Диэлектрик это: Диэлектрик | это… Что такое Диэлектрик? — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Диэлектрик | это… Что такое Диэлектрик?

Иное название этого понятия — «изолятор»; см. также другие значения.

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 10⁸ см⁻³. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ.

Содержание

1 Физические свойства
2 Параметры
3 Примеры
4 Использование
- 4.1 Пассивные свойства диэлектриков
- 4.2 Активные свойства диэлектриков
5 См. также
6 Ссылки

Физические свойства

Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10⁻⁵ Ом·м, а к диэлектрикам — материалы, у которых ρ > 10⁸ Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10⁻⁸ Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 10¹⁶ Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10⁻⁵—10⁸ Ом·м. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причём двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.

Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические высокочастотные свойства сочетаются с необходимыми физико-механическими параметрами. Такие материалы называют высокочастотными. Для понимания электрических, магнитных и механических свойств материалов, а также причин старения нужны знания их химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов.

Удельное сопротивление деионизированной воды (см. также: бидистиллят) — 10-20 МОм·см.

Параметры

Физическим параметром, который характеризует диэлектрик, является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость может иметь дисперсию.

Примеры

К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стёкла, различные смолы, пластмассы, многие виды резины.

Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.

Использование

При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов.

Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.

Пассивные свойства диэлектриков

Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных ёмкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определённой ёмкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.

Активные свойства диэлектриков

Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.

См. также

Трекингостойкость
Материаловедение
Кондуктометрия

Ссылки

Электроизоляционные материалы (диэлектрики)
Характеристики электроизоляционных материалов

Диэлектрик | это… Что такое Диэлектрик?

Иное название этого понятия — «изолятор»; см. также другие значения.

Содержание

1 Физические свойства
2 Параметры
3 Примеры
4 Использование
- 4.1 Пассивные свойства диэлектриков
- 4.2 Активные свойства диэлектриков
5 См. также
6 Ссылки

Физические свойства

Удельное сопротивление деионизированной воды (см. также: бидистиллят) — 10-20 МОм·см.

Параметры

Примеры

К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стёкла, различные смолы, пластмассы, многие виды резины.

Использование

Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.

Пассивные свойства диэлектриков

Активные свойства диэлектриков

См. также

Трекингостойкость
Материаловедение
Кондуктометрия

Ссылки

Электроизоляционные материалы (диэлектрики)
Характеристики электроизоляционных материалов

Диэлектрики — Гиперучебник по физике

[закрыть]

основная идея

Диэлектрики — простые изоляторы. Эти два слова относятся к одному и тому же классу материалов, но имеют разное происхождение и преимущественно используются в разных контекстах.

Поскольку заряды, как правило, не могут легко перемещаться в неметаллических твердых телах, в стекле, керамике и пластике могут образовываться «островки» заряда. Латинское слово для острова — insula 9.0013 , от которого произошло слово изолятор . Напротив, заряды в твердых металлических телах имеют тенденцию легко двигаться — как будто их кто-то или что-то ведет. Латинская приставка con или com означает «с». Человек, с которым вы едите хлеб, является компаньоном. (На латыни хлеб — panis .) Взять что-то с собой в дорогу — значит передать это. (Латинское слово «дорога» — через .) Человек, с которым вы путешествуете и который ведет вас вперед или обеспечивает безопасный проход, является проводником. (латинское слово «лидер» — проводник .) Материалом, обеспечивающим безопасное прохождение электрических зарядов, является проводник .

Вставка твердого неметаллического слоя между пластинами конденсатора увеличивает его емкость. Греческий префикс di или dia означает «поперек». Линия, проведенная через углы прямоугольника, является диагональю. (Греческое слово для обозначения угла — gonia — γωνία.) Измерение поперек круга — это диаметр. (Греческое слово «мера» — «метрон» — μέτρον.)0014 диэлектрик .

Пластиковое покрытие на электрическом шнуре является изолятором. Стеклянные или керамические пластины, используемые для поддержки линий электропередач и предотвращения их короткого замыкания на землю, являются изоляторами. Почти каждый раз, когда неметаллическое твердое вещество используется в электрическом устройстве, оно называется изолятором. Возможно, слово «диэлектрик» используется только в отношении непроводящего слоя конденсатора.

