Линейные и нелинейные диэлектрики.
В зависимости от влияния напряженности электрического поля на значение относительной диэлектрической проницаемости материала все диэлектрики подразделяются на линейные и нелинейные.
Для линейных диэлектриков с малыми потерями энергии зависимость заряда конденсатора от напряжения (переменной полярности) – линейно.
Для нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) зависимость заряда конденсатора от напряжения принимает форму гистерезиса.
Линейные диэлектрики можно подразделить по механизмам поляризации также на несколько групп:
Неполярные диэлектрики – газы, жидкость, твердые вещества в кристаллическом и аморфном состояниях, обладающие в основном электронной поляризацией.
Полярные диэлектрики (дипольные) – дипольная и электронная поляризация (полужидкие, органические жидкие и твердые вещества)
Ионные соединения – ионная и электронная поляризация (кварц, слюда, корунд (Al2O3), рутил (TiO2), перовенит (CaTiO3))
Твердые диэлектрики, представляющие ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц, обладают ионной и электронной поляризацией, имеют в широких пределах.
Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ионных кристаллов в большинстве случаев положителен, т.к. при росте температуры наблюдается не только уменьшение плотности вещества, но и возрастание смещения ионов, причем влияние этого фактора сказывается на значении сильнее, чем плотность вещества.
Исключение – кристаллы, содержащие
ионы титана (рутил TiO2)
и некоторые керамические материалы
на его основе. У них
.
Отрицательный знак
у них обусловлен специфическим
взаимодействием электронных оболочек
ионов титана и кислорода. Специфика в
том, что с повышением температуры,
когда ослабляется перекрытие электронных
оболочек взаимодействующих ионов титана
и кислорода, коэффициент упругой связи
между ионами не уменьшается в TiO2,
а возрастает.
Значение и ионных кристаллов.
Al2O3 10 +100
NaCl 6 +150
TiO2 110 -750
CaTiO3 150 -1500
Диэлектрическая проницаемость сложных диэлектриков.
Диэлектрическая проницаемость сложных диэлектриков, представляющих собой смесь химически невзаимодействующих друг с другом компонентов с различными диэлектрическими проницаемостями, можно в первом приближении (если не сильно различается) определить на основании уравнения Лихтеннекера, с помощью которого в общем случае рассчитывают самые различные свойства (теплопроводность, показатель преломления и др.):
здесь
соответственно
диэлектрические проницаемости смеси
и отдельных компонентов;
объемные
концентрации компонентов;
величина,
характеризующая распределение компонентов
и принимающая значение от +1 до - 1.
При параллельном включении компонентов
,
тогда:
При последовательном включении
компонентов
,
тогда:
Если оба компонента распределены хаотически (что имеет место, например, в керамике), то после преобразования уравнения Лихтеннекера:
и после
подстановки
,
получим
Дифференцированием этого уравнения по температуре определяют температурный коэффициент диэлектрической проницаемости
,
