Учебное пособие (курс лекций)


НазваниеУчебное пособие (курс лекций)
страница8/12
Дата публикации03.05.2013
Размер1.35 Mb.
ТипУчебное пособие
userdocs.ru > География > Учебное пособие
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

3.2. Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость характеризует способность вещества изменять напряженность первичного электрического поля вследствие явления поляризации, т. е. упорядоченной ориентировки связанных электрических зарядов.

Диэлектрическая проницаемость вещества определяется отношением электрической индукции поля ^ D (количество электричества, которое поле способно индуцировать на единицу площади) к величине электрической напряженности поля Е (сила, действующая на единицу электрического заряда):

.

(3.6)

Размерность: .

Для свободного пространства этот коэффициент обозначается как 0:

.

Абсолютное значение диэлектрической проницаемости используется редко. Чаще и при теоретических, и при практических работах оперируют относительной диэлектрической проницаемостью, определяемой зависимостью:

.

(3.7)

отн, как видно из определения, является безразмерной величиной. Ее значение показывает, во сколько раз уменьшается сила взаимодействия между электрическими зарядами в данной среде по сравнению с вакуумом. Изменение силы взаимодействия зарядов связано с явлением поляризации вещества под влиянием электрического поля.

Мерой поляризации вещества принята величина поляризуемости р:

.

(3.8)

Здесь  диэлектрическая восприимчивость вещества. Если в пустом пространстве индукция

,




то в пространстве с диэлектрической проницаемостью

,

(3.9)

отсюда

.

(3.10)

Величина диэлектрической восприимчивости вещества пропорциональна числу молекул п, содержащихся в 1 см3 вещества, и коэффициенту поляризуемости молекулы а этого вещества

.

(3.11)

Поляризация, т. е. смещение заряженных частиц (электронов и ионов) и ориентировка полярных молекул под влиянием электрического поля  наиболее характерное свойство диэлектриков. Поляризационными свойствами обладают также многие полупроводники.

Вещества в электрическом поле испытывают упругую, релаксационную и структурную поляризацию.

Упругая поляризация заключается в смещении упругосвязанных зарядов (электронов, ионов) вещества в электрическом поле. Она протекает быстро (время установления совпадает с периодами колебаний, соответствующих инфракрасному излучению, т. е. 10-1210-14 с). Относительная диэлектрическая проницаемость у диэлектриков с упругой поляризацией обычно составляет 415, но у некоторых ионных кристаллов она достигает нескольких сотен (до 300 у титаната стронция, например).

Релаксационная (тепловая) поляризация характерна для веществ, содержащих слабосвязанные частицы, способные менять равновесие при тепловом движении. Поляризация этого типа вызывается тем, что приложенное внешнее электрическое поле создает в хаотическом тепловом движении заряженных частиц определенную упорядоченность. Различают две разновидности поляризации: ориентационную дипольную тепловую и ионную тепловую.

Дипольная поляризация возникает в полярных жидкостях (в том числе и в воде) за счет преимущественной ориентации слабосвязанных дипольных молекул в электрическом поле. Время релаксации полярной жидкости пропорционально ее вязкости. В сложных полярных молекулах может также наблюдаться внутримолекулярное вращение различных частей молекулы относительно друг друга.

Ионная тепловая поляризация возникает в ионных кристаллах, содержащих слабосвязанные ионы, появление ко­торых обусловлено дефектами кристаллической решетки. Ионы при тепловом движении перемещаются, преодолевая потенциальные барьеры. Электрическое поле формирует преимущественное направление их переходов. В результате дипольный момент единицы объема породы становится отличным от нуля и поддерживается этим электромагнитным процессом.

Наконец, в многофазных горных породах наблюдается структурная (объемная) поляризация, связанная с захватом носителей тока микродефектами кристаллической решетки, замедлением их передвижения у межфазовых границ раздела или с застреванием свободных зарядов на макронеоднородностях кристаллов. Это сравнительно медленный тип поляризации, период ее становления находится в преде­лах радиочастот (10-410-10 с).
3.2.1 Диэлектрическая проницаемость минералов

Диэлектрическая проницаемость минералов обусловлена главным образом упругой поляризацией (ионной и электронной). Относительная величина диэлектрической проницаемости большей части минералов находится в пределах 412, основных породообразующих минералов  47 (табл. 3.2). Наименьшее значение имеет нефть (24), наибольшее  рутил (90170).

Величина диэлектрической проницаемости минералов зависит в основном от их диэлектрической восприимчивости, которая, в свою очередь, определяется как степенью поляризуемости частиц, так и их количеством в единице объема. Последнее отражается в том, что в общем диэлектрическая проницаемость растет с повышением плотности минералов. Как видно из табл. 3.2, повышенную диэлектрическую проницаемость имеют тяжелые и плотные минералы  сульфиды, затем оксиды и кислородные соли, замыкают порядок наиболее легкие главнейшие породообразующие минералы.

С ростом давления возрастает у большинства минералов, однако есть минералы (галит, сильвин) с обратной зависимостью.

