ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теоретические представления из "Химия и технология полимеров Том 1" На основе теоретических представлений о структурном строении вещества можно установить, какое влияние на диэлектрик оказывает приложение электрического поля. Понятие диэлектрик относится не только к обычным полимерам, но и к изоляционным материалам, применяемым в электротехнике, особенно в качестве прокладок для конденсаторов. Оно употребляется здесь, чтобы непосредственно подчеркнуть, что речь идет в первую очередь об электрических свойствах полимеров. [c.625] Под электрофизикой понимают ту область физики, которая охватывает так называемое учение об электричестве . В данном случае речь идет о тех явлениях, которые непосредственно связаны с полимерами и которые следует рассматривать как проявление электрического строения материи. Для их характеристики применяются макроскопически изм0[)яемые величины, которые позволяют объяснить существующие взаимосвязи. Таким образом, получают не неизменные константы материалов, а величины, зависящие от различных параметров, например от давления, температуры, частоты и т. д. [c.626] Для установления причин этих явлений следует перейти к атомным представлениям об электрических явлениях, а также воспринимать макроскопические наблюдения как вытекающие из строения материи. [c.626] В настоящее время известно, что протон и электрон — главные составные части электричества — одновременно являются и основой материи (атомные ядра и оболочки). Таким образом, каждое вещество может быть представлено в виде очень сложного силового поля. Посредством рассмотрения внутреннего поля можно прийти к электрической теории свойств тела. С другой стороны, исследуя действие одного из приложенных к телу внешних полей, можно получить данные относительно электрических свойств вещества. Вопросы о том, как проявляются эти электрические свойства во взаимодействии внешнего и внутреннего полей, являются предметом рассмотрения настоящего раздета. [c.626] Как известно, твердые тела разделяют на проводящие и не проводящие электрический ток. Технически важные полупроводники (окислы металлов, сульфиды и многие другие) здесь не рассматриваются. Принято считать, что у проводников (металлов) под влиянием так называемой электродвижущей силы (э.д.с.) электроны могут более или менее легко перемещаться от одного атома к другому и таким образом создавать электрический поток. Полагают, что каждый атом в среднем теряет из своей электронной оболочки один электрон, так что атомный остаток становится положительно заряженным. Отсюда также следует, что из-за образующихся в веществе зарядов передвижение свободных электронов может осуществляться только при приложении к проводнику электрического напряжения. У непроводников, наоборот, электроны так прочно связаны с определенной орбитой, что в общем случае под влиянием внешних полей происходит лишь смещение электронных орбит, а не переход электронов от атома к атому. Согласно представлениям квантовой теории, электроны образуют статистическое облако зарядов вокруг атомного ядра. Все же в первом приближении достаточно представлять электроны в виде точечных частичек, движущихся по определенным дискретным орбитам вокруг ядра. Для полимеров ввиду отсутствия свободных электронов едва ли следует рассматривать проводимость электронов. Наоборот, определенную роль играет здесь ионная проводимость. Величина ее зависит как от числа ионов, так и от строения и вязкости рассматриваемых веществ. [c.626] Из этих вычислений видно, что чисто феноменологическая постоянная 8, введе1тая в закон Максвелла (4), (5), имеет молекулярное значение и что она непосредственно связана с поляризуемостью молекул. Диэлектрическая постоянная также связана с образованием наведенного момента. Чем больше поляризуемость при равной силе поля (чем выше подвижность электронного облака) и чем больше молекул в единице объема, тем больше е. При снятии внешнего поля исчезает и наведенный момент. [c.628] что было сказано об атомных ядрах и электронных облаках, относится также и к отдельным атомам, из которых построена молекула. У веществ с гетерополярными связями, в которых апионы и катионы расположены в виде решетки, влияние поляризуемости является наибольшим. Наоборот, у веществ с гомеополярными связями, которые преобладают в органической химии, это влияние минимальное. Составляющую по.