Что такое диэлектрик, его свойства и применение

Твердые диэлектрики могут предотвратить попадание влаги внутрь. Благодаря этому свойству они часто используются в наружном оборудовании. Это относится не только к воде, но и к другим жидкостям, таким как напитки, соки, молоко и т.д.

Что такое диэлектрик

Многие школьники и студенты не любят физику из-за большого количества загадочных слов и странных формул. Одним из таких заумных предметов являются диэлектрики. Что это такое, где он используется и зачем он вообще нужен? Дети никак не могут его понять, а учителя обычно не могут объяснить важную информацию. Поэтому сегодня, как учитель физики, я хочу помочь школьникам и студентам узнать о диэлектриках.

Chto-takoe-die

Диэлектрики или изоляторы – это вещества, которые практически не проводят ток. К ним относится все, что не проводит электричество: воздух, газы, дерево, стекло, пластик и многое другое. Они используются во многих технологиях и машинах для ограничения распространения электричества.

Возьмем, к примеру, пластик. Если вы поместите небольшой предмет в наэлектризованную среду, вы заметите необычное явление: он начнет притягивать положительные или отрицательные заряды. Но как только мы выключаем поле, все прекращается. Пластик перестает притягиваться и остается на месте.

Фактически, этот эксперимент показывает, что изоляторы не могут проводить ток, но являются для него своеобразным препятствием, не давая ему распространяться дальше. И даже если ток и проходит через них, то в минимальных, безвредных количествах.

Иногда возникает большая путаница относительно свойств диэлектриков. Многие наделяют их бесполезными и невозможными функциями, которые никогда не приходили в голову этим материалам, или, наоборот, отнимают их. Сейчас я кратко и быстро расскажу обо всех свойствах диэлектриков.

F e 1 → + m g → + N 1 → = 0 .

Что такое диэлектрики и примеры

Если диэлектрик поместить в электрическое поле, то и диэлектрик, и само поле претерпят значительные изменения. В диэлектриках, в которых до контакта с полем не было заряда, образуются электрические заряды. Это явление обусловлено процессом поляризации вещества, другими словами, диэлектрик приобретает электрические полюса в поле. Заряды, созданные таким образом, называются поляризационные заряды..

Эти заряды не могут быть разделены и сильно отличаются от индуктивных зарядов в проводниках. Эта разница обусловлена тем, что в металлах есть электроны, которые могут перемещаться на относительно большие расстояния. В диэлектриках положительные и отрицательные заряды связаны вместе, и их движение ограничено границами одной молекулы, что является чрезвычайно малым расстоянием.

Диэлектрики состоят из нейтральных молекул или заряженных ионов, закрепленных в равновесном положении, например, в узлах кристаллической решетки. Ионные кристаллические решетки можно разделить на в целом нейтральные “элементарные ячейки”.

Действие электрического поля на заряды, принадлежащие диэлектрику, приводит лишь к незначительному смещению относительно начального положения, в то время как заряды проводников, на которые оказывается аналогичное воздействие, смещаются. В отсутствие электрического поля диэлектрик можно условно представить как совокупность молекул, в которых положительные и отрицательные заряды равномерно распределены по всему объему вещества.

При поляризации заряды каждой отдельной молекулы диэлектрика смещаются в противоположные стороны. Поэтому одна часть молекулы становится положительно заряженной, а другая – отрицательно заряженной, что в общем случае позволяет утверждение молекула превращается в электрический диполь.

Равенство электрических сил, действующих на нейтральную молекулу диэлектрика в однородном поле, равно нулю. Этот факт объясняется тем, что центр тяжести молекулы не смещается ни в одну из сторон. Молекула просто деформируется.

Существуют диэлектрики, в которых в отсутствие электрического поля молекулы имеют дипольный момент (полярные молекулы).

В отсутствие поля эти молекулы, которые непосредственно участвуют в тепловом движении, ориентированы неупорядоченно. Если, с другой стороны, диэлектрик находится в поле, молекулы в основном ориентированы в направлении поля. Поэтому диэлектрик подвергается процессу поляризации.

