Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Задача № 3.3.3




Доверь свою работу кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

При напряжении 2 кВ плоский конденсатор, изготовленный из высокочастотного диэлектрика, имеет заряд 3,5×10-8 Кл. При этом же напряжении и при повышении температуры на 100 К заряд возрастает на 1%. Определить диэлектрическую проницаемость материала и температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, если толщина диэлектрика между пластинами конденсатора h=2 мм, а площадь каждой пластины S= 5 см2. Какой вывод можно сделать о наиболее вероятном механизме поляризации данного диэлектрика?

ДАНО:

РЕШЕНИЕ

Емкость плоского конденсатора описывается формулой:

Тогда

Из соотношения следует, что ёмкость увеличилать так же не 1% (т.к. напряжение то же, а заряд увеличился на 1%). Так как площадь и расстояние не менялось, то и увеличилось на 1% тоже и стало 8,08 единиц.

Из соотношения

Получим

В зависимости от характера химической связи различают следующие 3 основные механизмы поляризации диэлектриков: электронную, ионную и дипольную (ориентационную).

 

Электронная поляризация присуща всем диэлектрикам и превалирует в кристаллах с ковалентной связью. Под действием внешнего электрического поля P происходит смещение электронов атома относительно его ядра (деформация его электронной оболочки) и возникают индуцированные диполи .

Электронный механизм поляризации является наименее инерционным, т.к. масса электрона значительно меньше массы частиц, участвующих в процессе поляризации. Время установления электронной поляризации составляет ≈ 10-15 с, что сравнимо с периодом световых колебаний.

 

Ионная поляризация наблюдается в ионных кристаллах и происходит в результате возникновения диполей вследствие относительного смещения (сдвига) положительных и отрицательных ионов под влиянием электрического поля. При этом имеет место также деформация электронных оболочек ионов, что порождает электронную поляризацию. Время установления ионной поляризации примерно на порядок больше ( ≈ 10-14 с).

 

Дипольная (ориентационная) поляризация наблюдается в полярных диэлектриках (например, в твердом H2S ). Существующие в отсутствии электрического поля электрические диполи ориентированы хаотично . При включении поля диполи приобретают преимущественную ориентацию. Этот процесс и называют дипольный или ориентационной поляризацией. Переориентация постоянных диполей под действием поля происходит не мгновенно, а постепенно путем поворота их на определенные углы приближающие направление диполей к направлению электрического поля. Дипольная поляризация с ростом температуры уменьшается из-за возрастания энергии теплового движения частиц, снижающей ориентирующее влияние поля. Данный вид поляризации называется также дипольно-релаксационным, т.к. ориентация электрических диполей (при включении поля) или ее ослабление (при снятии поля) происходит постепенно, замедленно, т.е носит релаксационный характер. Такая поляризация связана с потерями энергии и нагревом диэлектрика, поскольку поворот диполей в направлении поля требует некоторого сопротивления со стороны его решетки.

 

-------------

Для нейтральных диэлектриков ε = n2, где n- коэффициент преломления света, так как наше значение 8 больше известных значений n2, то скорей всего существует ионная поляризация.

 

Ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц обладают электронной и ионной поляризацией, ε изменяется в широких диапазонах. С ростом температуры ε обычно растет. В неорганических аморфных диэлектриках (стеклах) ε изменяется в пределах от 4 до 20, возрастает с ростом температуры, хотя в ряде случаев (рутил TiO2, титанат кальция CaTiO3) может и уменьшаться.

 

Органические полярные диэлектрики имеют дипольно – релаксационную поляризацию. ε изменяется в широких пределах, но обычно имеет значение 4 – 10.

 

Так как диэлектрик расчитан на высокие частоты – это электронная поляризация (существует всегда) и так как значение 8 – велико, то это еще и ионная (главная часть), т.к. их периоды релаксации наименьшие. Так как при увеличении температуры диэлектрическая проницаемость возрастает, а при дипольной убывает то не может быть дипольной, да и время релаксации тоже при дипольной больше.

 

ОТВЕТ: электронная и ионная, определяющее значение – ионная составляющая.

 







Дата добавления: 2015-10-18; просмотров: 2687. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.019 сек.) русская версия | украинская версия