Определение магнитных материалов

Билет 1

1 Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно. Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногда вектор поляризации коротко называют просто поляризацией.

Типы поляризации

В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы: Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10−15 с). Не связана с потерями. Ионная — смещение узлов кристаллической решетки под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Время протекания 10−13 с, без потерь. Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле. Электронно-релаксационная — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле. Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие. Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопических включений в диэлектрике. Самый медленный тип. Самопроизвольная (спонтанная) — благодаря этому типу поляризации у диэлектриков, у которых он наблюдается, поляризация проявляет существенно нелинейные свойства даже при малых значениях внешнего поля, наблюдается явление гистерезиса. Такие диэлектрики (сегнетоэлектрики) отличаются очень высокими значениями диэлектрической проницаемости (от 900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной керамики). Введение спонтанной поляризации, как правило, увеличивает тангенс угла потерь материала (до 10−2) Резонансная — ориентация частиц, собственные частоты которых совпадают с частотами внешнего электрического поля. Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованию объемных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения, имеет большие потери и является поляризацией замедленного действия. Поляризация диэлектриков (за исключением резонансной) максимальна в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты.

1.5 Диэлектрическая проницаемость газов Газообразные вещества характеризуются весьма малыми плотностями вследствие больших расстояний между молекулами. Поэтому диэлектрическая проницаемость всех газов незначительна и близка к единице. Поляризация газа может быть чисто электронной или же дипольной, если молекулы газа полярны, однако и для полярных газов основное значение имеет электронная поляризация. Диэлектрическая проницаемость газа тем выше, чем больше радиус молекулы. Диэлектрическая проницаемость газов возрастает с увеличением давления. Для воздуха диэлектрическая проницаемость при нормальных условиях равна 1,00058. При давлении 4 МПа проницаемость возрастает до величины 1,0218. Зависимость диэлектрической проницаемости газа от температуры и давления определяется изменением числа молекул в единице объема газа. Это число пропорционально давлению и обратно пропорционально абсолютной температуре.

1.6 Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков Жидкие диэлектрики могут быть построены из неполярных или полярных (дипольных) молекул. Значения диэлектрической проницаемости неполярных жидкостей невелики и близки к значению квадрата показателя преломления света. Зависимость диэлектрической проницаемости неполярной жидкости от температуры связана с уменьшением числа молекул в единице объема. Влияние температуры и частоты на диэлектрическую проницаемость неполярной жидкости показано на рисунке 2.2. Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется одновременно электронной и дипольной поляризациями. Такие жидкости обладают тем большей диэлектрической проницаемостью, чем больше электрический момент диполей и число молекул в единице объема. Сильнополярные жидкости, характеризующиеся очень высоким значением диэлектрической проницаемости, например вода, этиловый спирт, не могут найти практического применения в качестве диэлектриков вследствие их большой проводимости. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости полярных жидкостей имеет более сложный характер, чем неполярных.