Симметричные молекулы, такие как O 2 , N 2 , например, имеют одинаковые центры тяжести отрицательных и положительных зарядов в отсутствие поля. По этой причине молекулы не имеют собственного дипольного момента (неполярные молекулы). В случае асимметричных молекул (примерами являются H 2 O , C O ) центры тяжести смещены друг к другу, в результате чего молекулы обладают дипольным моментом и называются полярная.

Существуют также диэлектрические или ионные кристаллы, которые образуются с ионами противоположного знака. Такой кристалл состоит из пары решеток, одна из которых положительная, а другая отрицательная. В общем, кристалл можно представить себе как гигантскую молекулу. Процесс приложения электрического поля вызывает сдвиг одной решетки относительно другой, что приводит к поляризации ионных кристаллов. Существует также тип кристаллов, которые поляризуются без поля. В дальнейших исследованиях поведения диэлектриков в электрических полях механизм поляризации не будет иметь большого значения. Единственным значимым фактом является то, что поляризация диэлектрика происходит за счет появления нескомпенсированных макроскопических зарядов. Объемная плотность заряда ( ρ ) и поверхностная плотность ( σ ) неполяризованного диэлектрика равны нулю. После процесса поляризации σ ≠ 0 , а в некоторых случаях ρ ≠ 0 . Поляризация приводит к избытку связанных зарядов одинакового знака в тонком поверхностном слое диэлектрика. Если ортогональная или перпендикулярная часть напряженности поля E n → ≠ 0 в данной области, эффект поля заставляет заряды с одним знаком двигаться внутрь, а с другим знаком – наружу.

1. физ. материал с низкой электропроводностью; изолятор [1] ◆ Эффект существовал, но не мог быть использован на практике: для диэлектрик в диэлектрик для правильного вращения необходимо приложить огромное напряжение до 100 киловольт и более, при котором диэлектрик диэлектрик начинает проявлять некоторые свойства проводника. Борис Руденко, “Водный монолит и каменная река”, 2009 // Наука и жизнь (цит. по NKRNY) ◆ Возможно, удастся получить полимеры с проводящими свойствами, и, возможно, когда-нибудь проводящие провода и кабели будут выглядеть следующим образом: полимер внутри полимера, причем первый будет типичным проводником, а второй – нашим старым, знакомым. диэлектрик. B. Кренцель, В. Павлов, “Полимеры от А до Я”, 1965 // “Химия и жизнь” (цитата по НКРЯ)

Диэлектрик

DIELECTRIC, -а, м. Phys. Вещество, которое плохо проводит электричество.

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: в 4-х томах / РАН, Институт лингвистических исследований; под ред. А. П. Евгеньевой. – 4-е изд. – М.: Рус. яз; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

  • Диэлектрик (изолятор) (от греческого dia – через и electric – электрический) – это вещество (материал), которое относительно плохо проводит электричество. Электрические свойства диэлектриков определяются их способностью поляризоваться во внешнем электрическом поле. Термин был введен английским физиком М. Фарадеем.

Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см-3. С точки зрения электродинамики, диэлектрик – это среда с малым коэффициентом дисперсии (

); в этой среде ток проводимости намного меньше тока смещения. Идеальный диэлектрик – это среда со значением

DIELECTRIC, а, м. (физ.). Диэлектрическое тело, вещество, например, стекло.

Источник: “Толковый словарь русского языка” под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

диэлектрик

1. физический материал с низкой электропроводностью; изолятор [1] ◆ Эффект существовал, но не мог быть использован на практике: для диэлектрик в диэлектрик чтобы правильно вращаться, необходимо приложить огромное напряжение до 100 кВ и более, при котором диэлектрик диэлектрик начинает проявлять некоторые свойства проводника. Борис Руденко, “Водный монолит и каменная река”, 2009 // “Nauka i Życie” (цит. по NKRNY) ◆ Возможно, удастся получить полимеры с проводящими свойствами, и, возможно, когда-нибудь проводящие провода и кабели будут выглядеть следующим образом: полимер внутри полимера, причем первый будет типичным проводником, а второй – нашим старым, знакомым. диэлектрик. B. Кренцель, В. Павлов, “Полимеры от А до Я”, 1965 // Химия и жизнь (цитируется по НКРН)

Создаем лучшую карту слов вместе

/>Добро пожаловать, меня зовут Lampbot, и я компьютерная программа, которая поможет вам создать карту слов. Я отлично разбираюсь в математике, но пока не очень хорошо понимаю, как устроен ваш мир. Пожалуйста, помогите мне разобраться!

