Власова С.В., Елина Е.В., Петров В.М.

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара

К ВОПРОСУ О ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ НЕКОТОРЫХ МИНЕРАЛОВ

По диэлектрическим свойствам минералы делятся на диэлектрики (полевой шпат, алмаз) и проводники или полупроводники (графит, пирит, никелит) и др.

Диэлектрические свойства этих веществ определяется диэлектрической проницаемостью, которую представляют в комплексном виде

ε = ε′ – iε′′

Действительная составляющая ε′ определяет способность вещества к поляризации в электрическом поле, а мнимая ε′′ - определяет диэлектрические потери (или рассеиваемую мощность).

Диэлектрические потери в диэлектриках характеризуют тангенсом угла потерь tgδ, связанную с ε′′ соотношением

ε′′ = ε tgδ

Потери в проводниках и полупроводниках определяются удельной электрической проводимостью

γ = ωε′′εо, где ω = 2πf частота, а εо – электрическая постоянная (εо = 8,85^. 10^-12 Ф/м).

Мощность, выделяемая в единице объема вещества Р = ωЕ² ε′′εо, где Е – напряженность действующего поля.

В диэлектрических минералах удельная мощность Р = ωЕ² εо ε tgδ, а

в проводящих Р = γЕ²

Во всех кристаллах имеется электронная поляризация. Она дает низкую ε и очень малые потери (tgδ – низкий) на всех частотах вплоть до оптических. Но в некоторых кристаллах может быть и ионная поляризация, тогда диэлектрическая проницаемость выше (например, у перовскита ε = 150). Диэлектрические потери этих веществ во всех частотах остаются малыми.

В полярных диэлектриках наблюдается релаксационная поляризация и потери в них велики (например, у топаза состав которого Al₂ [SiO₄] (F, OH)₂,

ε = 6,8, a tgδ = 10^-2 – 10^-3, у турмалина ε = 6,3 с tgδ = 10^-3. В то время, как у неполярных диэлектриках, например, у кварца ε = 4,51, tgδ = 2 ^.10^-4 ).

В проводящих минералах основной вклад в диэлектрические потери вносит их электропроводность. Так, если удельная проводимость вещества 1 См/м, а

ε = 10, то tgδ = 0,75 на частоте 2,4 ГГц. Поэтому в таких минералах рассеиваемая мощность поля определяется ранее указанной формулой и не зависит от ε.

В табл.1 представлены диэлектрические параметры минералов с различными механизмами потерь – как релаксационными, так сквозной проводимости.

Минералы с высокими диэлектрическими потерями

Минералы	Состав	ε	tgδ
Мрамор	СаСО3	8,8	10^-2
Кальций	СаСО3	8	10^-2
Магнезит	МgCO3	10,6	10^-2 -10^-3
Доломит	CaMg(CO3)2	7,7	10^-2
Сидерит	FeCO3	7	10^-2
Стронцианит	SrCO3	7	10^-2
Ангидрит	CaSO4	6,5	10^-3
Гипс	CaSO42H2O	7,9	10^-2

Потери проводимости в полупроводящих веществах сильно растут с ростом температуры, а также с увеличением влажности. В пористых минералах при их увлажнении проводимость сильно растет, что приводит к увеличению, как диэлектрической проницаемости, так и потерь. В гетерогенных веществах, содержащих проводящие включения, какими являются многие горные породы, проводимость одной из фаз приводит к появлению миграционных диэлектрических потерь, которые зависят от частоты. Обычно максимум миграционных потерь в области низких частот, но в рудах с сильно проводящими минералами он оказывается в метровом или дециметровом диапазоне волн.

В минералах, являющимися анизотропными кристаллами, значение tgδ зависит от кристаллографического направления. Диэлектрические потери также зависят от примесей.

Действие сильного поля приводит к тому, что порода быстро нагревается, и ее параметры изменяются, потери растут. Вследствие этого может возникнуть лавинообразный процесс разогрева, вплоть до плавления породы.

Литература:

Петров В.М. Разупрочнение горных пород мощным электромагнитным полем СВЧ. М. Информмост – Радиоэлектроника и телекоммуникации 2002,

№ 2.