ияризацин, обусловленную атомами, также называют инфракрасной составляющей. Чтобы не слишком усложнять представления, в дальнейшем следует либо просто опускать эту поляризацию, либо причислять ее к электронной поляризации. [c.628] Молекулы большинства органических веществ обладают ностоян- 1ым электрическим моментом (полярные молекулы). Так как векторы моментов отдельных молекул в нормальных условиях вследствие теплового движения равномерно распределены по всем направлениям, внешнее действие суммарного момента не проявляется, постоянный же электрический момент проявляется всегда в тех случаях, когда центры тяжести положительных и отрицательных зарядов молекулы пространственно не совпадают, Произведение заряда на расстояние между центрами тяжести зарядов называется дипольным моментом .I. Его величина не зависит от внешнего поля, и он не исчезает при снятии внешнего поля (в противоположность наведенному моменту). Молекула с постоянным моментом подвергается в электрическом поле действию момента вращения величиной т. [c.628] Этим в основном и определяется поведение отдельной молекулы. В таблице приведены значения дипольных моментов некоторых полимерных веществ. [c.629] При изложении предыдущего раздела предполагалось наличие постоянного внешнего поля, поэтому время установления наведенного или постоянного момента не играло никакой роли. Но, поскольку время установления наведенного заряда не бесконечно мало, в нестационарном случае (переменное напряжение) изменение электрического поля определенной частоты со временем будет оказывать некоторое влияние на поляризацию. [c.630] При поляризации поверхности раздела омическое сопротивление неоднородности препятствует свободному установлению заряда. Чем больше это сопротивление, тем меньше /макс- После перехода этой области частот диэлектрическая постоянная обусло1 ливается лишь ориентационной и электронной поляризациями. Ориентаи ионная поляризация связана с установлением диполей в направлении поля. Так как полярные молекулы взаимодействуют со своим окружением, при ориентации необходимо преодолеть некоторую силу. Это влияние называют внутренним трением, так как оно тесно связано с вязкостью т вещества. [c.631] Для атомной поляризации в большинстве случаев наблюдается та же картина, что и для электронной поляризации. Однако дисперсия лежит в инфракрасной области, поскольку она обусловлена вращением постоянного момента и колебаниями атомов молекулы. [c.632] Если просуммировать результаты этого раздела, то для различных составляющих диэлектрической постоянной получатся соотношения, представленные на рис. 4. [c.632] Здесь следует указать также, что дисперсионная область электронной и атомной поляризаций определяется атомарным строением. Вместе с тем приходится считать, что нельзя установить общий определенный порядок ориентационной поляризации и поляризации поверхности раздела из-за различий в строении вещества, поэтому возможно перекрытие областей поляризации. [c.632] Аналогичные явления имеют место и при поляризации поверхности раздела (рис. 1). Так как для большинства органических диэлектриков приходится иметь дело главным образом с ионной проводимостью,проводимость Яг возрастает с повышением температуры. Следствием этого-является сдвиг е акс в область более высоких частот. Одновременно уменьшается величина наведенного момента. [c.633] Наряду с частотой и температурой можно указать еще на целый ряд факторов, влияющих на поляризацию, одпако оказавших гораздо-меньшее влияние на электрические свойства. Нельзя совсем не принимать во внимание напряженность электрического поля, так как в некоторых случаях можно ожидать насьине1шя пр и полной ориентации всех диполей. Следует учиты-вать также влияние давления, проявляющегося, когда вязкость исследуемого вещества особенно сильно от него зависит. [c.633] Далее следует заметить, что некоторые молекулы анизотропны,, т. е. что поляризуемо Сть их зависит от направления внешнего поля. В этом случае получают при различных направлениях разные величины е или Оптически этот эффект проявляется в различной скорости распространения света в разных направлениях. Анизотропия изменяется при приложении ноля, что также проявляется и в оптических свойствах (электрическое двойное лучепреломление, эффект Керра). [c.633] Введение множителя сопряжено с уменьшением диэлектрической постоянной е, а также обусловлено сдвигом дисперсионной области в сторону более высоких частот. [c.634] Если диэлектрическую постоянную выразить в комплексной форме (13), то она будет содержать кажущуюся часть /е , указывающую, что для диэлектрика характерны так называемые диэлектрические потери. Под этим понятием подразумевают явление, заключающееся в том, что в конденсаторе в общем случае при переменном напряжении расходуется значительно большая мощность, чем следовало бы ожидать, исходя из проводимости постоянного тока. [c.634] Вернуться к основной статье