Спасибо! Я стал немного лучше понимать мир эмоций.

Вопрос: – Это что-то нейтральное, позитивное или негативное?

Если такой кристалл растянуть или сжать, то электрические моменты положительных диполей сравняются по величине с электрическими моментами отрицательных диполей. Другими словами, не происходит изменения полярности диэлектрика и отсутствует пьезоэлектрический эффект.

Свойства диэлектриков

Если бы у веществ были свои гербы, то герб сегнетовой соли наверняка был бы украшен виноградной лозой, петлей гистерезиса и символами многих областей современной науки и техники.

Родословная соли Segnet восходит к 1672 году. Когда Пьер Сегне, французский аптекарь, впервые получил бесцветные кристаллы из виноградной лозы и использовал их в лечебных целях.

В то время невозможно было представить, что эти кристаллы обладают удивительными свойствами. Эти свойства дали нам право выделять из огромного количества диэлектриков особые группы диэлектриков:

  • Пьезоэлектрики.
  • Пироэлектричество.
  • Сегнетоэлектрики.

Со времен Фарадея было известно, что диэлектрические материалы становятся поляризованными во внешнем электрическом поле. В этом случае каждая ячейка имеет электрический момент, подобный электрическому диполю. А полный дипольный момент единицы объема определяется вектором поляризации.

Диэлектрик 1

В нормальных диэлектриках поляризация однозначно и линейно зависит от величины внешнего электрического поля. Поэтому диэлектрическая восприимчивость почти всех диэлектриков постоянна.

P/E=X=const

Кристаллические решетки большинства диэлектриков состоят из положительных и отрицательных ионов. Кристаллы с кубической решеткой обладают наивысшей симметрией среди кристаллических веществ. Внешнее электрическое поле поляризует кристалл и снижает его симметрию. Когда внешнее поле исчезает, кристалл восстанавливает свою симметрию.

Диэлектрик 2

В некоторых кристаллах электрическая поляризация может также возникать спонтанно в отсутствие внешнего поля. Вот как выглядит кристалл гадолиний-молибдена в поляризованном свете. Как правило, спонтанная поляризация неоднородна. Кристалл разделен на домены – области однородной поляризации. Развитие многодоменной структуры уменьшает общую поляризацию.

Пироэлектрика

В пироэлектриках спонтанная поляризация экранируется свободными зарядами, которые уравновешивают связанные заряды. Нагрев пироэлектрика изменяет его поляризацию. При температуре плавления пироэлектрические свойства полностью исчезают.

Некоторые пироэлектрики называют сегнетоэлектриками. Направление поляризации может быть изменено на противоположное под действием внешнего электрического поля.

Диэлектрик 3

Существует гистерезисная зависимость между ориентацией поляризации сегнетоэлектрика и величиной внешнего поля.

В достаточно слабых полях поляризация линейно зависит от величины поля. При дальнейшем увеличении поля все домены ориентируются в направлении поля, переходя в режим насыщения. Когда поле уменьшается до нуля, кристалл остается поляризованным. Сегмент CO называется остаточной поляризацией.

Диэлектрик 4

Поле, при котором изменяется направление поляризации, сегмент DO называется коэрцитивной силой.

Диэлектрик 5

В конце концов, кристалл полностью меняет направление поляризации. Когда поле снова меняется, поляризационная кривая замыкается.

Диэлектрик 6

Однако ферроэлектрическое состояние кристалла возникает только в определенном диапазоне температур. В частности, соль сегнеция имеет две точки Кюри: -18 и +24 градусов, где происходят фазовые переходы второго рода.

Группы сегнетоэлектриков

Микроскопическая теория фазовых переходов делит сегнетоэлектрики на две группы.

Первая группа

Титанат бария относится к первой группе, и, как ее еще называют, к группе сегнетоэлектриков сдвигового типа. В неполярном состоянии титанат бария имеет кубическую симметрию.

Диэлектрики 7

При фазовом переходе в полярное состояние происходит смещение ионных подсетей и уменьшение симметрии кристаллической структуры.

