Диэлектрическая поляризация время релаксации

Из уравнения (4.1.56) видно, что деформационная поляризация в отличие от ориентационной не зависит от температуры. При диэлектрических измерениях величина диэлектрической проницаемости уменьшается с увеличением частоты поля / по сравнению со своим стационарным значением (при / = 0) в определенной области частот (дисперсионной области) до величины = п. Дисперсия характеризуется зависимостью показателя преломления от длины волны. Обычно показатель преломления возрастает с уменьшением длины волны. Так как в данном случае показатель преломления уменьшается с уменьшением длины волны, эту область называют областью аномальной диэлектрической дисперсии. При этом фактор диэлектрических потерь, тангенс б, характеризующий энергию, получаемую диэлектриком, проходит через максимум при (еоэо — еоо)/2, так как потребление энергии особенно велико, когда время, проходящее между изменением поля, соизмеримо с временем релаксации (резонанс рис. 4.10), [19, 20]. При низких частотах ориентационная поляризация еще безынерционно следует изменению электрического поля. Дальнейшее повышение частот ведет к дисперсии диэлектрической проницаемости. Это явление характеризуется следующим уравнением [c.113]

В гетерогенных системах заряды могут аккумулироваться на границах между фазами, приводя к появлению поляризации на границах раздела, часто называемой также поляризацией Максвелла — Вагнера. Это имеет место только тогда, когда фазы отличаются по значениям диэлектрической проницаемости или проводимости или одновременно по тому и другому, например в случае, когда в двухслойном диэлектрике произведение диэлектрической проницаемости 1 одной фазы на проводимость к второй фазы не равно произведению диэлектрической проницаемости второй фазы 82 на проводимость первой фазы к , т. е. когда г к ф г к- . Главной причиной поляризации на границах раздела является обычно разность проводимостей, ибо диэлектрическая проницаемость меняется от фазы к фазе значительно меньше, чем проводимость. Для накопления зарядов на границах раздела может потребоваться время порядка секунд или минут, т. е. время релаксации будет настолько велико, что эффект можно наблюдать, только проводя измерения при очень низких частотах. Однако высокая проводимость одной из фаз может сдвинуть релаксационные процессы в радиочастотную область. [c.628]

Для поляризации вещества за счет смещения электронов в атомах требуется время порядка 10 сек, тогда как для поляризации за счет смещения атомов в молекулах необходимо время от 10 1 до 10 сек. Ориентационная поляризация, связанная с поворотом полярных молекул, требует обычно от 10" до 10 сек, а в случае очень больших молекул или очень вязких веществ это время может быть намного большим. Исчезновение поляризации после снятия наложенного на диэлектрик поля называется диэлектрической релаксацией . Исходя из предположения, что поляризация падает по экспоненциальному закону, можно определить время релаксации как время, необходимое для уменьшения поляризации до 1 /е ее величины в момент снятия поля, где е — основание натуральных логарифмов [98]. [c.624]

Различают поляризацию электронную, связанную со смещением электронов относительно ядер , ионную, связанную со смещением отрицательных и положительных ионов кристаллической решетки, и ориентационную, происходящую в диэлектрике, молекулы которого обладают собственным дипольным моментом. Процесс поляризации характеризуется временем релаксации. Различные времена релаксации для разных механизмов поляризации приводят к частотным зависимостям диэлектрических характеристик материалов. Например, на рис. [c.37]

Методы, которые дают информацию о У-структуре, — это методы, использующие излучение или частицы, которые взаимодействуют с жидкостью только в течение короткого периода времени и обмениваются регистрируемой долей своей эиергии с молекулами в жидкости. Инфракрасная и рамановская спектроскопия так же, как и неупругое рассеяние нейтронов, удовлетворяет этим требованиям и является главным источником информации о У-структуре жидкости (рис. 4.2). Рассеяние нейтронов дает информацию о промежутках времени продолжительностью 10 " с. Поскольку это время совпадает с периодом Тп, рассеяние нейтронов является полезным методом исследования природы перемещения временных положений равновесия. Исследования релаксации диэлектрической поляризации и ядерного магнитного резонанса применяются для определения среднего времени между перемещениями. Порядок, в котором ниже рассматриваются свойства воды, основан на временном масштабе, о котором дают информацию указанные методы. [c.159]

