Основы диэлектрической спектроскопии. Гусев Ю.А. - 31 стр.

ГЛАВА 2



РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

      В данной главе будут рассмотрены свойства жидких диэлектриков, обладающих по
преимуществу ориентационным механизмом поляризации (имеющих "жесткие"
диполи), а также свойства, характеризующие поведение диэлектриков в
переменных электромагнитных полях.
      Очень медленно меняющиеся поля (колебания низкой частоты), в сущности,
ничем не отличаются по описанию взаимодействий с диэлектриком от статических
полей. Однако в области дисперсии, когда время установления равновесной
ориентации, называемое также временем релаксации τ (или временем корреляции),
становится сравнимым по порядку величины с периодом колебаний напряженности
поля, возникают существенные отличия от статического случая, связанные с рассеянием
энергии колебаний, затрачиваемой на периодическую переориентацию диполей в
диэлектрике. Эта энергия определяется необходимостью преодолеть силу трения,
которая и обусловливает конечное время установления в образце равновесного
распределения диполей по ориентациям, равное времени релаксации.
      В свою очередь, в области более высоких частот, когда выступают на первый
план деформационные механизмы поляризации (отчасти — атомная при частотах
ИК-диапазона и ниже, а в основном — электронная в области оптических частот),
ориентационными явлениями можно пренебречь.


                              2.1. Дипольная релаксация

      При наложении внешнего переменного электрического поля в полярной жидкости
в некоторых диапазонах частот и температур диполи полярных молекул способны
следовать за изменениями поля. В таком диэлектрике ток смещения опережает
приложенное напряжение точно на 90° (рис. 6,а). Ток является чисто реактивным и не
имеет составляющей, изменяющейся в фазе с электрическим полем, которая привела
бы к диссипации энергии колебаний с выделением тепла.
      С увеличением частоты внешнего переменного поля (а, в известной мере, также и
при понижении температуры диэлектрика) диполи молекул не успевают следовать за
изменениями поля, и у тока смещения появляется активная составляющая (рис. 6,
б), что соответствует потере энергии на преодоление трения.




     Рис. 6. Соотношение между фазами тока смещения и напряжения, приложенного к
диэлектрику для гармонического колебания: а — без потерь, б — с потерями.



                                                                                 31