Вторая группа

Вторая группа включает кристаллы, такие как нитрат натрия, которые имеют неупорядоченную подсеть структурных элементов в неполярной фазе. Фазовый переход в полярное состояние здесь связан с упорядочением кристаллической структуры.

Диэлектрики 8

В разных кристаллах может быть два или более вероятных положений равновесия. Существуют кристаллы, в которых дипольные цепи имеют антипараллельную ориентацию. Полный дипольный момент таких кристаллов равен нулю. Такие кристаллы называются антисегнетоэлектриками.

Диэлектрики 9

Зависимость поляризации линейна до критического значения поля.

Диэлектрики 10

Дальнейшее увеличение величины поля сопровождается переходом в сегнетоэлектрическую фазу.

Диэлектрики 11
Третья группа

Существует еще одна группа кристаллов – ферроэлектрики.

Диэлектрики 12

Ориентация их дипольных моментов такова, что в одном направлении они обладают свойствами антисегнетоэлектриков, а в другом направлении – сегнетоэлектриков. В сегнетоэлектриках существует два типа фазовых переходов.

При фазовом переходе второго рода спонтанная поляризация плавно уменьшается до нуля в точке Кюри, а диэлектрическая восприимчивость, быстро изменяясь, достигает огромных значений.

Диэлектрики 13

Во время фазового перехода первого рода поляризация резко исчезает. Электрическая восприимчивость также резко меняется.

Диэлектрики 14

Высокая диэлектрическая проницаемость, электрическая поляризация ферроэлектриков делает их перспективными материалами для современных технологий. Например, уже широко используются нелинейные свойства прозрачной сегнетокерамики. Чем ярче свет, тем больше он поглощается специальными стеклами.

Это эффективная защита глаз для работников некоторых отраслей, где происходят внезапные и интенсивные вспышки света. Сегментированные диэлектрические кристаллы с электрооптическим эффектом используются для передачи информации с помощью лазерного луча. Лазерный луч моделируется в кристалле в пределах прямой видимости. Затем луч направляется на набор приемных устройств, где информация извлекается и воспроизводится.

Пьезоэлектрический эффект

В 1880 году братья Кюри обнаружили, что при деформации сегнетовой соли на ее поверхности появляются поляризационные заряды. Это явление было названо прямым пьезоэлектрическим эффектом.

Если на кристалл воздействовать внешним электрическим полем, он начинает деформироваться, то есть возникает обратный пьезоэлектрический эффект.

Диэлектрики 15

Однако эти изменения не наблюдаются в кристаллах, имеющих центр симметрии, таких как сульфид свинца.

Если такой кристалл подвергается воздействию внешнего электрического поля, то подсети отрицательных и положительных ионов смещаются в противоположных направлениях. Это приводит к поляризации кристалла.

Диэлектрики 16

В этом случае мы наблюдаем электрострикцию, при которой деформация пропорциональна квадрату электрического поля. Поэтому электрострикция входит в класс четных эффектов.

ΔX1=ΔX2

Если такой кристалл растянуть или сжать, то электрические моменты положительных диполей будут равны величине электрических моментов отрицательных диполей. Другими словами, не происходит изменения полярности диэлектрика и отсутствует пьезоэлектрический эффект.

В кристаллах с низкой симметрией при деформации возникают дополнительные силы обратного пьезоэлектрического эффекта, противодействующие внешним взаимодействиям.

Диэлектрики 17

Таким образом, в кристалле, не имеющем центра симметрии в распределении заряда, величина и направление вектора смещения зависят от величины и направления внешнего поля.

Это позволяет осуществлять различные виды деформации пьезокристаллов. Путем склеивания пьезоэлектрических пластин между собой можно получить компрессионный рабочий элемент.

Диэлектрики 18

В этой конструкции пьезоэлектрическая плитка работает на изгиб.

Диэлектрики 19
Пьезокерамика

Если к пьезоэлектрическому элементу приложить переменное поле, элемент будет вибрировать и производить акустические волны. Пьезокерамика используется для производства пьезоэлектрических изделий. Это поликристаллы ферроэлектрических соединений или твердые растворы на их основе. Изменяя компоненты и геометрию керамики, можно управлять ее пьезоэлектрическими параметрами.