1.7 Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков Диэлектрическая проницаемость твердых тел может принимать самые различные числовые значения в соответствии с разнообразием структурных особенностей твердого диэлектрика. В твердых телах возможны все виды поляризации. Для твердых неполярных диэлектриков характерны те же закономерности, что и для неполярных жидкостей и газов. Это подтверждается данными таблицы 2.1 и зависимостью диэлектрической проницаемости от температуры, показанной на рисунке 2.3. При переходе парафина из твердого состояния в жидкое (температура плавления около 54°С) происходит резкое уменьшение диэлектрической проницаемости вследствие сильного понижения плотности вещества.тТвердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц, обладают электронной и ионной поляризациями и имеют диэлектрическую проницаемость, лежащую в широких пределах. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ионных кристаллов в большинстве случаев положителен.ьИсключением являются кристаллы, содержащие ионы титана: рутил (TiО2) и некоторые титанаты. У них отрицательный температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (ТКε). Отрицательный температурный коэффициент диэлектрической проницаемости этих кристаллов объясняется преобладающей в них электронной поляризацией, усиленной под влиянием добавочного внутреннего поля при ионном смещении. Твердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с неплотной упаковкой частиц (в которых наблюдается, помимо электронной и ионной, также и ионно-релаксационная поляризация), характеризуются в большинстве случаев сравнительно невысоким значением диэлектрической проницаемости и её большим положительным температурным коэффициентом. Примером может служить электротехнический фарфор. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости электротехнического фарфора Для неорганических стекол (квазиаморфных диэлектриков) диэлектрическая проницаемость лежит в сравнительно узких пределах, примерно от 4 до 20, причем температурный коэффициент диэлектрической проницаемости всегда имеет положительное значение. Полярные органические диэлектрики обнаруживают дипольную поляризацию в твердом состоянии. К таким диэлектрикам относятся целлюлоза и продукты ее переработки, полярные полимеры. Дипольная поляризация наблюдается также у льда. Диэлектрическая проницаемость указанных материалов в большой степени зависит от температуры и от частоты приложенного напряжения. Можно отметить, что и диэлектрическая проницаемость льда резко меняется в зависимости от температуры и частоты. При низких частотах и температуре, близкой к 0°С, лед, как и вода, имеет ε=80, однако с понижением температуры диэлектрическая проницаемость быстро падает и доходит до 2,85. Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков велика и имеет резко выраженную зависимость от напряженности поля и от температуры. Характерной особенностью сегнетоэлектриков является наличие в них диэлектрического гистерезиса (отставание изменений электрической индукции от изменений напряженности электрического поля). К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль, титанат бария, кислый фосфорнокислый калий и другие. В сегнетоэлектриках наблюдается явление электрического старения, выражающееся в уменьшении диэлектрической проницаемости со временем. Возможная причина этого явления  перегруппировка доменов. Особенно резкое изменение диэлектрической проницаемости со временем наблюдается в сегнетоэлектриках при температурах, близких к точке Кюри. Нагревание сегнетоэлектрика до температуры выше точки Кюри и последующее охлаждение возвращают диэлектрическую проницаемость к нормальному значению. Такое же восстановление диэлектрической проницаемости можно осуществить, воздействуя на сегнетоэлектрик электрическим полем повышенной напряженности

Билет 3

1 Диэлектрики – вещества, пропускающие сквозь себя электромагнитное поле. Характерными особенностями диэлектриков являются: поляризация в электрическом поле, высокое удельное сопротивление, незначительное рассеяние энергии электрического поля, а также электрическая прочность, т. е. способность противостоять сильным электрическим полям. Проводимость диэлектриков очень мала, в 1013...1023 раз меньше чем у веществ, считающихся проводниками. Такое различие вызвано природой их химических связей. Электрическое поле, приложенное к диэлектрику, почти не приводит к переносу свободных носителей заряда, поскольку их концентрация в нормальных условиях в диэлектрике очень мала. Однако при этом происходит смещение связанных зарядов, вызывающее появление поляризованного состояния. В индуцированной электрическим полем поляризации принимают участие практически все заряженные частицы, входящие в состав диэлектрика. И только немногие из них переносят электрические заряды через весь диэлектрик, т. е. обусловливают электропроводность материала. Электрическая поляризация, свойственная диэлектрикам, не возникает в проводниках из-за высокой концентрации свободных электронов, которые экранируют внешнее электрическое поле.

 

Запрещённая зона в диэлектриках столь велика, что электронная проводимость практически отсутствует. Можно провести сравнительную оценку диэлектриков, полупроводников и проводников по ширине запрещённой зоны и величине удельного сопротивления:

 

Диэлектрик: ширина запрещённой зоны ΔЕ ≈ 8 эВ; ρ ≈ 104…108 Ом·м;

Полупроводник: ширина запрёщенной зоны ΔЕ ≈ 2…4 эВ; ρ ≈ 10-4 Ом·м;

Проводник: запрещённая зона отсутствует, ρ ≈ 10-8 Ом·м;

Важнейшими характеристиками диэлектриков являются:

ε – диэлектрическая проницаемость; α – температурный коэффициент диэлектрической проницаемости; ε* – эффективная диэлектрическая проницаемость; Р – поляризованность; Iу – ток утечки; tgδ – тангенс угла потерь; Трел – время релаксации; Епр – электрическая прочность.

 

3.1.1. Поляризация диэлектриков

Поляризацией называется состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического момента у любого элемента его объёма.Различают поляризацию, возникающую под действием внешнего элект­рического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, существующую в отсутствие поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика появляется под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры. Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объёме внутри диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на поверхности диэлектрика связанных электрических зарядов с поверхностной плотностью σ1. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле с напряжённостью Е1 направленное против внешнего поля с напряжённостью Е0. Результирующая напряжённость поля Е внутри диэлектрика определяется разностью:

Е = Е0 – Е1. (3.1) Характеристикой поляризации служит поляризованность Р диэлектрика. Поляризованностью называется векторная физическая величина, равная отношению электрического момента dp элемента диэлектрика к объёму dV этого элемента, Кл/м2. На рис. 17 показан процесс поля­ризации бесконечного плоского однородного диэлектрика в равномерном электрическом поле. С макроскопической точки зрения рассматриваемый элемент объёма эквивалентен диполю, образованному зарядами +σ1ΔS и -σ1ΔS отстоящими друг от друга на расстоянии L. Тогда электрический момент единицы объёма диэлектрика можно записать следующим образом:

P = dp/dv = σ1ΔSL/ΔSL = σ1, (3.2)

Любой диэлектрик с нанесёнными на него электродами можно рассматривать как конденсатор с определённой ёмкостью С. Способность различных материалов поляризоваться в электрическом поле характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью ε. В изотропных диэлектриках ε является скалярной безразмерной величиной, которая показывает, во сколько раз ослабляется напряжённость поля внутри диэлектрика Е по сравнению с напряжённостью поля в вакууме Е0 (при условии, что заряд на электродах остается неизменным):

ε = Е0 /Е. (3.3)

Количество электричества на обкладках конденсатора Q слагается из двух составляющих: заряда Q0 – если бы между обкладками был вакуум, и заряда Q1, который удерживается благодаря поляризации диэлектрика

ε = (Q0+Q1)/Q0 = С/С0, (3.4)

где С – ёмкость конденсатора, содержащего между обкладками данный диэлектрик, С0 – ёмкость такого же конденсатора с вакуумом между обкладками (геометрическая ёмкость пластин).

Таким образом, благодаря поляризации диэлектрика ёмкость конденсатора возрастает в ε раз.

3.1.2. Механизмы поляризацииПоляризацию, возникающую под действием электрического поля, часто называют индуцированной поляризацией. Она может быть обусловлена смещением электронов, ионов или диполей. Конкретный механизм индуцированной поляризации зависит от строения диэлектрика. Все виды индуцированной поляризации можно подразделить на мгновенные и замедленные. К числу мгновенных относят электронную и ионную поляризации диэлектриков. Эти механизмы поляризации часто называют упругими или деформационными, поскольку при смещении заряженных частиц внешним электрическим полем возникает упругая сила, которая после прекращения возмущающего воздействия быстро возвращает заряженные частицы в исходные равновесные положения. Упругая сила возрастает пропорционально смещению частиц. Поэтому внешнее электрическое поле может привести лишь к очень малым (даже по сравнению с атомными размерами) отклонениям в положении этих частиц относительно равновесного состояния. Например, при напряжённости поля порядка 107 В/м упругое смещение электронов в атоме относительно ядра не превышает 10–5 нм. Большая жёсткость связей частиц, участвующих в упругой поляризации, обусловливает слабое влияние внешних условий на диэлектрическую проницаемость материала с подобными механизмами поляризации. В случае замедленных видов поляризации большую роль играет тепловое движение частиц. Такие виды поляризации иначе называют ориентационными или релаксационными. К их числу обычно относят дипольно-релаксационную, ионно-релаксационную и электронно-релакса­цион­­ную поляризации. Одной из самых замедленных является миграционная поляризация, характерная для неоднородных диэлектриков. Во всех этих процессах обычно проявляется достаточно сильная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов или ионов под действием электрического поля. В свободном атоме или ионе центр электронного облака, усредненного во времени, совпадает с ядром. Поэтому электрический момент атома при отсутствии внешнего воздействия равен нулю. Внешнее электрическое поле стремится сдернуть «электронную шубу» с атома, но силы кулоновского притяжения препятствуют такому разделению. В результате деформации электронных оболочек в каждом атоме (или ионе) индуцируется дипольный момент. Величина элементарного момента pi пропорциональна поляризуемости (деформируемости) атома αi и напряжённости внутреннего локального поля Елок, действующего на частицу:

pi = αiEлок. (3.5) Напряжённость локального поля Елок отличается от напряжённости внешнего приложенного поля Е, вызывающего поляризацию среды. В вакууме обе напряжённости поля равны друг другу. В материальной среде, кроме внешнего макроскопического поля, на каждый атом или молекулу действуют поля, создаваемые соседними частицами. Сумма всех элементарных моментов, находящихся в единице объёма, определяет вклад в поляризованность диэлектрика, обусловленный упругим смещением связанных электронов. При этом основное участие в формировании дипольных моментов принимают валентные (внешние) электроны, у которых связь с ядром слабее. Поляризуемость атомов возрастает с увеличением диаметра электронных оболочек. При прочих равных условиях поляризуемость отрицательных ионов, принимающих электроны на внешнюю оболочку, оказывается выше поляризуемости положительных ионов, которые отдают валентные электроны. Время установления и спада электронной поляризации ничтожно мало (10-15...10-16 с). Этот вид полязирации наименее инерционный из всех видов поляризации и проявляется вплоть до частот оптического диапазона спектра электромагнитных колебаний. Благодаря отсутствию запаздывания относительно изменений внешнего поля электронная поляризация протекает без рассеяния энергии, вызывающего разогрев диэлектрика. Ионная поляризация возникает при индуцированном смещении упруго связанных ионов на расстояния, существенно меньшие периода кристаллической решетки. Механизм этого вида поляризации состоит в следующем: внешнее электрическое поле стремится разделить кристаллическую решетку на катионы и анионы, однако упругие силы химической связи между ионами препятствуют этому разделению. Смещение двух разноименно заряженных ионов приводит к появлению элементарного электрического момента. Сумма всех элементарных моментов, приходящихся на единицу объёма, характеризует ионный вклад в поляризованность диэлектрика. С повышением температуры расстояния между ионами вследствие теплового расширения материала увеличиваются. В большинстве случаев это сопровождается ослаблением сил упругой связи и возрастанием как поляризованности, так и диэлектрической проницаемости материала. После отключения внешнего поля упругие силы быстро возвращают ионы в исходные положения. Время установления и спада ионной поляризации обычно лежит в интервале 10-13... 10-12 с, что примерно на три порядка больше времени установления электронной поляризации. Такая особенность объясняется большей массой смещающихся ионов по сравнению с массой электронов. Тем не менее инерционность ионной поляризации очень мала, так что ионная составляющая диэлектрической проницаемости εи остается неизменной вплоть до частот инфракрасного диапазона спектра. Ионная поляризация характерна только для тех материалов, в которых отчетливо проявляется ионная химическая связь. Дипольно-релаксационная поляризация свойственна жидкостям, состоящим из полярных молекул. Такие молекулы даже в отсутствие внешнего поля обладают постоянным электрическим моментом, т. е. являются диполями. Простейшими диполями являются несимметричные двухатомные молекулы. Они образуются из атомов, обладающих разной электроотрицательностью. В многоатомных молекулах величина дипольного момента определяется структурой молекулы и ее электронной симметрией. Если внешнее воздействие отсутствует, дипольные моменты вследствие непрерывного теплового движения частиц распределены хаотично, так что электрический момент любого макроскопического объёма вещества равен нулю. Внешнее электрическое поле вызывает поворот диполей и ориентирует их в направлении силовых линий. Тепловые колебания частиц препятствуют установлению упорядоченности. Средний угол поворота диполей, а соответственно и поляризованность диэлектрика возрастают с увеличением напряжённости поля. Поворот диполей в направлении силовых линий требует преодоления вязкого сопротивления среды («молекулярного трения»). Поэтому дипольно-релаксационная поляризация протекает замедленно и связана с потерями энергии электрического поля, которые рассеиваются в форме теплоты. В быстропеременных полях диполи не успевают ориентироваться в направлении поля, следствием чего является уменьшение диэлектрической проницаемости и поляризованности диэлектрика с ростом частоты. После отключения внешнего воздействия упорядоченность в расположении диполей постепенно исчезает. Восстановление деполяризованного состояния диэлектрика происходит путем тепловой дезориентации молекул. Время, в течение которого электрический момент макроскопического объёма диэлектрика уменьшается вследствие теплового движения частиц в 2,72 раза относительно первоначального значения, называется временем релаксации. Время релаксации экспоненциально зависит от температуры. Чем выше температура, тем меньше силы молекулярного сопротивления повороту диполей в вязкой среде, а следовательно, меньше время релаксации. В нормальных условиях для различных дипольных диэлектриков время релаксации составляет 10-10...10-5с, т. е. инерционность сред с преобладанием дипольно-релаксационной поляризации должна проявляться в диапазоне радиочастот. Для температурной зависимости диэлектрической проницаемости дипольных диэлектриков характерно наличие максимума (рис. 18). Обычно эту зависимость снимают при фиксированной частоте изменения поля. При низких температурах время релаксации диполей достаточно велико, много больше времени полупериода изменения поля. Из-за большой вязкости среды диполи не успевают ориентироваться вдоль поля за время полупериода. Поэтому дипольная поляризация выражена слабо, т. е. средний угол поворота диполей очень мал. Иначе говоря, при низких температурах диполи находятся как будто в замороженном состоянии. С повышением температуры уменьшается структурная вязкость среды, соответственно уменьшается время релаксации, система диполей становится менее инерционной. В результате средний угол поворота диполей возрастает, поляризация получает большее развитие, что находит свое отражение в увеличении диэлектрической проницаемости материала. Вместе с тем при повышении температуры возрастает интенсивность теплового колебательного движения частиц. Взаимные тепловые толчки диполей препятствуют их упорядоченному расположению в диэлектрике. Фактор тепловой дезориентации диполей при повышенных температурах оказывается доминирующим. Поэтому диэлектрическая проницаемость уменьшается. Дипольно-релаксационная поляризация наблюдется не только в полярных жидкостях, но и в твёрдых полярных веществах органического происхождения. Но в этом случае поляризация обычно обусловлена поворотом не всей молекулы, а лишь имеющихся в ней полярных радикалов. Такую поляризацию называют также дипольно-радикальной. Примером вещества с этим видом поляризации является целлюлоза, полярность которой объясняется наличием гидроксильных групп ОН и кислорода. Ионно-релаксационная поляризация может проявляться толь­ко в твёрдых диэлектриках с ионным характером химической связи. В отличие от упругой ионной поляризации, она играет определяющую роль в веществах с явно выраженными нерегулярностями структуры. К их числу, в первую очередь, относятся неорганические стекла, керамика, стеклокристаллические материалы. В некоторых случаях ионно-ре­лак­­сационная поляризация возникает и в монокристаллах, если концентрация структурных дефектов в них достаточно велика. Основную роль в рассматриваемом механизме поляризации играют слабосвязанные ионы, которые при тепловом возбуждении могут срываться с мест закрепления и перемещаться на значительные расстояния, превышающие межатомные промежутки. При упрощенном описании такого процесса полагают, что слабо связанные ионы могут иметь несколько эквивалентных положений равновесия, разделенных потенциальным барьером. Вероятность перескока иона через барьер экспоненциально возрастает с повышением температуры. В отсутствие внешних сил все направления перескока ионов из одного локального положения в другое равновероятны. Поэтому участвующие в перемещениях частицы равномерно распределяются в макрообъёме диэлектрика, так что электрический момент вещества равен нулю. Внешнее электрическое поле нарушает симметрию потенциальной кривой, что приводит к асимметрии в распределении зарядов. В этом случае среди хаотических тепловых перебросов слабосвязанные ионы получают преимущественные перебросы в направлении действующих сил электрического поля.Каждый избыточно переброшенный ион приводит к формированию электрического момента. В результате индуцируется поляризованность, возрастающая пропорционально напряжённости поля, поскольку последняя вызывает уменьшение высоты потенциального барьера. После снятия возмущения избыточно переброшенные ионы за счет обратной диффузии возвращаются в исходные позиции. Инерционность процесса сильно зависит от температуры. Поляризация сопровождается необратимым рассеянием энергии На рис. 18 показано температурное изменение диэлектрической проницаемости. Несмотря на релаксационный характер поляризации, максимума в температурной зависимости ε(Т) не наблюдается. Это объясняется тем, что с ростом температуры экспоненциально увеличивается число ионов, участвующих в «прыжковой» поляризации, т. е. частиц, способных преодолеть потенциальный барьер. Необходимо подчеркнуть, что перемещение ионов при тепловых перескоках происходит на расстояния, во много раз превышающие смещение частиц при упругой ионной поляризации. При этом длина перескоков не зависит от напряжённости поляризующего поля, а определяется толь­ко особенностями структуры: числом и распределением дефектов и ловушек. Электронно-релаксационная поляризация может возникать в кристаллических диэлектриках при тепловом возбуждении слабосвязанных электронов. По сути протекающих процессов она во многом подобна ионно-релаксационной поляризации. Слабосвязанные электроны, локализованные на примесных ионах или собственных точечных дефектах структуры, тоже могут иметь несколько эквивалентных устойчивых позиций, разделенных потенциальным барьером. Приложение внешнего электрического поля стимулирует однонаправленность электронных переходов, которая и является причиной появления электрического момента в диэлектрике. Такой механизм поляризации характерен для соединений, содержащих ионы переменной валентности. Примером подобных соединений могут служить оксиды титана, циркония, ниобия, тантала и др. Керамические материалы, синтезируемые на основе этих соединений, как правило, содержат высокую концентрацию кислородных вакансий, которые и являются ловушками для электронов. Диэлектрики, обладающие электронно-релаксационной поляризацией, отличаются повышенной диэлектрической проницаемостью. Отчасти это обусловлено высокой поляризуемостью дефектов, содержащих слабосвязанные электроны, поскольку при слабой связи радиус электронной оболочки оказывается значительным. Как и ионно-релаксационная поляризация, процесс электронных перескоков носит активационный характер: его инерционность резко возрастает при понижении температуры. Миграционная поляризация также свойственна только твёрдым диэлектрикам при наличии в них макроскопических неоднородностей структуры. Такими неоднородностями в технических диэлектриках могут быть проводящие и полупроводящие включения, поры, волокна, слои с различной проводимостью и т. п. При воздействии на материал электрического поля происходит направленное перемещение свободных электронов и ионов в пределах каждого проводящего и полупроводящего включения, что приводит к образованию электрического момента в макрообъёме вещества. В этом случае замкнутая фазовая неоднородность с разделенными зарядами становится подобной гигантской поляризованной молекуле. В слоистых диэлектриках миграция электронов и ионов приводит к накоплению зарядов на границах неоднородностей и в приэлектродных областях. Среди всех видов поляризации миграционная оказывается самой замедленной. В зависимости от характера неоднородностей и температуры время её установления и спада может составлять 10-5...10-4 с, т. е. в определённых условиях она может протекать на протяжении нескольких минут или нескольких часов. В переменных полях поляризация происходит со значительным рассеянием электрической энергии. При большом размере неоднородностей диэлектрическая про­ницаемость на разных участках диэлектрика оказывается различной. Поэтому для характеристики поляризационных свойств неоднородных материалов используют эффективную (усреднённую) диэлектрическую проницаемость. Резонансная поляризация наблюдается во всех диэлектриках в условиях, когда частота электрического поля близка к собственной частоте колебаний упруго связанных ионов или электронов. По мере приближения к резонансной частоте резко возрастает поглощение электромагнитной энергии. В ионных кристаллах резонансная поляризация наступает при частотах, соответствующих инфракрасному диапазону спектра электромагнитных колебаний.

2 Магнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения в слабых полях, обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на перемагничивание. Условно к магнитомягким относят материалы с Нс<800 А/м. Применяются в основном в качестве магнитопроводов дросселей, трансформаторов, электромагнитов, электрических машин и т.д.

Магнитотвердые материалы отличаются большой удельной энергией, которые тем больше, чем чем больше остаточная индукция Br и коэрцитивная сила Нс материала. К магнитотвердым относят материалы с Нс>4 кА/м. Используются главным образом для постоянных магнитов. Намагничивание магнитомягких материалов происходит в основном за счет смещения междоменных границ, а в магнитотвердых — за счет вращения вектора намагниченности (в магнитотвердых материалах на основе редкоземельных элементов преобладают процессы смещения).

Магнитные материалы специального назначения. Материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), магнитострикционные, термомагнитные, ферриты СВЧ и др.

Билет 4

1 Диэлектри́ческая проница́емость, безразмерная величина e, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия Fo в вакууме

Билет 5

Билет 6

Билет 7

1 Ток смещения Iсмвызван как мгновенными (деформационными) видами поляризации, так и замедленными (ре­лаксационными), а также перераспре­делением свободных зарядов — их дрейфом (без разряжения на электро­дах).