектрик — среда, проницаемая для электриче­ского поля и способная поляризоваться.