Изменения диэлектрической проницаемости коррелируется с изменениями твердости минералов. У твердых минералов энергия кристаллической решетки повышена, что снижает их поляризуемость, а значит, и диэлектрическую проницаемость. Например, у алмаза = 16, у графита – 81.
Таблица 3.2 – Диэлектрическая проницаемость минералов

Минералы

Частота

поля, Гц

отн

Минералы

Частота поля, Гц

отн

Самородные:

Хлориды и сульфаты:

алмаз

104

16,5

галит

102-107

6,2-5,7

графит

105

81

сильвин

-,,-

6,2-4,4

сера

-,,-

4

ангидрит

-,,-

6,3-5,7

Сульфиды

гипс

-,,-

4,23-4,24

галенит

105-109

81-17

Карбонаты

пирит

-,,-

12,1-0,9

кальцит

-,,-

8,7-7,5

арсенопирит




81

доломит

-,,-

9,5-7,8

Окислы:

Силикаты:

кварц

105- 109

4,59-4,54

роговая обманка

-,,-

5,8-4,9

лимонит

-,,-

11-10

лабрадор

-,,-

6,47

гематит

-,,-

170-25

каолинит

-,,-

9,1

вода

-,,-

81

кал. пол. шпат

-,,-

4,5-6,0


На величину минералов кроме состава заметное влияние оказывает адсорбированная в них влага. Для диэлектрической проницаемости в этом случае типична сильная дисперсия, особенно в области относительно невысоких частот электрического поля – 10105 Гц.
3.2.2. Диэлектрическая проницаемость горных пород

Диэлектрическая проницаемость большей части горных пород в общем выше, чем у минералов (табл. 3.3). Это объясняется повышенной влагонасыщенностью горных пород.

Величина также зависит от минерального состава породы, ее температуры, в меньшей степени – от структурных особенностей и давления.

У изверженных пород растет с ростом плотности. увеличивается с ростом основности пород и степени метаморфизма.
Таблица 3.3 – Диэлектрическая проницаемость пород

Породы

Частота поля, Гц

отн

Породы

Частота поля, Гц

отн

Магматические

Осадочные:

габбро

102

15

песчаник (сухой)

102107

119

диабаз

102

23

песчаник водонасыщ.

-,,-

2025

перидотит

5105107

135

песок сухой




35

базальт

105

18,8

песок водонасыщен.




1525

диорит

102

8

глина водонасыщен.




4060

сиенит

5105107

147

известняк плотный




812

трахит

-,,-

98

известняк водонасыщ.

-,,-

1530

гранит

5105107

76

каменный уголь

-,,-

152,5

Метаморфические

Жидкости

кварцит

51025107

74,3

нефть

-,,-

2,5

кристалл. сланец

-,,-

1211

вода

-,,-

81

гнейс

102

9,7










мрамор

-,,-

8,88,3











Диэлектрическая проницаемость осадочных пород определяется главным образом влагонасыщенностью (рис. 3.5).

С повышением минерализации вод растет.



Рисунок 3.5 – Зависимость диэлектрической проницаемости

от влажности песков и суглинков
С повышением температуры до 200300 С влагонасыщенных пород падает, так как снижается воды. При более высоких температурах для всех разновидностей пород характерно увеличение с ростом температуры, причем при t>700-800C наблюдается весьма резкий рост .

С ростом частоты питающего тока пород падает (рис. 3.6).




Рисунок 3.6 – Зависимость диэлектрической проницаемости

от частоты поля F
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   12

Похожие:

Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие Курс лекций Для студентов высших учебных заведений...
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, но может быть полезно и тем, кто самостоятельно изучает экономическую теорию
Учебное пособие (курс лекций) iconЛитература: Философия: Курс лекций: учебное пособие для студентов./...
Философия: Курс лекций: учебное пособие для студентов./ Под общей ред. В. Л. Калашникова. М. 1999. с. 6 – 17
Учебное пособие (курс лекций) iconКурс лекций для иностранных студентов харьков
К 78 Политология: курс лекций для иностранных студентов. Учебное пособие. – Харьков: хнму, 2012. – 154 с
Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие по дисциплине «Экономика»
В. В. Янова. — 4-е изд., стереотип. — М: Издательство «Эк­замен», 2008. — 382, [2] с. (Серия «Курс лекций»)
Учебное пособие (курс лекций) iconУчебное пособие 032700 «Филология»
История зарубежной литературы Средних веков и эпохи Возрождения. Конспекты лекций: Учебное пособие / Авт сост. Я. В. Погребная. –...
Учебное пособие (курс лекций) iconКраткий курс менеджмент а. Большаков учебное пособие санкт-Петербург...
Б79 Менеджмент / Учебное пособие. — Спб.: «Издательство "Питер"», 2000. — 160 с.: ил. — (Серия «Краткий курс»)
Учебное пособие (курс лекций) iconКонспект лекций по дисциплине: «методика преподавания театральных дисциплин»
Учебное пособие предназначено для студентов Театрального отделения локкиИ. Это учебное пособие представляет собой очень очень краткое...
Учебное пособие (курс лекций) iconМареев С. Н., Мареева Е. В. История философии (общий курс): Учебное пособие
История философии (общий курс): Учебное пособие. — М.: Академический Проект, 2004. — 880 с. — («Gaudeamus»)
Учебное пособие (курс лекций) iconКраткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии...
Рудаков Н. В. Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. Часть Частная микробиология и вирусология:...
Учебное пособие (курс лекций) iconКурс лекций по древней философии
Фрагменты публикуются по источнику: Чанышев А. Н. Курс лекций по древней философии: Учеб пособие для филос фак и отделений ун-тов....
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница