Чем отличаются диэлектрики от металлов где их используют

Металлы и диэлектрики — в чем отличия

Валентные электроны металла слабо связаны со своими атомами. Когда атомы металла, конденсируясь из металлического пара, образуют жидкий или твердый металл, внешние электроны оказываются уже не связанными с отдельными атомами и могут свободно перемещаться по всему телу.

Эти электроны обусловливают хорошо известную значительную проводимость металлов, они так и называются электронами проводимости.

Атомы металла, лишенные своих валентных электронов, т. е. положительные ионы, составляют кристаллическую решетку.

В кристаллической решетке ионы совершают хаотические колебания около своих наложений равновесия, называемых узлами решетки. Эти колебания представляют собой тепловое движение решетки и усиливаются с повышением температуры.

Электроны проводимости в отсутствие электрического поля в металле совершают беспорядочное движение со скоростями порядка тысяч километров в секунду.

При приложении напряжения к металлическому проводнику электроны проводимости, не ослабляя своего хаотического движения, сравнительно медленно сносятся электрическим полем вдоль проводника.

При таком сносе все электроны получают, дополнительно к хаотической скорости, еще к небольшую скорость упорядоченного движения (порядка, например, миллиметров в секунду). Именно это слабое упорядоченное движение к обусловливает электрический ток в проводнике.

Диэлектрики

Совсем иначе обстоит дело в других веществах, которые носят название изоляторов (на языке физики — диэлектриков). В диэлектриках атомы точно так же колеблются вокруг положений равновесия, как и в металлах, но они имеют полный комплект электронов.

Внешние электроны атомов диэлектрика сильно связаны со своими атомами, и разлучить их не так-то просто. Для этого нужно значительно поднять температуру диэлектрика или подвергнуть его какому-нибудь интенсивному облучению, которое смогло бы оторвать электроны от атомов. В обычном же состоянии электронов проводимости в диэлектрике нет, и диэлектрики не пропускают тока.

Большая часть диэлектриков является не атомными, а молекулярными кристаллами или жидкостями. Это значит, что в узлах решетки находятся не атомы, а молекулы.

Многие молекулы состоят из двух групп атомов или просто из двух атомов, один из которых электрически положителен, а другой отрицателен (такие молекулы называются полярными). Например, у молекулы воды положительной частью являются оба атома водорода, а отрицательной — атом кислорода, около которого большую часть времени вращаются электроны водородных атомов.

Два заряда, равные по величине, но противоположные по знаку, находящиеся на очень малом расстоянии друг от друга, называются диполем. Полярные молекулы представляют собой пример диполей.

Если молекулы не состоят из противоположных по заряду ионов (заряженных атомов), т. е. не являются полярными и не приставляют собой диполей, то они становятся диполями под действием электрического поля.

Электрическое поле тянет положительные заряды, входящие а состав молекулы (например, ядра), в одну сторону, а отрицательные — в другую и, раздвигая их, создает диполи.

Такие диполи называются упругими — поле растягивает их, как пружину. Поведение диэлектрика с неполярными молекулами мало отличается от поведения диэлектрика с полярными молекулами, и будем считать, что молекулы диэлектрика являются диполями.

Если кусок диэлектрика поместить в электрическое поле, т. е. поднести к диэлектрику электрически заряженное тело, обладающее, например, положительный нарядом, отрицательные ионы молекул-диполей будут притягиваться к этому заряду, а положительные — отталкиваться. Из-за этого молекулы-диполи будут поворачиваться. Этот поворот называют ориентацией.

Ориентация не представляет собой полного поворота всех молекул диэлектрика. Взятая наугад молекула в данный момент может оказаться повернутой против поля, и только в среднем у большого числа молекул существует слабая ориентация в сторону поля (т. е. больше молекул повернуто в сторону поля, чем в противоположную сторону).

Ориентации препятствует тепловое движение — хаотические колебания молекул вокруг их положений равновесия. Чем ниже температура, тем сильнее ориентация молекул, вызываемая данным полем. С другой стороны, при данной температуре ориентация, естественно, тем сильнее, чем больше поле.

Поляризация диэлектрика

В результате ориентации молекул диэлектрика на поверхность его, обращенную к положительному заряду, выступают отрицательные концы молекул диполей, а на противоположную поверхность — положительные.

На поверхностях диэлектрика образуются электрические заряды. Эти заряды носят название поляризационных, а их возникновение называется процессом поляризации диэлектрика.

Как следует из изложенного выше, поляризация, в зависимости от вида диэлектрика, может быть ориентационной (ориентируются готовые молекулы-диполи) и деформационной или поляризацией электронного смещения (молекулы в электрическом поле деформируются, превращаясь в диполи).

Может возникнуть вопрос, почему поляризационные заряды образуются только на поверхностях диэлектрика, а не внутри его? Объясняется это тем, что внутри диэлектрика положительные и отрицательные концы молекул-диполей как раз компенсируют друг друга. Компенсация будет отсутствовать только на поверхностях диэлектрика или на границе раздела двух диэлектриков, а также в неоднородном диэлектрике.

Если диэлектрик поляризован, то это не значит, что он заряжен, т. е. что он имеет в целом электрический заряд. При поляризации общий заряд диэлектрика не меняется. Однако диэлектрику можно сообщить заряд, перенося на него некоторое количество электронов извне или забирая некоторое число его собственных электронов. В первом случае диэлектрик зарядится отрицательно, а во втором — положительно.

Такую электризацию можно произвести, например, путем трения. Если потереть стеклянную палочку о шелк, то палочка и шелк зарядятся противоположными по знаку зарядами (стекло — положительно, шелк — отрицательно). У стеклянной палочки при этом будет отобрано некоторое число электронов (весьма малая доля общего числа электронов, принадлежащих всем атомам стеклянной палочки).

Итак, в металлах и других проводниках (например, электролитах) заряды могут свободно перемещаться по всему телу. Диэлектрики же не обладают проводимостью и в них заряды не могут перемещаться на макроскопические (т. е. большие по сравнению с размерами атомов и молекул) расстояния. В электрическом поле диэлектрик только поляризуется.

Поляризованность диэлектриков при напряженности поля, не превышающей определенных значений для данного материала пропорциональна напряженности поля.

Однако с ростом напряженности внутренние силы, связывающие элементарные частицы разных знаков в молекулах, становятся уже недостаточными, чтобы удержать эти частицы в пределах молекул. Тогда электроны вырываются из молекул, молекула ионизируется и диэлектрик теряет свои изоляционные свойства — происходит пробой диэлектрика.

Значение напряженности электрического поля, при котором начинается пробой диэлектрика, называется пробивным градиентом, или электрической прочностью диэлектрика.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Электропроводность металлов: что это, как её используют в производстве, от каких факторов зависит

Электропроводность металлов является возможностью пропускать ток. Также это свойство, определяющее возникновение электротока под действием электрического поля.

Все металлы обладают разной проводимостью тока. И её обязательно нужно учитывать при обработке, при выпуске изделий. Расскажем, какой она бывает, на что влияет, а также от чего зависит.

Чем отличаются полупроводники от металлов и диэлектриков по электрическим свойствам?

Вообще говоря, ток может быть везде, кроме вакуума. И все твердые тела проводят ток и все они в широком смысле являются «проводниками». Разделение же идет как раз по величине удельной проводимости:

1. Изоляторы (диэлектрики): σ=10^-22÷10^-10 1/(Ом*см). Эти вещества не экранируют электрическое поле, оно проникает внутрь и вызывает поляризацию. У диэлектриков широкая запрещенная зона (электронам нужна большая энергия, чтобы «запрыгнуть» в зону проводимости). Таких электронов (с достаточной энергией) мало: концентрация n=1÷10^5 см^-3
2. Полупроводники: σ=10^-9÷10^2 1/(Ом*см). Запрещенная зона уже. концентрация носителей заряда, соответственно побольше: n=10^6÷10^17 см^-3.
3. Проводники: σ>100, а концентрация носителей n>10^17.

Проводники также делят по проводимости на «просто» проводники, «хорошие» проводники и сверхпроводники. У последних проводимость стремится к бесконечности.
Проводниками являются металлы, полуметаллы (графит, бор, мышьяк). Сверхпроводники — металлы при низких температурах (гелиевые температуры), высокотемпературные сверхпроводники — сложные керамики (Y-Ba-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O) — здесь температуры до 100 К.
Полупроводников — море. Их электрические свойства можно существенно менять, добавляя различные примеси, создавая из них твердые растворы. И заметьте проводят они во всех направлениях — как поле приложите, так ток и потечет.

Теперь Вы видите, эти самые электрические свойства заложены в основу их классификации.

Остальные ответы

Металлы пропускают электрический ток в обоих направлениях, полупроводники- только в одном, диэлектрики не пропускают вообще.

В проводимости эл. тока, а бывают ещё и проводники.

Диэлектрики вообще не проводят электрический ток.
Металлы хорошо его проводят.
Полупроводники ( по сути это тонкая область в проводнике), обладают свойством в одну сторону электрический ток пропускать, а в обратном направлении нет.

Источник: Знания, что всем нам преподавали в школе.

Полупроводник — материал, электрические свойства которого в сильной степени зависят от концентрации в нём химических примесей и внешних условий (температура, излучение и пр.) .

Полупроводники – вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет 0-6 электрон-вольта, например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а InAs к узкозонным.

В зависимости от того, отдаёт ли примесь электрон или захватывает электрон, примесь называют донорной или акцепторной. Свойство примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Плотность свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 шт/см3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности электризоваться во внешенем электрическом поле.

К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы неприменно сухие. Химически чистая вода также является диэлектриком.

Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.

Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства.

К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.

Проводник — вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, и примером проводящих жидкостей — электролиты. Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.

Проводниками также называют части электрических цепей — соединительные провода и шины.

Диэлектрики вообще не проводят электрический ток.
Металлы хорошо его проводят.
Полупроводники ( по сути это тонкая область в проводнике), обладают свойством в одну сторону электрический ток пропускать, а в обратном направлении нет.

диэлектрики

ДИЭЛЕКТРИКИ — вещества, относительно плохо проводящие электрич. ток (по сравнению с проводниками). Термин «Д.» (от греч. dia — через и англ. electric — электрический) введён M. Фарадеем (M. Faraday) для обозначения сред, через к-рые проникает эл—статич. поле (в отличие от металлов, экранирующих эл—статич. поле). Создаваемое внеш. источниками и поддерживаемое в веществе пост. электрич. поле вызывает направленное перемещение зарядов, т. е. электрич. ток, а также приводит к перераспределению электрич. зарядов и появлению (или изменению) электрич. дипольного момента в любом объёме вещества, т. е. к его поляризации. В зависимости от того, поляризация или электропроводность определяют электрич. свойства среды, принято деление веществ на Д. (изоляторы) и проводники (металлы, электролиты, плазма). Электропроводность Д. по сравнению с металлами очень мала. Их уд. сопротивление ~10 8 -10 17 Ом*см (у металлов ~10 -6 — 10 -4 Ом*см). Существует и промежуточный класс — полупроводники.

Различие в электропроводности Д. и металлов классич. физика объясняла тем, что в металлах есть свободные электроны (см. Друде теория металлов ),а в Д. все электроны связаны, т. е. принадлежат отд. атомам, и электрич. поле не отрывает, а лишь слегка смещает их, т. е. поляризует Д. Фактически следует говорить не об отд. электроне, связанном с ядром, а об электронном облаке, окружающем все ядра вещества. Согласно зонной теории твёрдого тела, в кристаллич. Д. при темп-ре T=0K все ниж. разрешённые энергетич. зоны полностью заполнены электронами, а все вышележащие пусты (в металлах верхняя из разрешённых зон, содержащих электроны, заполнена лишь частично). Полупроводники отличаются от Д. лишь шириной запрещённой зоны . К ним принято обычно относить вещества с ~0,2-3 эВ, а к Д. с>2-3 эВ.

Рис. 3. Изменение кругового дихроизма вследствие изменения конформации молекулы при понижении температуры.

В нек-рых случаях приближение зонной теории оказывается недостаточным для решения вопроса о том, является вещество Д. или проводником. Взаимодействие электронов при определ. условиях приводит к тому, что вещество с незаполненной достаточно узкой разрешённой зоной является Д. (см. Переход металл — диэлектрик).

Электрические характеристики диэлектриков. Класс Д. охватывает большое кол-во веществ в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Твёрдыми Д. являются мн. кристаллы и аморфные вещества (стёкла, смолы). Все газы состоят в основном из нейтральных атомов и молекул и поэтому в обычных условиях не проводят электрич. тока, т. е. являются Д. С повышением темп-ры T атомы и молекулы ионизируются и газ превращается в плазму.

В рамках макроскопич. теории, рассматривающей Д. как сплошную среду (континуальное приближение), для описания электрич. состояния Д. используется понятие плотности электрич. заряда (r — пространств. координата точки), усреднённого по малому объёму, содержащему достаточно большое число атомов. Под действием внеш. электрич. поля в Д. возникает плотность заряда и в результате — дополнительное к внешнему электрич. поле. Для описания электрич. состояния Д. наряду с р удобно вводить вектор поляризации (электрич. дипольный момент единицы объёма Д.) , связанный с соотношением:

Распределение плотности заряда и электрич. поля Е в Д. можно найти, решая систему Максвелла уравнений для статич. поля:

дополненную зависимостью (ур-ние состояния Д.). Зависимость характеризует электрич. свойства Д. Она различна для разных веществ и даже для разных образцов одного вещества, т. к. зависит от однородности, степени чистоты материала, содержания дефектов в нём и т. п.

Для большинства Д. в широком интервале полей справедлива линейная зависимость , выражаемая для изотропных веществ и кубич. кристаллов соотношением:

В системе единиц СИ , где =8,85*10 -12 Ф/м. Коэф. пропорциональности в соотношении (3) наз. диэлектрич. восприимчивостью Д. Вместо вектора часто пользуются вектором , наз. электрической индукцией:

Величина наз. диэлектрической проницаемостью. Очевидно, что:

(в СИ ).

В вакууме (в системе СГСЭ); для любого Д. >1. Величины являются осн. характеристиками электрич. свойств Д. Сила взаимодействия двух точечных электрич. зарядов, помещённых в безграничный Д., в раз слабее, чем для тех же зарядов в вакууме. Введение D не даёт дополнит. информации о поведении Д. в электрич. поле и целесообразно лишь для удобства записи ур-ний Максвелла.

Для анизотропных сред вместо (2) справедливо более общее соотношение: , где — тензор диэлектрич. проницаемости. Это симметричный тензор второго ранга , определяемый шестью величинами. В анизотропном Д. не параллельны друг другу, т. к. зависит от ориентации вектора относительно осей симметрии кристалла.

В ограниченном Д., помещённом в однородное внеш. электрич. поле, поляризация и поле однородны лишь в том случае, когда образец имеет форму эллипсоида. В этом случае удаётся найти аналитически поле, обусловленное зарядами, возникшими при поляризации Д. Внутри эллипсоида это поле противоположно по направлению внеш. полю и наз. поэтому деполяризующим. Его величина определяется по ф-ле , где N_ik — тензор деполяризующих факторов. Для шара N_ik сводится к скаляру: .

Осн. задача микроскопич. теории Д.- расчёт , исходя из сведений о структуре вещества.

Поляризация газов. Простейший случай — разреженный инертный газ, где дипольный момент появляется у атомов в результате смещения электронов относительно ядра (деформация электронного облака) в электрич. поле. Такой механизм поляризации наз. электронным. В этом случае (если пренебречь взаимодействием между атомами) выражается ф-лой:

где N — число атомов в единице объёма Д., — поляризуемость атома (коэф. пропорциональности между дипольным моментом атома и электрич. полем, действующим на него). Ф-ла (3) справедлива при условии

.

При увеличении давления в газе необходимо учитывать взаимодействие между атомами. Дальнодействующие диполь-дипольные взаимодействия приводят к отличию локального электрич. поля, действующего на атом , от приложенного поля Е:

Здесь — т. н. поле Лоренца. В этом случае e описывается Клаузиуса — Моссотти формулой:

Ф-ла (3) справедлива и для разреженных молекулярных газов, если — поляризуемость молекулы .Последняя определяется распределением плотности электронов и ядер в молекуле, обусловленной характером химической связи. В молекулах с ионной связью (электроны распределены так, что можно выделить отдельные ионы) поляризуемость является результатом сдвига ионов противоположного знака относительно друг друга (ионная поляризация) и деформации электронных оболочек ионов (электронная поляризация). Поляризуемость молекулы в этом случае является суммой электронной и ионной поляризуемостей. В молекулах с ковалентной связью поляризация обусловлена в основном электронами, осуществляющими хим. связь. В газах из полярных молекул (обладающих электрич. дипольными моментами, к-рые ориентированы в отсутствие электрич. поля E хаотически) под действием поля молекулы ориентируются вдоль него. В этом случае преобладает ориентационная поляризация. Ориентационная поляризуемость молекул сильно зависит от темп-ры, т. к. тепловое движение молекул оказывает разориентирующее воздействие на систему упорядоченных диполей. Поэтому вклад ориентационной поляризации убывает при повышении T. Для ср. значения коллинеарной полю Е компоненты дипольного момента молекулы, воспользовавшись распределением Вольцмана для частиц в однородном силовом поле, находят:

где L(x)наз. Ланжевена функцией. При , для разреженных газов (Ланжевена — Дебая формула).

Сходный механизм поляризации связан с перескоком под действием электрич. поля отд. ионов из одних положений равновесия в другие. Такой механизм особенно часто наблюдается в молекулах с водородной связью, где ионы водорода имеют обычно неск. положений равновесия.

Поляризация конденсированных сред определяется теми же механизмами, к-рые указаны выше для молекул. Расчёт (как и др. констант) конденсированных сред весьма сложен. Однако иногда оказываются эффективными простые приближённые ф-лы. Так, соотношение (3) хорошо выполняется для конденсированных веществ, если в них молекулы сохраняют свою индивидуальность, напр. для молекулярных кристаллов. Для ионных кристаллов удаётся разделить вклады ионной и электронной поляризаций. Последняя определяет — диэлектрич. проницаемость при частотах , больших собств. частот колебаний ионов (оптич. колебаний кристаллической решётки), но меньших характерных электронных частот. В диэлектрич. проницаемость при дают вклады как ионная, так и электронная поляризации. В пренебрежении ангар-монизмом определяется теми же коэф. «жёсткости» для относительного сдвига подрешёток одинаковых ионов, что и предельные частоты поперечных оптич. колебаний. От величины зависит электрич. поле, возникающее при продольных оптич. колебаниях и определяющее отличие частот продольных и поперечных колебаний. Для двухатомных кристаллов (напр., NaCl) сказанное отражает ф-ла:

являющаяся простейшей формой более общей ф-лы Лиддана — Сакса — Теллера.

Значение конденсированной среды существенно зависит от структуры вещества и от внеш. условий, обычно меняясь в пределах от неск. единиц до неск. десятков (у сегнетоэлектриков до 10 5 ; см. табл. в ст. Диэлектрическая проницаемость). Такой разброс значений объясняется отчасти тем, что в разных веществах осн. вклад в дают разл. механизмы поляризации. Напр., в Д. с полярными молекулами, где наблюдается ориентационная поляризация, сравнительно велика (для воды =81).

Диэлектрики в переменном поле. Если E изменяется во времени, то поляризация Д. не успевает следовать за вызывающим её перем. электрич. полем, т. к. смещения зарядов не могут происходить мгновенно. Вследствие этого векторы и данный момент времени t зависят от значений ф-ции E(t)во все предшествующие моменты времени:

где вид ф-ции f зависит от свойств среды.

Поскольку любое перем. поле можно представить в виде совокупности полей, меняющихся по гармонич. закону, то достаточно рассмотреть поведение Д. в поле . Под действием такого поля величины и будут колебаться также гармонически с той же частотой. Однако между колебаниями будет существовать разность фаз, что вызвано отставанием поляризации . Зависимость выражается ф-лой:

Диэлектрич. проницаемость e(w) является комплексной величиной , т. е. характеризуется двумя величинами , зависящими от . Абс. величина определяет амплитуду колебания D, а отношение определяет разность фаз между колебаниями D и E. Величина наз. углом диэлектрических потерь в связи с тем, что наличие разности фаз приводит к поглощению энергии электрич. поля в Д. Действительно, работа, совершаемая полем

E в единице объёма Д., выражается интегралом .

Взятый за 1 период колебания этот интеграл обращается в 0, если колеблются синфазно или в противофазе . В остальных случаях интеграл 0. Доля энергии, теряемой за 1 период, равна .

В перем. электрич. полях высоких частот, напр. в поле световой волны, свойства Д. принято характеризовать преломления показателем п и поглощения показателем k (вместо). Показатель преломления п равен отношению скоростей распространения эл—магн. волн в Д. и в вакууме; k характеризует затухание эл—магн. волны в Д. Величины связаны соотношением:

Дисперсия диэлектрической проницаемости. Зависимость диэлектрич. проницаемости от частоты перем. поля наз. частотной или временной дисперсией диэлектрич. проницаемости.

Рис. 1. Две характерные зависимости поляризации диэлектрика от времени t: а — релаксационная, б — резонансная. Постоянное электрическое поле E включается в момент времени t=0.

Рис. 2. а — Релаксационный характер дисперсии диэлектрической проницаемости , соответствующий зависимости , изображённой на рис. 1, а; б — Резонансный характер дисперсии , соответствующий зависимости, изображённой на рис. 1, б.

Из общих соображений можно показать, что ф-ция является чётной: , а ф-ция — нечётной: . Кроме того, ф-ция и связаны интегральными Крамерса — Кронига соотношениями .Характер зависимостей отражает процесс установления поляризации во времени. Если изменение при включении поля имеет характер затухающих колебаний (рис. 1, б), то зависимости наз. резонансными (рис. 2, б). При ориентационной поляризации — экспонента (рис. 1, а). В этом случае наз. релаксационными (рис. 2, а).

Ф-ция имеет простой вид лишь для простейших систем, напр. для разреженного инертного газа. Если рассматривать атомы как совокупность классич. гармонич. осцилляторов, то ур-ние движения осциллятора в электрич. поле имеет вид:

Здесь е, т — величины порядка заряда электрона и его массы, — собств. частота, характеризует затухание. Из (6) следует закон дисперсии:

Здесь , где N — число атомов-осцилляторов в единице объёма Д. Квантовомеханич. рассмотрение даёт сходный результат с тем отличием, что частотам придаёт иное физ. содержание: — одна из частот поглощения или излучения атома, отвечает обратному времени жизни атома в соответствующем возбуждённом состоянии, — величина, связанная с вероятностью переходов атома из одного состояния в другое (плазменная частота).

Колебания ионов в твёрдом теле можно представить в виде совокупности нормальных колебаний, т. е. рассматривать кристаллич. решётку как набор независимых гармонич. осцилляторов. На однородное в пространстве, переменное по времени электрич. поле реагирует строго определ. число этих осцилляторов — те из них, к-рые отвечают предельным оптич. колебаниям, сопровождающимся изменением поляризации (их наз. также колебаниями, активными в ИК-поглощении). Поэтому обобщение ф-лы (7) (2-й член заменяется на сумму членов того же вида) часто используется для описания дисперсии в твёрдом теле. Фактически при этом учитываются частично и эффекты решёточного ангармонизма — наличием члена затухания, пропорц. . При более полном учёте этих эффектов вид усложняется.

