8.3. Тепловая (релаксационная) поляризация

Сведения об упругой поляризации диэлектриков, приведенные в предыдущем параграфе, не содержали информации о зависимости этого процесса от температуры. Между тем ясно, что индуцированный внешним полем электрический дипольный момент определяется не только напряженностью электрического поля и особенностями строения частиц, составляющих тело, но и интенсивностью их теплового движения. Поскольку в процессах поляризации, как известно, участвуют электроны, ионы и диполи, то соответственно различают электронную, ионную и дипольную тепловые поляризации.

В отличие от упругой, тепловая поляризация устанавливается достаточно медленно и является процессом релаксационным, т . е. поляризованное состояние достигается не сразу а за некоторое время, называемое временем релаксации. Причина этого состоит в том, что твердое (жидкое или газообразное) тело является термодинамической системой, которая при определенной температуре может находиться в равновесном состоянии, одной из характеристик которого является поляризация. Приложение внешнего электрического поля к диэлектрику, находящемуся в состоянии равновесия, приводит к определенной перестройке системы, в результате чего за время релаксации устанавливается новое поляризованное состояние. Если электрическое поле выключить, то в обычном диэлектрике (справедливо не для всех диэлектриков) за счет тепловых колебаний и перемещений частиц восстанавливается хаотическая ориентация диполей или хаотическое распределение электронов и ионов, и поляризованное состояние через некоторое время исчезает. Уменьшение поляризации со временем описывается экспоненциальной зависимостью

,

(8.30)

где  − время релаксации, т. е. время, в течение которого поляризация P изменяется по сравнению с ее первоначальной величиной  в e раз.

Необходимо заметить, что рассмотренная выше упругая поляризация во всех ее видах − процесс, проходящий во много раз быстрее, чем устанавливается релаксационная (тепловая) поляризация.