Прямые и обратные пьезоэлектрические эффекты используются в широком спектре электронных устройств. Многие электроакустические, электронные и измерительные компоненты, такие как волноводы, резонаторы, усилители частоты, микросхемы и фильтры, используют свойства пьезокерамики.

Пьезоэлектрические двигатели

Активным элементом в пьезоэлектрическом двигателе является пьезоэлемент.

Диэлектрики 20

В течение одного периода колебаний источника переменного электрического поля он растягивается и взаимодействует с ротором, а в течение следующего периода возвращается в исходное положение.

Превосходные электрические и механические свойства пьезоэлектрического двигателя позволяют ему успешно конкурировать с традиционными электрическими микромашинами.

Пьезоэлектрические трансформаторы

Принцип их действия также основан на свойствах пьезокерамики. Под воздействием входного напряжения в индукторе возникает обратный пьезоэлектрический эффект.

Диэлектрики 21

Волна искажения передается в секцию генератора, где прямой пьезоэлектрический эффект изменяет полярность диэлектрика, вызывая изменение выходного напряжения.

Диэлектрики 22

Поскольку в пьезотрансформаторе вход и выход гальванически развязаны, функция преобразования входного напряжения и тока, согласование входа и выхода с нагрузкой, лучше, чем в обычных трансформаторах.

Различные явления ферроэлектричества и пьезоэлектричества все еще исследуются. Несомненно, в будущем будут разработаны устройства, основанные на новых и удивительных физических эффектах в твердых телах.

Классификация диэлектриков

В зависимости от различных факторов они проявляют различные изоляционные свойства, которые определяют область их применения. На диаграмме ниже показана структура классификации диэлектриков.

Диэлектрики, состоящие из неорганических и органических элементов, стали популярны в народном хозяйстве.

Неорганические материалы – это соединения углерода с различными элементами. Углерод обладает высокой способностью к образованию химических связей.

Минеральные диэлектрики

Этот тип диэлектриков появился с развитием электротехнической промышленности. Технология производства минеральных диэлектриков и их виды значительно улучшились. Поэтому эти материалы уже вытесняют химические и природные диэлектрики.

Минеральные диэлектрические материалы включают:
  • Стекло (конденсаторы, лампы) является аморфным материалом и состоит из системы сложных оксидов: кремния, кальция, алюминия. Это улучшает диэлектрические свойства материала.
  • Стеклоэмаль наносится на металлическую поверхность.
  • Стекловолокно – стеклянная пряжа, которая используется для производства стеклотканей.
  • Стекловолокно – это светопроводящее стекловолокно, представляющее собой пучок волокон.
  • Силикаты – кристаллические силикаты.
  • Керамика – фарфор, мыльный камень.
  • Слюда – микалекс, пластичная слюда, миканит.
  • Асбест – это минерал с волокнистой структурой.

Различные диэлектрики не всегда заменяют друг друга. Степень их использования зависит от их стоимости, простоты применения и свойств. Помимо изоляционных свойств, к диэлектрикам предъявляются тепловые и механические требования.

Жидкие изоляционные материалы
Нефтяные масла

Трансформаторное масло используется в силовых трансформаторах. Они наиболее популярны в электротехнике.

Кабельные масла используются при производстве электрических кабелей. Они используются для пропитки бумажной изоляции кабелей. Это повышает электрическую прочность и рассеивает тепло.

Синтетические жидкие диэлектрики

Для пропитки конденсаторов необходим жидкий диэлектрик, увеличивающий их емкость. Эти вещества представляют собой жидкие диэлектрики на синтетической основе, которые лучше масел на нефтяной основе.

Хлорированные углеводороды образуются из углеводородов путем замены в молекулах атомов водорода на атомы хлора. Полярные бифенильные продукты, которые включают C12 Н10-nC Ln.

Их преимуществом является устойчивость к горению. Их недостатком является токсичность. Вязкость хлорированных бифенилов высока, поэтому их необходимо разбавлять менее вязкими углеводородами.

Органосиликоновые жидкости характеризуются низкой гигроскопичностью и высокой термостойкостью. Их вязкость очень мало зависит от температуры. Такие жидкости имеют высокую стоимость.

