АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Электрическая поляризация проводников

Читайте также:
  1. Виды соединения проводников.
  2. Вопрос№32 Электрическая емкость проводника
  3. Вторая мировая война и поляризация послевоенного мира. Внешняя политика СССР в 1945-1953 гг. «Холодная война».
  4. Групповая поляризация
  5. Двухпроводная электрическая цепь
  6. Диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Поляризация диэлектриков. Роль диэлектриков в конденсаторе.
  7. Диэлектрическая проницаемость среды
  8. Длительная электрическая прочность внутренней изоляции
  9. Естественный и поляризованный свет. Поляризация при отражении: закон Брюстера.
  10. НА ПОРОГЕ 70-Х ГОДОВ: ПОЛЯРИЗАЦИЯ СИЛ
  11. НА ПОРОГЕ 70-Х ГОДОВ: ПОЛЯРИЗАЦИЯ СИЛ 1 страница
  12. НА ПОРОГЕ 70-Х ГОДОВ: ПОЛЯРИЗАЦИЯ СИЛ 10 страница

Механизм поляризации проводников первого и второго рода аналогичен механизму поляризации неполярных диэлектриков, но с учетом в каждом конкретном случае динамики разделения электрических зарядов в металлах, плазме и электролитах. Рассмотрим процесс разделения электрических зарядов под влиянием приложенного внешнего электрического поля для различных проводников первого и второго рода.

Металлы. В металлах электроны в валентной зоне подчиняются квантовой статистике Ферми-Дирака. При наложении внешнего электрического поля валентные электроны смещаются только у верхней границы валентной зоны, т.е. у уровня Ферми. Вероятность образования свободного состояния вблизи уровня Ферми равна:

. (4.11)

Здесь , а ∆Е – энергия бинарного межкластерного взаимодействия, приходящаяся на одну частицу (∆Е = θi, кл./2, а θi,кл.- энергия ионизации кластера).

Для большинства металлов в нормальных условиях ∆Е >> kБT. Следовательно,

, (4.12)

а вероятность того, что валентный электрон кластера заполнит это состояние, равна:

. (4.13)

В результате для большинства металлов вектор электрической поляризации будет равен:

(4.14)

а из общего определения вектора электрического смещения следует, что относительная диэлектрическая проницаемость равна:

. (4.15)

Конкретный расчет относительной диэлектрической проницаемости для ряда металлов приведен в табл.4.1

Таблица 4.1.

Энергия ионизации кластерных образований в эВ и относительная диэлектрическая проницаемость для различных металлов.

Параметр Вещество
Na Al α-Fe Cu W
Θкл. 0,714 1,56 1,46 1,63 4,64
εr 2,24∙107 1,05∙1014 1,85∙1013 4,64∙1014  

Получается, что для металлов диэлектрическая проницаемость представляет собой огромную величину.

Плазма. В плазме при наложении внешнего электрического поля происходит смещение электронов в поле положительного иона, что и обусловливает поляризацию плазмы. Самопроизвольная поляризация плазмы имеет место внутри радиуса Дебая. Величина радиуса Дебая определяется из закона сохранения энергии, когда работа по разделению зарядов компенсируется энергией теплового движения. Отсюда



, (4.16)

где ne – концентрация электронов в плазме. Радиус Дебая является радиусом экранирования плазмы.

При наложении внешнего электрического поля на связанный электрон в поле положительного иона будет действовать сила . Аналогичная сила будет действовать на ион . Вследствие действия этих сил произойдет поляризация плазмы. Возникнет наведенный электрический момент для каждой пары электрон-ион, пропорциональный напряженности внешнего электрического поля, т.е.

, (4.17)

где α – коэффициент поляризуемости плазмы, d – результирующее смещение зарядов внутри плазмы.

Вектор электрической поляризации = э. На основании (3.16) для относительной диэлектрической проницаемости получаем:

. (4.18)

Для равновесной плазмы концентрация электронов определяется формулой Саха. Применительно к слабой однократной ионизации формула Саха принимает вид:

. (4.19)

Здесь h – постоянная Планка; Θi – эффективный потенциал ионизации частиц, составляющих плазму.

Плазму положительного столба дугового разряда можно считать равновесной при температуре 5000 К. Тогда для дугового разряда в аргоне при атмосферном давлении в положительном столбе nе = 4.04·1017 м-3. При расстоянии между электродами 1 см и падении напряжения на положительном столбе 1 В для диэлектрческой проницаемости получаем εr = 7,3·107. Для тлеющего разряда в аргоне nе = 1·1018 м--3 при расстоянии между электродами 10 см и давлении 0,133 Па имеем: εr = 1,6·109. Диэлектрическая проницаемость получается достаточно большой величины. Поэтому такая среда является элетропроводящей. При этом, чем большая плотность плазмы тем меньше падение напряжения на положительном столбе и поэтому диэлектрическая проницаемость резко растет. Поляризация плазмы охватывает весь разрядный промежуток и создается впечатление, что электрический ток сопровождается движением электрических зарядов. На самом деле энергию в разряде переносят не заряды, а электромагнитное поле, вырабатываемое внешним источником ЭДС. Заряды формируют среду, по которой распространяются электромагнитные волны как по волноводу.

‡агрузка...

Электролиты.В электролитах также как и в плазме возникает самопроизвольная поляризация внутри радиуса Дебая. Отличие состоит в том, что образование свободных электрических зарядов происходит не вследствие ионизации, а вследствие диссоциации сложных молекул на катионы и анионы. Энергия диссоциации сложных молекул не превышает 10-и эВ. Если электролит разбавлен на воде, то энергия диссоциации уменьшается на величину диэлектрической проницаемости, которая для воды составляет ~ 80. Энергия диссоциации воды 5,12 эВ. При подготовке электролита подбираются щелочи или соли с энергией диссоциации меньше, чем для воды, т.е. 2…3 эВ. В этом случае при нормальной температуре будет происходить самопроизвольная диссоциация сложных молекул в воде. В результате в электролите возникнут свободные катионы и анионы. Концентрация вводимых щелочей или солей в весовом составе не превышает 1%. Тогда концентрация катионов и анионов составит ~ 3,3·1024 м-3. Подлючив внешний источник ЭДС к электродам, расположенным на удалении друг от друга 1 см, для такой среды получим диэлектрическую проницаемость равную 6·1014, что соответствует диэлектрической проницаемости чистых металлов. Электромагнитные волны по такой среде распространяются как по волноводу. Процесс поглощения электромагнитных волн внутри волновода будет рассмотрен ниже в гл. 9.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | 85 | 86 | 87 | 88 | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 | 109 | 110 | 111 | 112 | 113 | 114 | 115 | 116 | 117 | 118 | 119 | 120 | 121 | 122 | 123 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.006 сек.)