Итак, исследование диэлектрических свойств растворов ацетона в четыреххлористом углероде приводит к выводу, что время релаксации ориентационной поляризации слабо [c.163]

Процессы, вызывающие токи ТСД, по-видимому, были связаны с перемещением катионов на вакантные места. Так, прогревание образца до 620 К и последующее сравнительно медленное охлаждение привели к возрастанию максимумов (рис. 16.5, кривые 2, 3), что можно объяснить появлением дополнительных дефектов в кристаллической решетке. Эти процессы могут быть связаны со значительным смещением зарядов и их последующим накоплением на неоднородностях по объему образца (объемная поляризация) или со смещением зарядов в пределах отдельных полостей. В пользу первой точки зрения говорит близость энергии активации процесса В (кривая /, рис. 16.5) и энергии активации электропроводности, а также большая величина времен релаксации (тысячи секунд), что на несколько порядков превосходит времена релаксации ионных процессов, определяемых из диэлектрических измерений при одинаковых температурах [694]. [c.260]

Впоследствии метод ДР был использован для изучения времени релаксации низкомолекулярных веществ (НМВ) в растворах полимеров [7, 8], для чего полярны е НМВ помещают в неполярную матрицу, в качестве которой используют стеклообразный полистирол (ПС). В области температур от —120 до —130°С он не обнаруживает диэлектрических потерь. Поэтому появление дипольной релаксации в этой области температур и примененных частот может быть связано только с движением молекул НМВ. В результате таких исследований было установлено, что по мере увеличения содержания полярного компонента в матрице ПС время релаксации т дипольной поляризации увеличивается, достигает максимального значения и далее уменьшается. Экстремальный характер изменения т обусловлен конкурирующим влиянием двух факторов — ориентацией и ассоциацией молекул НМВ, что приводит к увеличению т, и разрушением структуры полимера, что способствует увеличению подвижности молекул НМВ и уменьшению т. Эти данные показывают возможность движения молекул НМВ в матрице полимера даже при очень низких температурах. [c.433]

В случае смеси двух высокомолекулярных соединений поляризация молекул каждого из них будет иметь характеристики, зависящие от пространственного взаиморасположения макромолекул, т. е. от совмещения компонентов. Возможно появление новых процессов диэлектрической релаксации, связанных с межмолекулярным влиянием контактов разнородных молекул. По тому как меняются времена релаксации, энергия активации или интенсивность поляризации того или иного компонента, в ряде случаев можно сделать вполне надежные выводы о морфологии полимерной композиции. Мы получаем информацию, крайне необходимую для решения важнейших проблем физики полимеров, возникающих при переходе к полимерным композициям. Это прежде всего термодинамические и кинетические аспекты формирования структуры сложных систем и прогнозирования физико-механических свойств композиционных материалов. [c.165]

Ориентационная поляризация характерна лишь для полярных диэлектриков (полимеров) она существенно зависит от температуры. При низких температурах диэлектрическая проницаемость фактически близка к 8оо. Диполи — полярные группы, имеющиеся в полимерах, могут при этом лишь упруго колебаться при воздействии электрического поля. С увеличением температуры диполи приобретают энергию, достаточную для преодоления внутримолекулярного взаимодействия при этом осуществляется более полная ориентация в направлении приложенного поля. Вследствие этого поляризация резко возрастает, что вызывает рост диэлектрической проницаемости. В случае, если в диэлектрике имеется лишь один вид диполей, причем все они имеют одинаковое время релаксации, х вычисляют [69] по формуле [c.112]

Время релаксации и энергия активации процесса диэлектрической поляризации [c.248]