Диэлектрики в конденсаторах служат трем целям:

для предотвращения соприкосновения проводящих пластин, что позволяет уменьшить расстояние между пластинами и, следовательно, повысить емкость;

для увеличения эффективной емкости за счет уменьшения напряженности электрического поля, а значит, вы получаете тот же заряд при более низком напряжении; и

, чтобы уменьшить вероятность короткого замыкания из-за искрения (более формально известного как пробой диэлектрика) во время работы при высоком напряжении.

что здесь происходит

Когда металл помещается в электрическое поле, свободные электроны текут против поля до тех пор, пока у них не закончится проводящий материал. Совсем скоро у нас будет избыток электронов с одной стороны и дефицит с другой. Одна сторона проводника заряжена отрицательно, а другая положительно. Отпустите поле, и электроны на отрицательно заряженной стороне теперь окажутся слишком близко для комфорта. Одинаковые заряды отталкиваются, а электроны убегают друг от друга так быстро, как только могут, пока не распределятся равномерно по всему телу; в среднем один электрон на каждый протон в пространстве, окружающем каждый атом. Проводящий электрон в металле подобен беговой собаке, отгороженной на пастбище. Они вольны бродить сколько угодно и могут по своей прихоти бегать по всей длине, ширине и глубине металла.

Жизнь электрона в изоляторе гораздо более ограничена. По определению заряды в изоляторе не могут свободно перемещаться. Это не то же самое, что сказать, что они
не могут двигаться. Электрон в изоляторе подобен сторожевой собаке, привязанной к дереву: он может свободно передвигаться, но в определенных пределах. Поместить электроны изолятора в электрическое поле — все равно, что поместить привязанную собаку в присутствии почтальона. Электроны будут напрягаться против поля, насколько это возможно, почти так же, как наша гипотетическая собака будет напрягаться на своем поводке, насколько это возможно. Однако электроны в атомном масштабе больше похожи на облака, чем на собак. Электрон эффективно распределен по всему объему атома и не концентрируется в каком-то одном месте. Я полагаю, хорошую атомную собаку не назвали бы Спот.

Когда атомы или молекулы диэлектрика помещаются во внешнее электрическое поле, ядра толкаются полем, что приводит к увеличению положительного заряда с одной стороны, в то время как электронные облака притягиваются к нему, что приводит к увеличению отрицательного заряда с другой стороны. сторона. Этот процесс известен как поляризация

, а диэлектрический материал в таком состоянии называется поляризованным . Существует два основных метода поляризации диэлектрика: растяжение и вращение.

Растяжение атома или молекулы приводит к индуцированному дипольному моменту , добавляемому к каждому атому или молекуле.

Увеличить

Вращение происходит только в полярных молекулах — с постоянным дипольным моментом , как у молекулы воды, показанной на диаграмме ниже.

Увеличить

Полярные молекулы обычно поляризуются сильнее, чем неполярные. Вода (полярная молекула) имеет диэлектрическую прочность в 80 раз больше, чем азот (неполярная молекула, которая является основным компонентом воздуха). Это происходит по двум причинам, одна из которых обычно тривиальна. Во-первых, все молекулы растягиваются в электрическом поле независимо от того, вращаются они или нет. Неполярные молекулы и атомы растягиваются, а полярные молекулы растягиваются
и чередуются. Однако эта комбинация действий оказывает лишь незначительное влияние на общую степень поляризации вещества. Важнее то, что полярные молекулы уже сильно растянуты — естественно. То, как атомы водорода сидят на плечах электронных облаков атома кислорода, искажает молекулу в диполь. Все это происходит на межатомном или молекулярном уровне. При таких крошечных расстояниях напряженность электрического поля относительно велика для того, что в противном случае было бы ничем не примечательным напряжением (например, 13,6 В для электрона в атоме водорода).