Фторорганические жидкости обладают аналогичными свойствами. Некоторые жидкости для проб могут работать в течение длительного времени при температуре 2000 градусов Цельсия. Такие октоленовые жидкости состоят из смеси полимеров изобутилена, получаемых из продуктов крекинга нефтяного газа, и являются дешевыми.

Натуральные смолы

Росин – это смола с повышенной хрупкостью, получаемая из живицы (сосновой смолы). Розин состоит из органических кислот, легко растворимых в нефтяных маслах при нагревании, а также в других углеводородах, спирте и скипидаре.

Температура размягчения канифоли составляет 50-700 градусов Цельсия. На открытом воздухе канифоль окисляется, быстрее размягчается и хуже растворяется. Канифоль, растворенная в масле, используется для пропитки кабелей.

Растительные масла

Эти масла представляют собой вязкие жидкости, получаемые из семян различных растений. Наиболее важными являются высыхающие масла, которые могут затвердевать под воздействием тепла. Тонкий слой масла на поверхности материала высыхает, образуя твердое, прочное электроизоляционное покрытие.

Скорость высыхания масла увеличивается за счет повышения температуры, освещения, использования катализаторов – сиккативов (соединений кобальта, кальция, свинца).

Льняное масло имеет золотисто-желтый цвет. Его получают из семян льна. Температура замерзания льняного масла составляет -200 градусов Цельсия.

Тунговое масло производится из семян тунгового дерева. Это дерево растет как на Дальнем Востоке, так и на Кавказе. Масло нетоксично, но не съедобно. Тунговое масло застывает при температуре 0-50 градусов. Такие масла используются в электротехнике для изготовления лаков, красок, пропитки древесины, а также в качестве жидких диэлектриков.

Касторовое масло используется для пропитки бумажных диэлектрических конденсаторов. Касторовое масло получают из семян клещевины. Он застывает при температуре -10 -180 градусов Цельсия. Касторовое масло легко растворимо в этаноле, но нерастворимо в бензине.

Разложение может быть электрическим (ударная ионизация, фотоионизация), термическим (высокие диэлектрические потери, следовательно, большое количество тепла, может происходить обугливание с перегревом) и электрохимическим (из-за образования подвижных ионов).

Теоретическую разницу между этими тремя типами материалов можно проиллюстрировать, и я это сделаю, на рисунке ниже:

Рисунок красивый, знакомый со школьных времен, но ничего практического из него извлечь нельзя. Однако этот графический шедевр четко определяет разницу между проводником, полупроводником и диэлектриком.

Разница заключается в размере энергетического барьера между валентной зоной и зоной проводимости.

В проводнике электроны находятся в валентной полосе, но не все, потому что валентная полоса является самой внешней границей. Совершенно верно, это так же, как с мигрантами. Зона проводимости пуста, но она рада посетителям, потому что для них есть много бесплатных рабочих мест в виде зон свободной энергии. При приложении внешнего электрического поля крайние электроны приобретают энергию и переходят на свободные уровни зоны проводимости. Это движение также называется электрическим током.

Диэлектрики и проводники похожи, за исключением наличия “забора”, запретной зоны. Эта зона находится между валентной зоной и зоной проводимости. Чем больше полосовой промежуток, тем больше энергии требуется электронам для прохождения этого расстояния. Диэлектрики имеют большую полосу пропускания, чем полупроводники. Существует даже условие для этого: если DE>3Ev (электронвольт), то это диэлектрик, в противном случае DE

Основными электрическими свойствами диэлектриков являются поляризация (движение зарядов) и электропроводность (способность проводить электричество) Движение связанных зарядов в диэлектрике или их ориентация в электрическом поле называется поляризацией. Это свойство диэлектрических материалов характеризуется относительной магнитной проницаемостью ε. При поляризации на поверхности диэлектрика образуются связанные электрические заряды.

В зависимости от типа диэлектрика поляризация может быть: электронной, ионной, дипольно-релаксационной, спонтанной. Более подробную информацию об их свойствах можно найти в приведенной ниже инфографике.