В области низких частот дисперсия может быть описана с помощью ф-лы (7) и для сильно ангармонич. систем. При этом нужно учесть, что , и ф-лу (7) можно представить в виде ф-лы Дебая:

где — время релаксации. Такая зависимость применима в широком интервале , когда осн. механизмом поляризации является ориентационный.

Рис. 3. Зависимость твёрдого диэлектрика от частоты поля E.

На рис. 3 изображена зависимость , характерная для широкого класса твёрдых Д. Выделяется неск. областей дисперсии в разных диапазонах , что указывает на несколько различных механизмов поляризации. В ионных кристаллах типичные периоды колебаний ионов ~10 -13 с. Поэтому область дисперсии , обусловленная ионной поляризацией, приходится на частоты ~10 13 Гц (ИК-диапазон). При более высоких частотах ионы уже не успевают смещаться и весь вклад в поляризацию обусловлен электронами. Характерные периоды колебаний электронов 10 -15 с. Эл—магнитные волны на частотах ~10 15 Гц (УФ-диапазон) сильно поглощаются, т. е. резко возрастает . При меньших (в частности, для видимого света) чистые однородные Д. (в отличие от металлов) прозрачны (наличие примесей и дефектов приводит к появлению электронных уровней в запрещённой зоне Д., а следовательно, к дополнит. поглощению эл—магн. волн определ. частот, что вызывает окраску кристаллов, см. Центры окраски ).В Д. с полярными молекулами характерные времена установления ориентационной поляризации определяются величиной потенциального барьера U, разделяющего состояния с разл. ориентациями электрич. диполей. Эти времена зависят от темп-ры:

Они сравнительно велики, порядка 10 -6 -10 -8 с. Ещё в более низкой области частот может наблюдаться релаксационная дисперсия, обусловленная эфектами и неоднородностями Д. Для нек-рых Д. могут быть существенными более специфич. механизмы дисперсии, напр. связанные с колебаниями под действием поля доменных стенок в сегнетоэлектриках. T. о., изучая зависимость , можно получить сведения о свойствах Д. и выделить вклад в поляризацию от разл. её механизмов.

Поляризация диэлектриков в отсутствие внешнего электрического поля наблюдается у ряда твёрдых Д. и объясняется особенностями их структуры. В пьезоэлектриках поляризация возникает при определ. деформации кристалла, причём имеет место линейная связь между и соответств. компонентами тензора напряжений (или деформаций) кристалла в соответствующих направлениях. Пьезоэлектрич. эффект обратим — при наложении электрич. поля E в пьезоэлектриках возникают деформации, пропорциональные E.

У нек-рых Д. поляризация (и связанные с ней электрич. эффекты) возникают при изменении темп-ры. Это является следствием температурной зависимости спонтанной (самопроизвольной) поляризации, к-рая при неизменной темп-ре экранируется носителями заряда, и образец становится электрически нейтральным. Вещества, обладающие зависящей от T спонтанной поляризацией, наз. пироэлектриками.

Особой разновидностью пироэлектриков являются сегнетоэлектрики .При нагревании они обычно переходят в непироэлектрич. состояние. Спонтанная поляризация сегнетоэлектриков испытывает более существенные (чем у др. пироэлектриков) изменения под влиянием внеш. воздействий (изменения темп-ры, механич. напряжений, электрич. поля). Поэтому для сегнетоэлектриков характерны большие значения пироэлектрич. и пьезоэлектрич. коэффициентов и диэлектрич. проницаемости. Кристалл сегнетоэлектрика обычно разбит на домены с разл. направлениями температурно-зависимой части спонтанной поляризации.

Пиро- и пьезоэффекты возможны лишь у кристаллов определённых точечных групп симметрии кристалла.

Электропроводность диэлектриков мала, однако она всегда отлична от нуля (табл.).

Удельное сопротивление и электрическая прочность E_пр некоторых твёрдых диэлектриков.

, Ом*см