Растяжка и вращение — это еще не все, что касается поляризации. Это всего лишь методы, которые проще всего описать случайному наблюдателю. В общем, поляризация диэлектрического материала представляет собой микроскопическую электростатическую деформацию в ответ на макроскопическую электростатическую нагрузку. Внешнее поле, приложенное к диэлектрику, не может заставить заряды двигаться макроскопически, но может растянуть и исказить их микроскопически. Он может толкнуть их в неудобное положение, а при отпускании позволить им вернуться в расслабленное состояние. То, что отличает поляризацию в изоляторе от растяжения упругого тела, подобного пружине, заключается в том, что устранение напряжения не обязательно снимает напряжение. Некоторые изоляторы остаются в своем поляризованном состоянии часами, днями, годами и даже столетиями. Самые длинные характерные времена должны быть экстраполированы из неполных наблюдений более разумной продолжительности. Никто не собирается сидеть и ждать две тысячи лет, пока поляризация куска пластика не сократится до нуля. Это не стоит ждать.

Наконец, важно помнить, что заряды, «хранящиеся» в диэлектрическом слое, не доступны в виде пула свободных зарядов. Для их извлечения вам еще понадобятся металлические пластины. Важно помнить, что единственная причина, по которой кого-то волнует это явление, заключается в том, что оно помогает нам делать более качественные конденсаторы. Думаю, на этом дискуссия должна завершиться.

конденсаторы с диэлектриками

Поместите слой диэлектрика между двумя параллельными заряженными металлическими пластинами с направлением электрического поля справа налево. (Почему не слева направо? Ну, я читаю справа налево, поэтому мне легче «читать» диаграммы.) Положительные ядра диэлектрика будут двигаться на
с полем вправо, а отрицательные электроны будут двигаться против поля влево. Силовые линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах, поэтому электрическое поле внутри каждого находящегося под напряжением атома или молекулы диэлектрика указывает на нашей диаграмме слева направо — противоположно внешнему полю двух металлических пластин. Электрическое поле является векторной величиной, и когда два вектора указывают в противоположных направлениях, вы вычитаете их величины, чтобы получить равнодействующую. Два поля в диэлектрике не полностью нейтрализуются, как в металле, поэтому общий результат — более слабое электрическое поле между двумя пластинами.

Увеличить

Позвольте мне повторить это — общий результат — более слабое электрическое поле между двумя пластинами. Давайте займемся математикой.

Электрическое поле — это градиент электрического потенциала (более известный как напряжение).

E _x = — ∆ В

∆ x

E _y = — ∆ В ⇒ E = − ∇ В

∆ г

E _z = — ∆ В

∆ я

Емкость – это отношение заряда к напряжению.

С = Q

В

Введение диэлектрика в конденсатор уменьшает электрическое поле, что снижает напряжение и увеличивает емкость.

С ∝ 1 ( Q константа) ⇒ С ∝ ( d , Q константа)

В 1

В ∝ Е ( d константа) Е

Конденсатор с диэлектриком сохраняет тот же заряд, что и конденсатор без диэлектрика, но при более низком напряжении. Поэтому конденсатор с диэлектриком более эффективен.

ЭТА МАЛЕНЬКАЯ ЧАСТЬ НУЖНА ПОРАБОТЫ.

О первых открытиях лейденской банки. Удаление стержня снижает емкость. (Диэлектрическая проницаемость воздуха ниже, чем у воды.) Напряжение и емкость обратно пропорциональны, когда заряд постоянен. Уменьшение емкости увеличивает напряжение.

восприимчивость, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая проницаемость

Электрический дипольный момент чего угодно — будь то атом, растянутый во внешнем электрическом поле, полярная молекула или две противоположно заряженные металлические сферы — определяется как произведение заряда и разделения.

р = q r

с единицей СИ кулон-метр , который не имеет специального названия.

[см = см]

Поляризация области определяется как дипольный момент на единицу объема

Р = ∑ р

В

с единицей СИ кулонов на квадратный метр .

⎡
⎢
⎣ См = С ⎤
⎥
⎦

м ³ м ²

Вычисление поляризации из первых принципов — сложная процедура, которую лучше оставить экспертам. Не беспокойтесь о деталях того, почему поляризация имеет такое значение, просто примите, что она существует и является функцией некоторых переменных. И что это за переменные? Почему они материалы и напряженность поля, конечно. Различные материалы поляризуются в разной степени — мы будем использовать греческую букву χ _e [хи-суб-э] для обозначения этой величины, известной как электрическая восприимчивость, — но для большинства материалов чем сильнее поле ( E ), тем больше поляризация ( P ). Добавьте константу пропорциональности ε ₀, и все готово.

P = ε ₀ χ _e E

Электрическая восприимчивость — это безразмерный параметр, который зависит от материала. Его значение варьируется от 0 для пустого места до любого. Бьюсь об заклад, есть даже некоторые причудливые материалы, для которых этот коэффициент отрицательный (хотя я точно не знаю). Константа пропорциональности ε ₀ [эпсилон ноль] известно как диэлектрическая проницаемость свободного пространства и будет обсуждаться чуть позже. Пока это просто устройство для того, чтобы заставить единицы работать.

⎡
⎢
⎣ С = С ² Н ⎤
⎥
⎦

м ² Н·м ² С

НАПИШИТЕ ОСТАЛЬНОЕ.

Величина κ [каппа] безразмерна.

Диэлектрическая проницаемость для выбранных материалов (~300 К, если не указано иное)

материал к

воздух 1.005364

уксусная кислота 6,2

спирт этиловый (зерновой) 24,55

спирт метиловый (древесный) 32,70

янтарный 2,8

асбест 4,0

асфальт 2,6

бакелит 4,8

кальцит 8,0

карбонат кальция 8,7

целлюлоза 3,7–7,5

цемент ~2

кокаин 3.1

хлопок 1,3

алмаз, тип I 5,87

алмаз, тип IIa 5,66

эбонит 2,7

эпоксидная смола 3,6

мука 3 — 5

фреон 12, −150 °C (жидкий) 3,5

фреон 12, +20 °C (пар) 2,4

германий 16

стекло 4–7

стекло, пирекс 7740 5,0

гуттаперча 2,6

топливо для реактивных двигателей (реактивное) 1,7

оксид свинца 25,9

ниобат свинца-магния 10 000

сульфид свинца (галенит) 200

титанат свинца 200

дейтерид лития 14,0

люцит 2,8

слюда, мусковит 5,4

слюда канадская 6,9

нейлон 3,5

масло льняное 3,4

масло минеральное 2. 1

масло оливковое 3.1

масло, нефть 2,0–2,2

масло, силикон 2,5

масло, сперма 3,2

масло трансформаторное 2,2

материал к

бумага 3,3, 3,5

оргстекло 3.1

полиэстер 3,2–4,3

полиэтилен 2,26

полипропилен 2,2–2,3

полистирол 2,55

поливинилхлорид (пвх) 4,5

фарфор 6–8

ниобат калия 700

КТН, 0°С 34 000

КТН, 20 °C 6000

кварц кристаллический (∥) 4,60

кварц кристаллический (⊥) 4,51

кварц, плавленый 3,8

каучук, бутил 2,4

резина, неопрен 6,6

резина, силикон 3,2

каучук, вулканизированный 2,9

соль 5,9

селен 6,0

кремний 11,8

карбид кремния (αSiC) 10,2

диоксид кремния 4,5

силиконовое масло 2,7–2,8

почва 10–20

титанат стронция, +25 °C 332

титанат стронция, −195 °C 2080

сера 3,7

пентаоксид тантала 27

тефлон 2. 1

антимонид олова 147

теллурид олова 1770

титана диоксид (рутил) 114

табак 1,6–1,7

диоксид урана 24

вакуум 1 (точно)

вода, лед, минус 30 °С 99

вода жидкая, 0°C 87,9

вода жидкая, 20°C 80,2

вода жидкая, 40°C 73,2

вода жидкая, 60 °C 66,7

вода жидкая, 80 °C 60,9

вода жидкая, 100°C 55,5

воск, пчелиный воск 2,7–3,0

воск карнаубский 2,9

воск, парафин 2,1–2,5

вощеная бумага 3,7

ткани человека к

кость губчатая 26

кость кортикальная 14,5

головной мозг, серое вещество 56

головной мозг, белое вещество 43

головной мозг, мозговые оболочки 58

хрящ общий 22

хрящ уха 47

ткани человека к

глаз, водянистая влага 67

глаз, роговица 61

глаз, склера 67

жир 16

мышцы, гладкие 56

мышцы поперечно-полосатые 58

кожа 33–44

язык 38

пробой диэлектрика

Любой изолятор можно заставить проводить электричество. Это явление известно как пробой диэлектрика .

