Поляризація діелектричних матеріалів та їх діелектрична проникність

ЖИТОМИРСЬКИЙ ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ С.П. КОРОЛЬОВА

НАЦІОНАЛЬНОГО АВІАЦІЙНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

Поляризація діелектричних матеріалів та їх діелектрична проникність

Житомир 2010

1. Загальні відомості про будову речовини

Види зв’язку

Всі речовини – газоподібні, рідинні та тверді – побудовані з атомів та молекул. Основними елементарними частками атомів є протони, нейтрони та електрони. Ядро атома складається з протонів та нейтронів, а електрони заповнюють його оболонки. Іони це атоми або групи атомів, які втратили або приєднали електрони. Молекула це найменша частина речовини, що зберігає її хімічні властивості. В склад молекул може входити різне число атомів. Так, наприклад гелій – неон, аргон це гази, що мають одноатомні молекули; водень, кисень, азот – мають двоатомні молекули. В залежності від будови зовнішніх електронних оболонок атомів, між останніми існують різні види зв’язку.

Ковалентний зв’язок – виникає при об’єднанні електронів двома сусідніми атомами.

Якщо двоатомна молекула складається з атомів одного елемента (Н₂ , N₂ ,Сl₂ ) , то електронна пара в однаковій мірі належить обом атомам. В цьому випадку молекулу та існуючий в ній ковалентний зв’язок називають неполярним або нейтральним. В таких молекулах центри однакових за величиною та протилежних за знаком зарядів в просторі співпадають. Якщо ж двоатомна молекула складається з атомів різних елементів, електронна пара може бути зміщена до одного з атомів. В таких випадках ковалентний зв’язок називають полярним, а молекули з полярним зв’язком, у яких центри протилежних за знаком зарядів у просторі не співпадають і знаходяться на деякій відстані один від одного - полярними або дипольними.

Ковалентний зв’язок може існувати, як в молекулах так і в атомах, які створюють кришталеву решітку (алмаз, кремній, германій). Іонний зв’язок – визначається силами електростатичного притягання між позитивними та негативними іонами. Прикладом є галогени лужних металів, які мають високу механічну міцність (хлористий натрій, хлористий цезій). Металевий зв’язок спостерігається між атомами в металах. Атоми металів здатні віддавати зовнішні електрони, перетворюючись в позитивні іони, або їх приєднувати, перетворюючись в нейтральні атоми. Таким чином, метал можна розглядати як систему (кришталеву решітку) з позитивних іонів, що знаходяться в середовищі вільних колективізованих електронів. Наявність вільних електронів пояснює електричну та теплову провідність металів. Зв’язок між позитивною решіткою та негативними електронами обумовлює монолітність металу.

Рис. 1. Схематичне зображення двоатомної молекули з ковалентним зв’язком

Полярна молекула характеризується дипольним моментом:

,

де q – абсолютне значення заряду 2∙10 ^–19 [Кл], l -відстань між зарядами (2-5)∙10 ^–10 [м], тому дипольний момент складає десь 10 ^–30 ÷ 5∙10 ^–29 [Кл∙м].

Молекулярний зв’язок – (зв’язок Ван-дер-Ваальса) виникає між молекулами в яких існує внутрішній ковалентний зв’язок. Зв’язок забезпечується узгодженим рухом валентних електронів в сусідніх молекулах. Прикладом є парафін з низькою температурою плавлення.

Класифікація речовин за їх електричними властивостями. Всі речовини в залежності від їх електричних властивостей поділяють на провідникові матеріали, діелектрики та напівпровідники.

Умовне зображення енергетичної діаграми має вигляд:

Звичайно зображають тільки другу частину діаграми:

Провідникові матеріали

Різницю між ними наглядно можна зобразити за допомогою енергетичних діаграм. В основі енергетичних діаграм лежить дослідження спектру речовини, що знаходиться в газоподібному вигляді, коли атоми розташовані на відносно великій відстані один від одного. В спектрі видно, що для атомів кожної речовини існують певні спектральні лінії. Це говорить про наявність різних енергетичних рівнів для різних атомів.

Особливості:

1. Багато вільних електричних зарядів

2. Відсутня заборонена зона.

3. Малий питомий опір ρ = 10 ^–6 ÷ 10 ^–3 [Ом ∙ см].

4. З ростом температури електричний опір збільшується.

5. Виникаюче електричне поле зникає миттєво, якщо його не підтримувати ззовні.

6. Змінюється рухливість електронів.

7. Концентрація електронів є постійною.

Ізоляційні матеріали, діелектрики

Особливості:

1. Вільних електричних зарядів немає.

2. Велика величина забороненої зони DWзз ≥ 10 еВ

3. Великий питомий опір ρ = 10 ¹⁰ ÷ 10 ²⁰ [Ом ∙ см].

4. З ростом температури електричний опір зменшується.

5. Виникаюче електричне поле існує довго.

Напівпровідникові матеріали

Особливості:

1. Слабкий зв’язок електронів з атомами.

2. Питомий опір має значення між провідниками та діелектриками

ρ = 10 ^-3 ÷ 10 ¹⁰ [Ом∙ см].

3. Незначна заборонена зона DWзз = 0,36 ÷ 5,3 [е∙В].

4. З ростом температури електричний опір значно зменшується, зростає концентрація носіїв струму, рухомість носіїв заряду змінюється незначно.

2. Поляризація діелектриків та діелектрична проникність діелектричних матер

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать