Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое диэлектрики, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое диэлектрики, поляризация диэлектриков, диэлектрическая восприимчивость, диэдектрик , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов.
Диэле́ктрик (изолятор) (от др.-греч. διά «через; раздельно», и др.-греч. ἤλεκτρον — «янтарь») — вещество (материал), относительно плохо проводящее электрический ток. Электрические свойства диэлектриков определяются их способностью к поляризации во внешнем электрическом поле. Термин введен в науку английским физиком М. Фарадеем .
Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. В электродинамике диэлектрик — среда с малым на рассматриваемой частоте значением тангенса угла диэлектрических потерь ( 
) , в такой среде сила тока проводимости много меньше силы тока смещения.
Под «идеальным диэлектриком» понимают среду со значением 
, прочие
диэлектрики называют «реальными» или диэлектриками (средами) «с потерями». С точки зрения зонной теории твердого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещенной зоны больше 3 эВ.
Исследование диэлектрических свойств касается хранения и рассеивания электрической и магнитной энергии в материалах . Понятие диэлектрики важны для объяснения различных явлений в электронике, оптике, физике твердого тела и клеточной биофизике.
Схема конденсатора с параллельными пластинами с диэлектриком. Две пластины с площадью 
находятся на расстоянии {\displaystyle d}
. Когда заряд 
находится на пластинах, в промежутке между пластинами возникает электрическое поле 
. Диэлектрик поляризуется из-за смещения зарядов в его молекулах и атомах, уменьшая общее внутреннее поле и увеличивая электрическую емкость конденсатора.
Хотя термин «изолятор» подразумевает низкую электрическую проводимость, диэлектрик обычно означает материалы с высокой поляризуемостью. Последнее выражается числом, называемым относительной диэлектрической проницаемостью. Термин «изолятор» обычно используется для обозначения электрической непроводимости, тогда как термин «диэлектрик» используется для подчеркивания способности материала к накоплению энергии посредством поляризации.
Термин «диэлектрик» был придуман Уильямом Уэвеллом в ответ на просьбу Майкла Фарадея . Идеальным диэлектриком является материал с нулевой электрической проводимостью
Рисунок 1 – Классификация диэлектриков
Поляризацией называют состояние диэлектрика, характеризующееся наличием электрического момента у любого элемента его объема.
Различают поляризацию, возникающую под действием внешнего электрического поля, и спонтанную, существующую в отсутствие поля. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Поляризация в некоторых случаях возникает и под действием механических напряжений.
Способность различных материалов поляризоваться в электрическом поле характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью
ε = Cд /C0 ,
где Cд – емкость конденсатора с данным диэлектриком; C0 – емкость того же конденсатора в вакууме. Абсолютную диэлектрическую проницаемость диэлектрика следует определять как произведение:
ε = ε0εдиэл ,
где ε0 = 8,854⋅10−12Ф/м – диэлектрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума).
Поляризация сопровождается появлением на поверхности диэлектриков связанных электрических зарядов, уменьшающих напряженность поля внутри вещества. Количественной характеристикой поляризации служит поляризованность диэлектрика. Поляризованность P – векторная физическая величина, равная отношению электрического момента dp элемента диэлектрика к объему dV этого элемента и выражаемая в Кл/м2:
Поляризованность однородного плоского диэлектрика в равномерном электрическом поле равна поверхностной плотности связанных зарядов. Для большинства диэлектриков в слабых электрических полях поляризованность пропорциональна напряженности поля:
P = ε0(ε−1)E = ε0χE ,
где χ – диэлектрическая восприимчивость .
В изотропных диэлектриках направления векторов P и E совпадают. В сильных электрических полях нарушается линейная зависимость между поляризованностью и напряженностью поля.
Диэлектрическая восприимчивость (или поляризу́емость) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость 
— коэффициент линейной связи между поляризованностью диэлектрика 
и внешним электрическим полем 
в достаточно малых полях:
В системе СИ:
где 
— электрическая постоянная; произведение 
называется в системе СИ абсолютной диэлектрической восприимчивостью.
В случае вакуума
У диэлектриков, как правило, диэлектрическая восприимчивость положительна. Диэлектрическая восприимчивость является безразмерной величиной.
Поляризуемость связана с диэлектрической проницаемостью ε соотношением :
(СГС)
(СИ)
В общем случае, вещество не может поляризоваться мгновенно в ответ на приложенное электрическое поле, поэтому более общая формула содержит время:
Это значит, что поляризованность вещества является сверткой электрического поля в прошлом и восприимчивости, зависящей от времени как 
Верхний предел этого интеграла может быть расширен до бесконечности, если определить 
для 
Мгновенный ответ соответствует дельта-функции Дирака 
.
В линейной системе удобно использовать непрерывное преобразование Фурье и писать это соотношение как функцию частоты. Благодаря теореме о свертке этот интеграл превращается в обычное произведение:
Эта зависимость диэлектрической восприимчивости от частоты приводит к дисперсии света в веществе.
Тот факт, что поляризация вследствие принципа причинности может зависеть только от электрического поля в прошлом (то есть для 
), налагает на восприимчивость 
ограничения, называемые соотношениями Крамерса — Кронига.
В анизотропных кристаллах восприимчивость характеризуется тензором 
, так что связь между вектором поляризации и вектором напряженности электрического поля выражается как:
где по повторяющимся индексам подразумевается суммирование.
Из закона сохранения энергии можно вывести, что тензор симметричен:
В изотропных кристаллах недиагональные компоненты тензора тождественно равны нулю, а все диагональные равны между собой.
При применении диэлектриков, одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов, довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств.
Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.
Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от «земли»). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.
Активными диэлектриками, диэлектрические свойства которых зависят от приложенного напряжения, влияния внешней среды являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.
Данная статья про диэлектрики подтверждают значимость применения современных методик для изучения данных проблем. Надеюсь, что теперь ты понял что такое диэлектрики, поляризация диэлектриков, диэлектрическая восприимчивость, диэдектрик и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов
Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про диэлектрики
Комментарии
Оставить комментарий
Материаловедение и материалы электронных аппаратов
Термины: Материаловедение и материалы электронных аппаратов