Пробой диэлектрика в отдельных материалах

материал поле (МВ/м)

воздух 3

янтарный 90

бакелит 12, 24

алмаз, тип IIa 10

стекло, пирекс 7740 13, 14

слюда, мусковит 160

нейлон 14

масло, силикон 15

масло трансформаторное 12, 27

материал поле (МВ/м)

бумага 14, 16

полиэтилен 50, 500–700, 18

полистирол 24, 25, 400–600

поливинилхлорид (ПВХ) 40

фарфор 4, 12

кварц, плавленый 8

резина, неопрен 12, 12

титанат стронция 8

тефлон 60

титана диоксид (рутил) 6

пьезоэлектрический эффект

Произнесите все гласные. Пьезоэлектричество — это эффект преобразования энергии между механической и электрической формами.

Пьезо по-гречески означает давление (πιεζω).

Открыт в 1880-х годах братьями Кюри.

Недорогие пьезоэлектрические микрофоны. Когда поляризованный кристалл испытывает напряжение, это напряжение создает разность потенциалов. Эта разность потенциалов пропорциональна напряжению, которое пропорционально акустическому давлению.

Обратный пьезоэлектрический микрофон представляет собой пьезоэлектрический динамик: зуммер будильника, наручных часов, всевозможные электронные биперы. Когда к поляризованному кристаллу прикладывается электрический потенциал, кристалл подвергается механической деформации, которая, в свою очередь, может создавать акустическое давление.

Коллаген является пьезоэлектрическим. «Когда к [костному] коллагену прикладывается сила, генерируется небольшой постоянный электрический потенциал. Коллаген проводит ток в основном за счет отрицательных зарядов. Минеральные кристаллы кости (апатит), близкие к коллагену, проводят ток за счет положительных зарядов. Из этих двух типов полупроводников ток легко течет в одном направлении, но не в другом… Считается, что силы, воздействующие на кости, создают потенциалы за счет пьезоэлектрического эффекта и что в соединениях коллаген-апатит возникают токи, которые индуцируют и контролируют рост кости. Токи пропорциональны нагрузке (силе на единицу площади), поэтому повышенная механическая нагрузка на кость приводит к ускорению роста». Физика тела (255).

Микрофоны и принципы их работы

тип звуков производят
изменений в… , которые вызывают
изменений в… , которые приводят к
изменениям в…

уголь плотность гранул сопротивление напряжение

конденсатор разделение пластин емкость напряжение

динамический расположение катушки флюс напряжение

пьезоэлектрический сжатие поляризация напряжение

Определение и значение диэлектриков — Merriam-Webster

ди·электрический·трикотаж ˌdī-ə-ˈlek-trik

: непроводник постоянного электрического тока

диэлектрик прилагательное

Примеры предложений

Недавние примеры в Интернете Материалы изготовлены с использованием обычных металлов и электрических изоляторов или диэлектриков . — IEEE Spectrum , 3 сентября 2022 г. Количество энергии, поглощаемой диэлектриком , часто измеряется так называемым тангенсом угла потерь. — Крис Ли, Ars Technica , 15 января 2018 г. В случае коаксиального кабеля диэлектрик обычно выбирают таким, чтобы резистор 50 Ом соответствовал свойствам кабеля. — Крис Ли, 9 лет.0014 Ars Technica , 15 января 2018 г.

Эти примеры программно скомпилированы из различных онлайн-источников, чтобы проиллюстрировать текущее использование слова «диэлектрик». Любые мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв об этих примерах.

История слов

Этимология

диаметр- + электрический

Первое известное использование

1837, в значении, определенном выше

Путешественник во времени

Первое известное использование диэлектрика было в 1837 г.

Посмотреть другие слова того же года

Словарные статьи Около
диэлектрик
дильдрин

диэлектрик

диэлектрическая абсорбция

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись «Диэлектрик».
Словарь Merriam-Webster.com , Merriam-Webster, https://www.merriam-webster.com/dictionary/dielectric. По состоянию на 12 апреля 2023 г.

Копия

Медицинское определение

Диэлектрик

существительное

ди·электрический·трикотаж ˌди-и-лек-трик

: непроводник постоянного электрического тока

диэлектрик прилагательное

Еще от Merriam-Webster о диэлектрике

Britannica.com: Энциклопедическая статья о диэлектрике

Последнее обновление: 4 апреля 2023 г.