Электропроводность – это способность диэлектрика проводить электрический ток. Ток, протекающий в диэлектрике, называется током утечки. Ток утечки состоит из двух компонентов – тока поглощения и сквозного тока. Сквозной ток вызывается свободными зарядами в диэлектрике, ток поглощения – поляризационными процессами до достижения равновесия в системе.

Величина проводимости зависит от температуры, влажности и количества свободных носителей.

При повышении температуры диэлектрическая проводимость увеличивается, а сопротивление уменьшается.

Зависимость от влажности возвращает нас к классификации диэлектриков. Наконец, неполярные диэлектрики не смачиваются водой, и им безразличны изменения влажности. А в полярных диэлектриках содержание ионов увеличивается с ростом влажности, и электропроводность возрастает.

Проводимость диэлектрика состоит из поверхностной проводимости и объемной проводимости. Концепция объемной удельной проводимости, обозначаемой буквой сигма σ, хорошо известна. Обратная величина этого параметра называется объемным удельным сопротивлением и обозначается буквой ro ρ.

Резкое увеличение проводимости в диэлектрике при увеличении напряжения может привести к электрическому пробою. Аналогично, если сопротивление изоляции уменьшается, это означает, что изоляция не выполняет свою работу должным образом, и необходимо принять соответствующие меры. Сопротивление изоляции состоит из поверхностного сопротивления и объемного сопротивления.

Диэлектрические потери в диэлектриках означают потери тока в диэлектрике, который рассеивается в виде тепла. Для определения этого значения используется дельта тангенса. tgδ. δ – угол, равный 90 градусам, между током и напряжением в цепи с емкостью.

Диэлектрические потери: резонанс, ионизация, проводимость, релаксация. Давайте теперь обсудим каждый тип более подробно.

Электрическая прочность – это отношение напряжения пробоя к расстоянию между электродами (или толщине диэлектрика). Это значение определяется минимальной напряженностью электрического поля, при которой произойдет пробой.

Распад может быть электрическим (ударная ионизация, фотоионизация), термическим (высокие диэлектрические потери, поэтому может происходить сильное нагревание и обугливание с плавлением) и электрохимическим (из-за образования подвижных ионов).

И, наконец, диэлектрический стол, как без него можно обойтись.

В таблице выше приведены значения диэлектрической проницаемости, удельного сопротивления и относительной проницаемости для различных веществ. Также не был проигнорирован тангенс угла диэлектрических потерь.

В изолированном атоме энергия электронов может иметь, согласно волновой механике, не произвольные, а лишь некоторые дискретные значения W1, W2, W3. (рисунок, а). Когда атомы объединяются, образуя твердую кристаллическую решетку, каждый из этих уровней немного смещается и расщепляется на ряд близко расположенных новых уровней, образуя зону, общую для всего кристалла (рисунок, b).

Диэлектрический пробой

Во всех вышеперечисленных явлениях при приложении напряжения в течение более или менее длительного промежутка времени в диэлектрике формируется стационарное или квазистационарное состояние (при изменяющемся напряжении), характеризующееся стабильной во времени поляризацией, проводимостью или диэлектрическими потерями, соответственно. Однако, если напряженность поля увеличивается, существует предел, за которым стационарное состояние нарушается. Протекающий через него ток со временем начинает увеличиваться ускоренными темпами, электропроводность быстро возрастает, вещество перестает быть диэлектриком и становится проводником, происходит пробой.

Зависимое от времени увеличение проводимости, характеризующее пробой, зависит от типа вещества и его агрегатного состояния, а также от таких факторов, как температура, тип напряжения, длительность воздействия напряжения и т.д., и вызывается различными явлениями. Эти явления можно разделить на две основные группы:

  1. Тепловые явления: Увеличение проводимости обусловлено постепенным нагревом диэлектрика и происходящими в нем потерями; пробой происходит, когда стабильное тепловое состояние уже невозможно;
  2. Чисто электрические явления: увеличение проводимости происходит из-за увеличения числа свободных зарядов или в результате коллизионной ионизации, т.е. столкновительной ионизации диэлектрика. Диэлектрики широко используются в технике в качестве электроизолирующего материала.

Диэлектрики широко используются в технике в качестве электроизоляционных материалов.

Читайте далее:
Сохранить статью?