Физическая энциклопедия - диэлектрики

(англ. dielectric, от греч. dia через, сквозь и англ. electric электрический), вещества, плохо проводящие электрич. ток. Термин «Д.» введён Фарадеем для обозначения в-в, в к-рые проникает электрич. поле. Д. явл. все газы (неионизованные), нек-рые жидкости и тв. тела. Электропроводность Д. по сравнению с металлами очень мала. Их уд. электрич. сопротивление r 1081017 Ом•см. Количеств. различие в электропроводности Д. и металлов классич. физика пыталась объяснить тем, что в металлах есть свободные эл-ны, а в Д. все эл-ны связаны с атомами. Электрич. поле не отрывает их от атомов, а лишь слегка смещает.

Квант. теория твёрдого тела объясняет разные электрич. св-ва металлов и Д. разл. характером распределения эл-нов по уровням энергии. В Д. верхний заполненный эл-нами энергетич. уровень совпадает с верхней границей одной из разрешённых зон (в металлах он лежит внутри разрешённой зоны), а ближайшие свободные уровни отделены от заполненных запрещённой зоной, к-рую эл-ны под действием обычных (не слишком сильных) электрич.

полей преодолеть не могут (см. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ). Действие электрич. поля сводится к перераспределению электронной плотности, к-рое приводит к поляризации Д. Резкой границы между Д. и полупроводниками провести нельзя. В-ва с шириной запрещённой зоны ?g3эВ к Д. Поляризация. Механизмы поляризации Д.

различны и зависят от характера хим. связи. Напр., в ионных кристаллах (NaCl и др.) поляризация явл. результатом сдвига ионов друг относительно друга (ионная поляризация; рис., а) и деформации электронных оболочек отд. ионов (электронная поляризация). Рис. Поляризация диэлектриков: а ионная; б электронная; в ориентационная. В кристаллах с ковалентной связью (напр.

, алмаз) поляризация обусловлена гл. обр. смещением эл-нов, осуществляющих хим. связь (рис., б). В т. н. полярных Д. (напр., твёрдый H2S) молекулы или радикалы представляют собой электрич. диполи, к-рые в отсутствии электрич. поля ориентированы хаотически, а в поле приобретают преимуществ. ориентацию (рис., в). Такая ориентационная поляризация типична для мн.

жидкостей и газов. Сходный механизм поляризации связан с «перескоком» под действием электрич. поля отд. ионов из одних положений равновесия в другие. Особенно часто такой механизм наблюдается в в-вах с водородной связью, напр. у льда, где ионы водорода имеют неск. положений равновесия. Поляризацию Д. характеризуют электрич. дипольным моментом единицы объёма где pi дипольные моменты ч-ц (атомов, ионов, молекул), N число ч-ц в единице объёма (см.

ПОЛЯРИЗУЕМОСТЬ). Величина R зависит от напряжённости электрич. поля E. В слабых полях R=cE. Коэфф. пропорциональности c наз. диэлектрической восприимчивостью. Часто вместо вектора R пользуются вектором электрич. индукции: D=E+4pR=eE (в системе СГСЭ), (1) где 6 диэлектрическая проницаемость. В вакууме c=0 и e=1 (в системе СГСЭ). Величины c и e осн.

характеристики Д. В анизотропных крист. Д. направление R определяется не только направлением поля Е, но и направлением осей симметрии кристалла. Поэтому вектор R составляет разл. углы с E в зависимости от ориентации Е по отношению к осям симметрии в кристалле. В этом случае e и c явл. тензорами. Диэлектрики в переменном поле. Если поле E быстро изменяется во времени t, то поляризация Д.

не успевает следовать за ним. Между колебаниями R и E появляется разность фаз 8. Диэлектрич. проницаемость в этом случае представляют комплексной величиной: e=e'-ie", причем e' и e" зависят от частоты перем. электрич. поля w. Абс. величина |e|=?(e'2+e"2) определяет амплитуду колебания вектора индукции D, а отношение e'/e" определяет диэлектрические потери.

В пост. электрич. поле e"=0, а e'=e. В перем. электрич. полях высоких частот (оптич. диапазон) св-ва Д. принято характеризовать показателями преломления n и поглощения k (вместо e' и e"). Первый равен отношению скоростей распространения эл.-магн. волн в Д. и в вакууме. Показатель поглощения k характеризует затухание эл.-магн. волн в Д. Комплексный показатель преломления равен n .