Диэлектрические свойства) проходят через максимум примерно при той же темп-ре, что и механич. (при измерениях на одинаковых частотах), т. е. времена релаксации их близки энергии активации дипольно-эластич. поляризации и высокой эластичности также близки одна к другой. По-видимому, аналогичное положение справедливо и для дипольно-групповых потерь (и дисперсии) при сравнении их с кинетич. переходами, наблюдаемыми в стеклообразном состоянии. [c.32]

Уравнения 1УП.4.21), 1УП.4.25), напротив, являются строгим следствием термодинамической теории релаксационных процессов. Параметры этих уравнений (времена релаксации, релаксационные силы) связаны как со строением жидких систем, свойствами составляющих их молекул (концентрации ассоциатов, дипольные моменты), так и с кинетическими характеристиками процессов перестройки ее структуры (константы скоростей молекулярных процессов). Применение соотношений (УП.4.21), (УП.4.25) при расшифровке диэлектрических спектров открывает широкие возможности для понимания молекулярных механизмов дипольной поляризации жидких систем /1,41/. [c.124]

Дипольная, или тепловая поляризация, связанная с поворотом постоянных диполей во внешнем электрическом поле, имеет релаксационный характер, т. е. зависит от соотношения времен воздействия (или частоты электрического поля) и релаксации х (или температуры). Так же как в случае механической релаксации (см. стр. 141), при достаточно низких температурах, когда время релаксации очень велико, тепловая поляризация при любых частотах поля не успевает развиться, и диэлектрик ведет себя как неполярный. При этом развивается только деформационная поляризация. То же самое наблюдается при очень больших частотах. Поэтому диэлектрическая проницаемость при бесконечно большой частоте е , имеет минимальное значение. [c.244]

В работе [62] исследовано деформационное поведение цепочек, расположенных на объемных решетках (трехмерный случай), методом решеточных моделей полимерной цепи [65, 66]. Анализ показывает, что наименьшая кинетическая единица (сегмент) состоит из пяти звеньев полимерной цепи (валентные углы практически не деформируются). Релаксационное поведение полимерной цепи в механических и диэлектрических полях различно. Так, времена релаксации электрической поляризации не зависят, а времена механической релаксации возрастают с увеличением молекулярной массы. Поэтому спектр во втором случае будет более широким. Несколько позднее эквивалентные модели были предложены Раузом [67] и Бикки [68]. [c.129]

Диэлектрическими потерями называется та часть энергии диэлектрика, находящегося в переменном электрическом поле, которая переходит в теплоту. В зависимости от времени релаксации различных видов поляризации максимум поляризации яи-электрика в той или другой степени отстает по времени от максимума напряжения поля, т. е. создается некоторый сдвиг фаз поляризации по сравнению с фазами напряжения поля. При отсутствии такого сдвига фаз отсутствуют и соответствующие диэлектрические потери. Вместе с тем диэлектрические потери будут равны нулю и в том случае, если время релаксации настолько велико, что поляризация практически не успевает происходить. [c.600]

Изучение релаксации диэлектрической поляризации полимеров в растворе позволяет в широких пределах изменять межмолеку-лярные взаимодействия, приближаясь к свойствам изолированной макромолекулы. Кроме того, тепловое движение макромолекул в растворе в какой-то мере моделирует тепловое движение блочного полимера в вязкотекучем состоянии (рис. 1.12). Времена релаксации и энергии активации дипольной поляризации полимера при очень высоких температурах и в растворе сближаются [115]. [c.42]

Диэлектрическими потерями называется та часть энергии диэлектрика, находящегося в переменном электрическом поле, которая переходит в теплоту. Если в диэлектрике и.меются полярные молекулы, обладающие собственным дииольным моментом, или попы, ориентация или смещение которых требуют значительного времени (время релаксации), то максимум поляризации отстает во воемеии от максимума напряженности поля, т. е. имеется сдвиг фаз между напряженностью поля и гюляри-зацией. Этот сдвиг фаз и обусловливает величину диэлектрических потерь. Коэффициент диэле.ктрических поте])Ь равен в tg б, где tg б — тангенс угла диэлектрических потерь, равный отношению активной слагающей тока в диэлектрике к реактивной (см. Большая Советская Энциклопедия, т. 14, стр. 556). Прим. ред. [c.890]

