DIELEKTRICI

Dipolni momenat:

Polarizacija:

pNVp

P

Polarizovani dielektrik -Dielektrik sa dipolnim momentom u svakom elementu svoje zapremine.

Polarizacija- rezultujući dipolni momenat u jedinici zapremine.

Spontana polarizacija- polarizacija dielektricima kada nisu izloženi dejstvu spoljašnjeg polja različita od nule.

dqp

DIELEKTRICI

Dielektrična indukcija ili dielektrični pomeraj

PKD

0gde je K jačina polja, a 0 dielektrična propustljivost vakuma 0=8.8510-12F/m.

Za linearne dielektrike:

KP e 0

KKKKKD ree 0000 1

gde je e-dielektrična susceptibilnost, r- relativna dielektrična konstanta i -apsolutna dielektrična konstanta

Za nelinearne dielektrike:

KfP

KP

r

0

1

1 er

DIELEKTRICI

Lokalno polje

03PKK l

gde jeK srednje makroskopsko polje.

Za linearne dielektrike:

KKP re 100

KKK r

l

0

0

31

KK rl

32

KK lr 1

DIELEKTRICI

Klauzijus - Mosotijeva jednačina za linearne dielektrike

pNP

lKp

1

32

13

2

0

00

rr

re

rlN

KKP

KNKNP

)(NNjde

r

r

00 3321

0311

Nrr

Klauzijus - Mosotijevu jednačina.

PODELA DIELEKTRIKA

Dielektrici se mogu podeliti na nepolarne i polarne dielektrike. •Nepolarni dielektrici - dielektrici kod kojih se u odsustvu električnog polja centri pozitivnog i negativnog naelektrisanja u molekulu poklapaju. Kada se priključi električno polje dolazi do pomeranja centara naelektrisanja (javlja se indukovani dipolni momenat).

•Polarni dielektrici - dielektrici kod kojih se u odsustvu električnog polja centri pozitivnog i negativnog naelektrisanja u molekulu ne poklapaju - postoje stalni dipolni momenti koji se priključivanjem električnog polja orijentišu u pravcu polja.

Vrste polarizacija Osnovni vidovi polarizacija

Ostali vidovi polarizacija

VRSTE POLARIZACIJE Elektronska polarizacija - polarizacija u kojoj dolazi do deformacije elektronske

orbitale u pravcu polja.

3004 re

Polarizabilnost

VRSTE POLARIZACIJE Dipolna (orjentaciona) polarizacija –javlja se u polarnim jedinjenjima kod kojih

postoji stalni dipolni momenat.

Polarizabilnost

kTp

d 3

2

(a) Molekul HCl ima stalni dipolni momenat. (b) U odsustvu polja, a zbog termičkih vibracija molekula, dipolni momenti su haotično raspoređeni. (c) U prisustvu polja dipol rotira pod dejstvom momenta sile. (d) Dipolni momenti teže da zauzmu pravac električnog polja.

VRSTE POLARIZACIJE

Jonska polarizacija –javlja se u jonskim jedinjenjima kod kojih dolazi do pomeranja jona jednih u odnosu na druge

(a) Lanac jona u kristalu NaCl u odsustvu električnog polja. Neto dipolni momenat po jonu jednak je nuli.

(b) U prisustvu spoljašnjeg polja joni se pomeraju, što ima za posledicu stvaranje dipolnog momenta po jonu.

POLARIZACIJA

Kod svih vrsta dielektrika postoji elektronska polarizacija i e. Ukupna polarizacija jednaka je zbiru elektronske, jonske i dipolne polarizacije. Za = e r = n2 gde je n indeks prelamanja.

jde

Molarna polarizacija PM:

0321

A

r

rM

NdMP

Polarizacija dielektrika u naizmeničnom polju

a) Rezonantni efekti

b) Relaksacioni efekti

c) Ukupni efekti

Nelinearni dielektrični materijali

a) Feroelektrici

b) Piezoelektrici

c) Piroelektrici

d) Elektreti

Primena dielektričnih materijala Izolacioni materijali

Materijal r (Wm) Dćv (kV/m

m)

r (50Hz)

tgd10-4 Primena

Polietilen 1015 45-60 2.25 <2 Izolacija kablova

PVC 1012 25-50 6.21 730 Izolacija kablova

Silikon. guma

1012 -1015 20-70 2.50 5-70 Izolacija kablova

Kablov. ulje

1010 12 2.2 1.3 Iz. uljnih kablova

SiO2 1015 23 3.78 8.5 Izolator u IK

Visokonaponski koaksijalni kabal

Primena dielektričnih materijala Kondenzatorski materijali- služe za izradu dielektričnih slojeva kondenzatora u integrisanoj i diskretnoj tehnologiji

Materijal Dčv (kV/mm)

r (50Hz) tgd10-4 Primena

BaTiO3 Ba-SrTiO3

15-20 1000-3000 30-100 Debeloslojna IK

TiO2 10-20 14-160 10 Debeloslojna IK

Ta2O5 22 30 Tankoslojna IK

Si3N4 6.9 GaAs IK

SiO2 23 3.78 8.5 Si IK

Kondenz. papir

8 3 50 Diskretni kondenzatori

Kondenzatorski materijali

Jednoslojni i višeslojni keramički kondenzatori u diskretnoj tehnologiji

Polimerni kondenzator

(a) pre motanja (b) posle motanja

Al kondenzator sa tečnim elektrolitom Ta kondenzator sa čvrstim elektrolitom

Primena dielektričnih materijala

Optička vlakna - Koriste se u telekomunikacijama za prenos signala sa nosećim frekvencijama od 1014-1015 Hz.

Prednosti nad Cu kablovima: širi propusni opseg (~1 GHz), eliminacija preslušavanja, manje slabljenje signala.

Optička vlakna sastoje se od jezgra (veći indeks prelamanja) i omotača (manji indeks prelamanja). Optički signal se prostire po principu totalne refleksije.

Multimodna vlakna

Pobuda LED diodama

Primena dielektričnih materijala Dielektrični materijali specijalne namene - Piezoelektrici, piroelektrici i elektreti koriste se za izradu pretvarača neelektričnih signala u električne, i obrnuto.

Eletromehanički pretvarači:

Piezoelektrični pretvarač generiše ultrazvučne talase u kristalu i detektuje takve mehaničke talase

Piezoelektrični generator varnice

Termoeletro pretvaraći:

Piroelektrični detektor