POLARIZAREA DIELECTRICILOR

Polarizarea dielectricilor

Fenomenul de polarizare electrica consta in redistribuirea sarcinilor electrice de semn opus din masa dielectricului, sub actiunea unui camp electric exterior, prin miscari limitate, uneori elastice, pe distante microscopice, avand ca rezultat aparitia de momente electrice induse temporar, a caror rezultanta este, dupa directia campului electric , vectorul de polarizatie .

Exista corpuri care prezinta polarizatie permanenta in absenta unui camp elec­tric exterior, cum sunt corpurile care contin molecule poalre (dipoli), caracteriza­te prin vectorul de polarizatie permanenta , sau altele nepolare, care nu se polari­zea­za decat sub actiunea campului electric si a caror stare de polarizare dispare odata cu anularea campului aplicat, ca fiind caracterizata prin vectorul de polarizatie tem­po­­ra­ra. Timpul in care se realizaeza polarizarea, din momentul aplicarii cam­pu­lui elec­tric, constituie durata de relaxare t_r, aceasta avand o valoare caracteris­tica pentru fiecare fel de polarizare. In continuare se vor lua in considerare corpurile care nu pre­zinta mo­mente electrice permanente, deci corpurile nepolare. Fenomenul de po­la­ri­za­re cons­tatat la nivel microscopic se caracterizeaza prin marimi specifice, deter­mi­nate experimantal cum este susceptivitatea electrica c_e, respectiv permitivitatea re­la­ti­va e_r. Aceste fenomen este insa efectul macroscopic al unor procese ce au loc la ni­vel macroscopic, adica la nivelul atomilor, ionilor, moleculelor, dipolilor etc., care de a­semenea se caracterizeaza prin marimi specifice, care de asemenea se carac­terizeaza prin marimi specifice, cum sunt: n - concentratia moleculeor (particulelor) polari­za­bi­le si a - polarizabilitatea (sau capacitatea de polarizare). Pentru utilizarea in prac­ti­ca a dielectricilor prezinta importanta stabilirea unor relatii de legatura intre cele doua specii de marimi, urmarindu‑se pe de o parte sa se obtina cu ajutorul mari­milor deter­minarile experimental) date despre marimile care caracterizeaza procesele micros­co­pice si despre factorii ce le influenteaza, iar pe de alta parte sa se stabileasca posibi­li­tatile optime de utilizare a dielectricului.

Din punct de vedere macroscopic, starea electrica de polarizare exprimata prin vectorul de polarizatie , se afla in interdependenta cu vectorul inductie electrica si cu intensitatea campului electric , prin legea legaturii in camp electric:

(1.23)

Cum s‑a convenit anterior sa se considere numai corpurile nepolare, rezulta ca vectorul total de polarizatie , iar (1.23), SIU, devine:

(1.24)

Polarizatia temporara pentru corpurile izotrope, nepolare, avand temperatura constanta in toata masa lor, se exprima sub forma:

(1.25)

unde c_e este susceptivitatea electrica, iar celelalte marimi cu semnificatii cunoscut. Inlocuind (1.25) in (1.24) rezulta:

(1.26)

unde e e e_r constituie pemitivitatea absoluta, iar e_r c_e) permitivitatea relativa.

Tinand seama de e_r rezulta:

(1.27)

iar (1.25) devine:

(1.28)

adica vectorul de polarizatie este exprimat numai prin marimi specifice efectului ma­croscopic al polarizarii, determinabil experimental.

La nivel microscopic, daca notam cu momentul electric indus temporar al par­ticulei (moleculei) polarizabile, vectorul de polarizatie se constituie ca suma a a­ces­tor vectori de polarizatie, la limita unui volum elementar DV:

(1.29)

Pentru un volum DV considerat egal cu unitatea, in care exista n - particule polarizabile avand fiecare o valoare medie a vectorului elementar de polarizatie, (1.29) devine:

(1.30)

Pentru majoritatea corpurilor nepolare, vectorul elementar de polarizatie este proportional cu intensitatea campului electric , prin polarizabilitatea a, adica:

(1.31)

incat (1.30) devine:

(1.32)

Egaland (1.32) cu (1.28) se obtine:

(1.33)

respectiv cu (1.27):

(1.34)

adica o relatie de legatura intre marimile specifice procesului microscopic si cele spe­cifice efectului macroscopic. Din (1.34) rezulta ca determinand pe cale experi­men­tala e_c, respectiv c_e si admitand n = N_Av = 6.02   10²³ [mol^-1], se obtine, cu aproximatie po­larizabilitatea in cazul fiecarei specii de polarizare.

Dupa natura lor se deosebesc urmatoarele specii de polarizare electrica:

- polarizarea electronica (este de deformare, sau dielectrica);

- polarizarea ionica;

- polarizarea dipolica (sau de orientare, sau paraelectrica);

- polarizarea de relaxare (specifica materialelor neomogene).