С ростом частоты изменения электрического поля значение е, как правило, уменьшается от низкочастотной статической диэлектрической проницаемости д, отвечающей максимально достижимой (при данной температуре) поляризации, до высокочастотной е . Одновременно с увеличением частоты величина е" проходит через максимум при и = т 1, где Тр - наиболее вероятное время релаксации кинетических единиц макромолекул материала, несущих полярные группы. Повышение температуры диэлектрика способствует уменьшению Тр, т.е. смещению максимума диэлектрических потерь в область более высоких частот. Ориентационная составляющая поляризации при высоких частотах минимальна, поскольку диполи не успевают следовать за полем, а в случае больших молекул может совсем выродиться. [c.14]

Другой тип энергетических потерь в диэлектриках связан с электронной Рэл и атомной Рат поляризациями, обусловленными смещениями (ток смещения) под действием электрического поля электронов, ядер, ионов или атомных групп (резонансное поглощение). Для практического применения диэлектриков представляет интерес рассмотрение деталей перехода от установившейся полной поляризации при низких частотах к поляризации при оптических частотах, так как они непосредственно связаны с разделением поляризации при низких частотах на ее составляющие ориентационную и деформационную (атомную и электронную). Резонансные потери проявляются при частотах Ю —10 Гц (миллиметровая и инфракрасная области длин волн). Существование их у полимеров обусловлено наличием собственных колебаний атомных групп. Некоторые полосы поглощения в инфракрасной области связаны с трансляционными движениями диполей. Характер изменения потерь энергии при этом имеет сходство с соответствующими зависимостями при дипольной релаксации. Мнимая составляющая " обобщенной диэлектрической проницаемости е изменяется в окрестности резонансной частоты примерно так же, как и при дипольной релаксации (проходит область максимума), хотя потери энергии в этом случае имеют другую природу и требуют иного аналитического описания. В то же время диэлектрическая проницаемость е при дипольной релаксации и резонансном поглощении изменяется ио-разному. [c.178]

Если период колебания поля и время релаксации имеют один порядок, то дипольные молекулы могут успевать вернуться в исходное состояние за время изменения полем знака — возникает резкое падение ориентационной поляризации, и энергия поля частично поглощается жидкостью (она нагревается), так как поле действует против дезориентирующих сил в жидкости. Диэлектрические потери в переменном электрическом поле, связанные с поляризацией, проявляются в максимальной степени, когда 1/со=т, где со — угловая частота. Если 1 /со т, потери минимальны. [c.173]

Независимость времени диэлектрической релаксации от молекулярной массы и содержания полимера в растворе в. области малых концентраций является, вероятно, общим свойством растворов гибкоцепных полимеров и указывает на локализованность процесса установления дипольной поляризации. Интересно отметить, что при концентрациях полимера в растворе порядка 1—2% нельзя считать макромолекулы изолированными друг от друга, тем не менее при этих концентрациях взаимодействие между макромолекулами (или между частями одной и той же макромолекулы) настолько ослаблено, что существенно не влияет на время релаксации кинетической единицы. [c.166]

Происхождение диэлектрического трения можно представить, рассмотрев однородный диэлектрик, обтекающий заряженную сферу. Диэлектрик поляризуется при приближении к заряду и теряет поляризацию при удалений от него. Если бы изменение поляризаций происходило так же быстро, как изменение электрического поля при приближении или удалении заряда, то поляризация была бы сферически симметричной н не создавала суммарной силы, действующей на ион. Однако в реальных диэлектриках одна из составляющих вектора поляризации релаксирует достаточно медленно (для воды время релаксации 10 с). Из-за этого запаздывания поляризация среды, приближающейся к заряженной сфере, оказывается меньше, чем поляризация удаляющейся среды, где поляризация уже завершилась. Поляризация не является сферически симметричной, и движение иона тормозится тем больше, чем быстрее он движется. [c.79]

