для обозначения веществ, через которые проникают электрические поля. В любом веществе, помещённом в электрическом поле, составляющие его электрические заряды (электроны, атомные ядра) испытывают силы со стороны этого поля. В результате часть зарядов направленно перемещается, образуя электрический ток. Остальные же заряды перераспределяются так, что «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов смещаются друг относительно друга. В последнем случае говорят о поляризации вещества. В зависимости от того, какой из этих двух процессов - электропроводность или поляризация - преобладает, принято деление веществ на изоляторы (Диэлектрики) и проводники (металлы, электролиты, плазма). Электропроводность Диэлектрики по сравнению с металлами очень мала. Их удельное сопротивление r порядка 108-1017 омgсм, а у металлов r ~ 10-6 - 10-4 омgсм. Существует и промежуточный класс - полупроводники, свойства которых определяются процессами как электропроводности, так и поляризации. P Количественное различие в электропроводности твёрдых Диэлектрики и металлов классическая физика пыталась объяснить тем, что в металлах есть свободные электроны, а в Диэлектрики все электроны связаны, т. е. принадлежат отдельным атомам, и электрическое поле не отрывает, а лишь слегка смещает их. Однако такое объяснение неточно. Как показывает современная квантовомеханическая теория, твёрдое тело представляет собой как бы гигантскую «молекулу», где каждый электрон принадлежит всему кристаллу в целом. Это в одинаковой степени справедливо и для Диэлектрики, и для металлов. Причиной различного поведения электронов в металле и в Диэлектрики является различный характер распределения электронов по уровням энергии. P Энергия электронов в твёрдом теле не может иметь произвольного значения. Области энергий, которыми электрон может обладать (разрешённые зоны), чередуются с интервалами энергий, которые электрон не может принимать (запрещённые зоны). Т. к., с одной стороны, электроны стремятся занять уровни с наименьшей энергией, а с др. стороны, в одном состоянии может находиться только один электрон, то электроны заполняют энергетические уровни от нулевого до некоторого максимального. В Диэлектрики верхний заполненный электронами энергетический уровень совпадает с верхней границей одной из разрешённых зон (рис. 1). В металлах же верхний заполненный электронами энергетический уровень лежит внутри разрешённой зоны (см. Твёрдое тело). P Для того чтобы в твёрдом теле под действием электрического поля возник электрический ток (направленное движение электронов), необходимо, чтобы часть электронов могла увеличивать свою энергию под действием поля, т. е. переходить с нижних энергетических уровней на более высокие. В металле такой переход возможен, т.к. к заполненным уровням непосредственно примыкают свободные. В Диэлектрики же ближайшие свободные уровни отделены от заполненных запрещённой зоной, которую электроны под действием обычных не слишком сильных электрических полей преодолеть не могут. В Диэлектрики действие электрического поля сводится к перераспределению электронной плотности, которое приводит к поляризации Диэлектрики Распределение электронов по уровням энергии в полупроводниках и Диэлектрики сходно. Полупроводник отличается от Диэлектрики лишь более узкой запрещённой зоной. Поэтому при низких температурах свойства полупроводников и Диэлектрики близки, а при повышении температуры электропроводность полупроводников возрастает и становится заметной. Резкой грани между Диэлектрики и полупроводниками провести нельзя. Вещества с шириной запрещённой зоны DE < 2-3 эв относят к полупроводникам, а с DE > 2-3 эв - к Диэлектрики P Выше шла речь о твёрдых Диэлектрики Однако Диэлектрики могут быть также жидкости (см. Жидкие диэлектрики) и газы. В обычных условиях все газы состоят в основном из нейтральных атомов и молекул и поэтому не проводят электрического тока, т. е. являются Диэлектрики С повышением температуры атомы и молекулы ионизируются и газ постепенно превращается в плазму, хорошо проводящую электрический ток. Ниже речь будет идти о твёрдых Диэлектрики P Поляризация Диэлектрики Механизмы поляризации Диэлектрики могут быть различными. Они зависят от характера химической связи, т. е. распределения электронных плотностей в Диэлектрики Например, в ионных кристаллах (каменная соль NaCl и др.), где электроны распределены так, что можно выделить отдельные ионы, поляризация является результатом сдвига ионов друг относительно друга (ионная поляризация, рис. 2
Рис. 6. Зависимость плотности тока j от напряжения электрического поля Е в диэлектрике; пунктир соответствует неустойчивым состояниям.
Диэлектрики, вещества, плохо проводящие электрический ток. Термин «Диэлектрики» (от греч. diá - через и англ. electric - электрический) введён М. Фарадеем
Значение слова "Диэлектрики" в Большой Советской Энциклопедии
Комментариев нет:
Отправить комментарий