Релаксационная поляризация твёрдого диэлектрика

3. Релаксационные потери

Релаксационные потери обусловлены активными составляющими поляризационных токов. Они характерны для диэлектриков, обладающих замедленными видами поляризации, и проявляются в области достаточно высоких частот, когда сказывается отставание поляризации от изменения поля. Рассмотрим происхождение релаксационных потерь на примере дипольно-релаксационной поляризации полярных жидкостей, где физическая картина более проста и отчётлива. При воздействии на диэлектрик синусоидального напряжения высокой частоты дипольные молекулы не успевают ориентироваться в вязкой среде и следовать за изменением поля. Отстаивание поляризации можно охарактеризовать зависимостями, показанными на рис(1) а.(Пояснение механизма релаксационных потерь в диэлектриках)а. Оно выражается в появлении некоторого угла фазового запаздывания ψ между поляризованностью диэлектрика др P и напряженностью поля.

С помощью кривых (рис(1) а.)  легко показать, что зависимость Pдр(E) при наличии фазового сдвига между ними имеет форму эллипса (рис.1. б). Интеграл по замкнутому контуру 0-б-г-е-0, т. е. площадь петли переполяризации, характеризует энергию, затрачиваемую электрическим полем на поляризацию единицы объема диэлектрика за один период:

Эдр = ∫ PдрdE ε '' .

При неизменной напряженности поля площадь петли зависит от амплитудного значения поляризованности Pдр и угла фазового сдвига ψ , которые в свою очередь определяются соотношением времени релаксации τ0 и периода изменения поля. Если выполняется условие τ0<<1/ω, то за время каждого полупериода поляризации получает полное развитие, ее отставание от изменения поля практически отсутствует. При этом эллипс, характеризующий зависимость Pдр(E) , вырождается в прямую линию (рис.1. в), т. е. ∫Pдр dE ≈ 0.

Таким образом, если нет запаздывания поляризации по отношению к полю, то нети релаксационных потерь.

В противоположном случае, когда τ0 >>1/ω, релаксационная поляризация выражена очень слабо, т. е. средний угол поворота диполей за короткое время полупериода оказывается весьма незначительным. Поэтому потери энергии за период будут также малы (рис. 1.г).

Максимуму потерь соответствуют такие условия, при которых период изменения поля сравним со временем установления поляризации τ0 (рис. 1. б).

4.Заключение

В твёрдых диэлектриках существует несколько видов релаксационной поляризации. Каждый вид представляет собой свою природу и состав диэлектрика. Так–же имеются релаксационные потери. Релаксационные потери наблюдаются и у линейных диэлектриков с ионно- релаксационным и электронно-релаксационным механизмами поляризации.

Потери, обусловленные миграционной поляризацией, имеются в материалах со случайными примесями или отдельными компонентами, намеренно введенными в диэлектрик для требуемого изменения его свойств. Случайными примесями в диэлектрике могут быть, в частности, полупроводящие вещества, например, восстановленные окислы, образовавшиеся в диэлектрике или попавшие в него в процессе изготовления. Ввиду разнообразия структуры неоднородных диэлектриков и особенностей содержащихся в них компонентов не существует общей формулы расчета диэлектрических потерь.

5 Список литературы

1. Губкин А.Н. Физика диэлектриков. – М.: Высшая школа, 1971. – 272 с.

2. Пасынков В. В., Сорокин В. С. Материалы электронной техники. –М.: Высшая школа, 1986. –367 с.

3.Новикова С. Ю.”Электронное издание “физика диэлектриков”Москва 2007

4. Электротехнический справочник: В 4 томах. Т. 1. Общие. вопросы.Электротехнические материалы под ред. Герасимова В. Г.

14