Теоретический анализ возможных форм движения гибкоцепных молекул в электрическом поле [53] приводит к заключению [54] о возможности ориентационного механизма поляризации кинетически гибкоцепного полимера в тех случаях, когда его мономерные звенья имеют составляюш,ую диполя, параллельную основной цепи и жестко с нею связанную. Соответ-ствуюд] ие времена релаксации также должны быть пропорциональными М [ц], однако вдвое большими для диэлектрической релаксации, нежели для эффекта Керра. [c.147]

ТОЧНО произвольной ориентацией диполей, вследствие чего наблюдается значительное разнообразие во взаимном расположении молекул растворенного вещества и растворителя, не являющемся, однако, совершенно произвольным. Бауэр и Мегет [7] установили, что использование в приведенном выше выражении значения статической диэлектрической проницаемости вполне обосновано только в том случае, если компоненты электронной и ориентационной поляризации следуют за любыми мгновенными изменениями ориентации диполей растворителя, вызванными тепловым движением, колебанием и колебательными переходами. Поскольку же время релаксации ориентации диполей во много раз больше [98], чем период колебания молекулы, то это условие в случае растворов не выполняется. [c.538]

Скорость такого переноса зависит от времени релаксации инерционной поляризации растворителя х = тд(ест/еопт) . где тд - дебаевское время релаксации и Бощ - статическая и оптическая диэлектрические проницаемости среды. [c.308]

Для исключения поляризационных явлений при измерении электропроводности диэлектрических жидкостей используют источники переменной э. д. с. весьма малых частот, чтобы период приложенного напряжения значительно превышал время релаксации заряда в жидкости. Р1ногда измерения проводят на постоянном токе, считая, что при малых токах поляризацией электродов можно пренебречь. [c.56]

Число реакций переноса водородных связей 2п /2 (2п /2 -числс возможных сочетаний из различных водородных связей по две). Примем, что каждое из элементарных событий реакций переноса и разрыва водородных связей вносит в среднем сравнимый по порядку величины вклад в поляризацию жидкости при наложении внешнего электрического поля. Тогда вклад реакций разрыва связей С-Н...С в диэлектрическую релаксацию нормальных алканов будет в раз меньше вклада реакций переноса этих связей /130/. Так, для молекул пропана на 60 реакций переноса С-Н,..С-связей приходится одна реакция разрыва связи. Для бутана это отношение больше 2500. Следовательно, влиянием реакций разрыва и образования водородных связей на времена диэлектрической релаксации > мдких алканов с 4 можно пренебречь. Диэлектрическая релаксация в алканах fi при /7 4 обусловлена практически полностью реакциями переноса водородных связей С-Н...С. [c.163]

При диэлектрической релаксации также происходит большое число координированных перемещений, каждое из которых характеризуется своим значением времени релаксации. При заданной частоте внешнего поля каждое время релаксации дает свой вклад в диэлектрическую поляризацию. Дисперсия поляризации наблюдается при таких частотах, которые совпадают с частотой движения диполей (высокочастотная диэлектрическая релаксация или аксимум). Исходя из своей модели полимерной цепочки с боковым расположением диполей, Кестнер получил следующее выражение для времени релаксации при движении диполя [c.306]

Деформационная поляризация устанавливается достаточно быстро (Ю" " —с), ориентация же диполей в электрическом поле происходит не мгновенно, а в течение определенною времени вследствие цепного строения макромолекул н сильногс внутри- и межмолекулярного взаимодействия, Это явление получило название диэлектрической релаксации, а время, в течение которого поляризация диэлектрика уменьшается в е раз называется временем диэлектрической релаксации тд. В жидко [c.372]

В габл. 42 представлены данные времени объемной релаксации по Масквеллу и времени диэлектрической релаксации (Колли и др., 1948). Время диэлектрической релаксации характеризует восстановление равновесной поляризации в диэлектрике после отключения внешнего поля. Как видно из табл. 42, время объемной релаксации в воде на порядок меньше времени диэлектрической релаксации. [c.134]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология