Что такое диэлектрики. Какими свойствами обладают диэлектрические материалы. Как классифицируются диэлектрики. Где применяются диэлектрические материалы. Какие бывают виды диэлектриков.
Основные свойства и характеристики диэлектриков
Диэлектрики — это вещества, обладающие очень низкой электропроводностью. Их главное свойство — способность поляризоваться под действием электрического поля. Основные характеристики диэлектриков:
- Удельное электрическое сопротивление (более 10^8 Ом·м)
- Диэлектрическая проницаемость
- Электрическая прочность
- Диэлектрические потери
Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз сила взаимодействия между электрическими зарядами в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Чем она выше, тем лучше диэлектрик поляризуется.
Классификация диэлектрических материалов
Диэлектрики можно классифицировать по различным признакам:
По агрегатному состоянию:
- Твердые (полимеры, керамика, стекло)
- Жидкие (масла, лаки)
- Газообразные (воздух, элегаз)
По происхождению:
- Природные (слюда, кварц)
- Искусственные (керамика, стекло)
- Синтетические (полимеры)
По химическому составу:
- Органические
- Неорганические
- Элементоорганические
Такая классификация помогает систематизировать огромное разнообразие диэлектрических материалов.
Механизмы поляризации диэлектриков
- Электронная — смещение электронных оболочек атомов
- Ионная — смещение ионов в кристаллической решетке
- Дипольная — ориентация полярных молекул
- Миграционная — накопление зарядов на границах неоднородностей
От механизма поляризации зависят диэлектрические свойства материала. Например, дипольная поляризация обуславливает высокую диэлектрическую проницаемость полярных полимеров.
Диэлектрические потери в материалах
При воздействии переменного электрического поля в диэлектриках происходит рассеяние энергии — диэлектрические потери. Их причины:
- Сквозная проводимость
- Релаксационная поляризация
- Резонансная поляризация
- Ионизационные потери
Диэлектрические потери приводят к нагреву материала и снижению его электрической прочности. Для оценки потерь используют тангенс угла диэлектрических потерь tgδ.
Электрическая прочность диэлектриков
Электрическая прочность — это способность диэлектрика выдерживать сильное электрическое поле без пробоя. Различают следующие виды пробоя:
- Электрический пробой
- Тепловой пробой
- Электрохимический пробой
Пробивная напряженность зависит от свойств материала, температуры, влажности, частоты поля и других факторов. Для повышения электрической прочности используют различные методы, например, введение наполнителей.
Применение диэлектриков в электротехнике и электронике
Диэлектрические материалы широко применяются в различных областях:
- Электроизоляционные материалы (изоляция проводов и кабелей)
- Диэлектрики конденсаторов
- Подложки печатных плат
- Материалы для корпусов электронных устройств
- Активные диэлектрики (пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики)
Современные тенденции в разработке диэлектрических материалов
Основные направления развития диэлектриков:
- Создание нанокомпозитных материалов
- Разработка высокотемпературных полимеров
- Получение материалов с низкими диэлектрическими потерями
- Совершенствование методов модификации поверхности
Новые диэлектрические материалы позволяют улучшить характеристики электронных устройств, повысить их надежность и уменьшить габариты. Например, применение нанокомпозитов помогает значительно увеличить электрическую прочность изоляции.
Методы исследования свойств диэлектриков
Для изучения диэлектрических материалов используются различные методы:
- Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь
- Определение электрической прочности
- Термогравиметрический анализ
- Дифференциальная сканирующая калориметрия
- Спектроскопия диэлектрической релаксации
Эти методы позволяют оценить структуру и свойства диэлектриков, а также прогнозировать их поведение в различных условиях эксплуатации. Какие методы исследования диэлектриков наиболее информативны? В большинстве случаев комплексное применение нескольких методов дает наиболее полную картину.
Диэлектрики, поляризация и пробивная напряженность диэлектриков
31.08.2010 10:29
Вещества (тела) с очень малой электропроводностью (практически несущественной), называются диэлектриками (изоляторами). К диэлектрикам принадлежат газы, некоторая часть жидкостей (как правило это минеральные масла, лаки) и почти все твёрдые материалы, за исключением металлов (которые все обладают разной электропроводностью) и угля (графита).
Однако же, в некоторых случаях в диэлектриках начинается расщепление молекул на ионы (например, под воздействием высокой температуры или в сильном электрическом поле), и тогда диэлектрики теряют свои изолирующие свойства и превращаются в проводники.
Диэлектрики имеют свойство поляризоваться и в них возможно длительное существование электростатического поля.
Поляризация диэлектриков
Если электрическое поле создаётся в вакууме, то величина и направление вектора напряженности поля в данной точке зависят только от величины и места расположения зарядов, создающих поле.
Если же поле создается в каком-либо диэлектрике, то в молекулах данного диэлектрика идут физические процессы, которые оказывают влияние на воздействующее электрическое поле.
Под воздействием сил электрического поля электроны на орбитах смещаются в направлении, противоположном направлению воздействующего поля. В результате этого те молекулы, которые ранее были нейтральными, становятся диполями с равными зарядами ядра и электронов на орбитах. Это явление называется поляризацией диэлектрика. При исчезновении поля пропадает и смещение. Молекулы вновь становятся электрически нейтральными.
Поляризованные молекулы — диполи, создают своё электрическое поле, направление которого противоположно направлению основного (внешнего) воздействующего поля, поэтому добавочное поле, складываясь с основным, ослабляет его.
Соответственно, чем сильнее поляризуется диэлектрик, тем слабее будет результирующее поле, и тем меньше становится его напряжённость в каждой точке при тех же зарядах, которые создают основное поле, а следовательно, диэлектрическая проницаемость такого диэлектрика выше.
Когда диэлектрик находится в переменном электрическом поле, тогда и смещение электронов становится тоже переменным. Такой процесс приводит к усилению движения частиц и, соответственно, к нагреву диэлектрика.
И чем чаще изменяется электрическое поле, тем сильнее будет нагреваться диэлектрик. На практике это явление используется для нагрева мокрых (влажных, сырых) материалов с целью их просушки или получения химических реакций, которые происходят при повышенной температуре.
Пробивная напряженность диэлектриков
В нормальных условиях диэлектрик обладает совсем незначительной электропроводностью. Это полезное свойство сохраняется, пока напряженность электрического поля не увеличится до некоторого критического значения. Это значение у каждого диэлектрика своё.
В сильном электрическом поле происходит расщепление молекул диэлектрика на ионы и тело, которое в слабом поле было диэлектриком, становится проводником.
Напряженность электрического поля, при достижении которой начинается ионизация молекул диэлектрика, называется пробивной напряженностью (электрической прочностью) диэлектрика.
Величина напряженности электрического поля, которая допускается в диэлектрике при его использовании в электрических установках, называется допустимой напряженностью. Допустимая напряженность, как правило, в несколько раз меньше пробивной. Отношение пробивной напряженности к допустимой определяет запас прочности диэлектрика.
Лучшими изоляторами (диэлектриками) являются вакуум и газы, особенно при высоком давлении.
Надо сказать, что у газов и жидких диэлектриков изолирующие свойства восстанавливаются при уменьшении напряженности поля до величины, меньшей пробивной напряженности данного диэлектрика.
В таблице ниже указаны значения пробивной напряженности (при нормальных условиях и в однородном постоянном ноле) наиболее распространенных диэлектриков (некоторых).
Значения пробивной напряженности диэлектриков
| Материал | Пробивная напряженность, кв/мм |
| Бумага, пропитанная парафином | 10,0-25,0 |
| Воздух | 3,0 |
| Масло минеральное | 6,0 -15,0 |
| Мрамор | 3,0 — 4,0 |
| Миканит | 15,0 — 20,0 |
| Электрокартон | 9,0 — 14,0 |
| Слюда | 80,0 — 200,0 |
| Стекло | 10,0 — 40,0 |
| Фарфор | 6,0 — 7,5 |
| Шифер | 1,5 — 3,0 |
1.
4 Диэлектрические материалы.1. Диэлектрические материалы называют класс электротехнических материалов, предназначенных для использования диэлектрических свойств (большое сопротивление прохождению электрического тока и способность поляризовать).
Диэлектрики, используемые в качестве электроизоляционных материалов называют пассивными. Широко используется так называемые активные диэлектрики, параметры которых можно регулировать, изменяя напряженность электрического поля, температуры, механическое напряжение, и другие параметры факторов, влияющих на них. Например конденсатор, диэлектрическим материалом в котором служит пьезоэлектрик, под действием приложенного переменного тока изменяет свои линейные размеры и становится генератором механических колебаниям.
2.
Электронная поляризация — это смещение
электронных орбит относительно
положительно заряженного ядра. Она
происходит во всех атомах любого вещества
и, следовательно, во всех диэлектриках,
независимо от наличия в них других видов
поляризации.
Ионная поляризация — смещение друг относительно друга разноименно заряженных ионов в веществах с ионными связями. При этом центры положительных и отрицательных зарядов q ионов ячейки, совпадающие до приложения электрического поля, под действием поля раздвигаются на некоторое расстояние x в результате смещения разноименно заряженных ионов в противоположных направлениях, вследствие чего элементарная ячейка приобретает индуцированный электрический момент рu = qx.
Дипольная поляризация характерна для полярных диэлектриков. Сущность этого метода поляризации заключается в повороте в направлении электрического поля молекул, имеющих постоянный электрический момент.
Миграционная
поляризация наблюдается в некоторых
диэлектриках и системах изоляции, в
частности в неоднородных диэлектриках,
особенно с полупроводящими включениями.
Этот вид поляризации заключается в
перемещении (миграции) зарядов в этих
включениях до их границ и накопления
зарядов на границах раздела.
3. Все диэлектрические материалы под воздействием постоянного напряжения пропускают некоторый незначительный ток, называемый током утечки. Чем выше удельное сопротивление материала r , тем выше качество электроизоляционного материала. Электропроводность диэлектриков имеет ряд характерных особенностей.
Во-первых, ввиду очень большого удельного сопротивления диэлектрика, ток через объем участка изоляции — объемный сквозной ток IV — очень мал и сравнимым с ним оказывается ток по поверхности — поверхностный сквозной ток IS
Электропроводность твердых диэлектриков чаще всего носит не электронный а ионный характер. Это связано с тем, что ширина запрещенной
зоны в диэлектриках D W >> kT и лишь ничтожное количество электронов может отрываться от своих атомов за счет теплового движения. Ионы же часто оказываются слабо связанными в узлах решетки, и энергия W, необходимая для их срыва, сравнима с kT. Поэтому, несмотря на меньшую подвижность ионов по сравнению с подвижностью электронов, ионная проводимость оказывается больше электронной за счет большей концентрации свободных ионов
Электропроводность жидкостей
обусловлена ионами, образующимися при
диссоциации молекул самой жидкости или
ее примесей.
В связи с увеличением
энергии хаотического теплового движения
молекул степень ионизации и концентрация
ионов растет с повышением температуры
по экспоненциальному закону
Электропроводность газов обусловлена наличием в них некоторого количества заряженных частиц. В нормальных условиях число заряженных частиц в 1 м3 воздуха не превышает нескольких десятков миллионов.
Происхождение носителей заряда в газах объясняется различными факторами: радиоактивным излучением Земли; радиацией, проникающей из космического пространства; излучением Солнца; иногда тепловым движением молекул и т. п. При поглощении энергии бомбардирующей частицы молекула газа теряет электрон и превращается в положительный ион. Высвобождаемый при этом электрон “прилипает” к нейтральной молекуле, образуя отрицательный ион.
Поверхностная
электропроводность диэлектриков
создается благодаря неизбежному
увлажнению, окислению, загрязнению и
т. д. поверхностных слоев электрической
изоляции. Поэтому диэлектрик характеризуется
значением удельного поверхностного
сопротивления r S.
4. Диэлектрическими потерями называют энергию, рассеиваемую в единицу времени в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающую нагрев диэлектрика.
Потери энергии в диэлектриках наблюдаются как при переменном напряжении, так и при постоянном, поскольку в материале обнаруживаются сквозной ток, обусловленный проводимостью. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала характеризуется значениями удельных объемного и поверхностного сопротивления. При переменном напряжении необходимо использовать какую-то другую характеристику качества материала, так как в этом случае, кроме сквозной электропроводимости, возникает ряд добавочных причин, вызывающих потери энергии в диэлектрике. Для характеристики способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле пользуются углом диэлектрических потерь, а также tg этого угла.
· диэлектрические потери, обусловленные поляризацией;
· диэлектрические потери сквозной электропроводности;
· ионизационные диэлектрические потери;
· диэлектрические потери, обусловленные неоднородностью структуры
Релаксационные
диэлектрические потери вызываются
нарушением теплового движения частиц
под влиянием сил электрического поля.
Это нарушение приводит к рассеянию
энергии и нагреву диэлектрика. В
температурной зависимости tg угла
релаксационных диэлектрических потерь
наблюдается max при некоторой t° ,
характерной для данного вещества. При
этой t° время релаксации частиц диэлектрика
примерно совпадает с периодом изменения
приложенного переменного I. Если t°
такова, что время релаксации частиц
значительно больше полупериода изменения
приложенного переменного U, то тепловое
движение частиц будет менее интенсивным,
и потери уменьшатся; если t° такова, что
время релаксации частиц значительно
меньше полупериода изменения U, то
интенсивность теплового движения будет
больше, связь между частицами уменьшится,
в результате чего потери также снизятся.
Ионизационные
диэлектрические потери свойственны
диэлектрикам в газообразном состоянии.
Ионизационные потери проявляются в
неоднородных электрических полях при
напряженностях, превышающих значения,
соответствующие началу ионизации
данного газа. Ионизационные потери
могут быть вычислены по формуле: , где
А1 —
постоянный коэффициент, f — частота поля,
U — приложенное напряжение, U0 —
напряжение, соответствующее началу
ионизации.
Диэлектрические потери в газах при напряженностях поля, лежащих ниже значения, необходимо для развития ударной ионизации молекул газа, очень мала. В этом случае газ можно практически рассматривать как идеальный диэлектрик. Источником диэлектрических потерь газа может быть в основном только электропроводность, т.к. ориентация дипольных молекул газов при их поляризации не сопровождается диэлектрическими потерями.
Диэлектрические потери в жидкостяхВ неполярных жидкостях диэлектрические потери обусловлены только электропроводностью, если жидкость не содержит примесей с дипольными молекулами. Удельная проводимость нейтральных частот жидкостей чрезвычайно мала, благодаря чему малы и диэлектрические потери.
Диэлектрические потери в твердых диэлектриках необходимо рассматривать в связи с их структурой. Твердые вещества обладают разнообразным составом и строением; в них возможны все виды диэлектрических потерь.
5.
Диэлектрик, находясь в электрическом
поле, теряет свои электроизоляционные
свойства, если напряженность поля
превысит некоторое критическое значение.
Это явление носит название пробоя
диэлектрика или нарушения его электрической
прочности.
Пробой газа обуславливается явлением ударной и фотонной ионизации. Пробой жидких диэлектриков происходит в результате ионизации тепловых процессов. Одним из главнейших факторов, способствующих пробою жидкостей, является наличие в них посторонних примесей. Пробой твердых тел может вызываться как электрическим, так и тепловым процессами, возникающими под действием поля.
Пробой жидких диэлектриков
Жидкие диэлектрики отличаются более высокой электрической прочностью, чем газы в нормальных условиях.
Предельно чистые жидкости получить очень трудно. Постоянными примесями в жидких диэлектриках являются вода, газы и твердые частички. Наличие примесей и определяет в основном явление пробоя жидких диэлектриков.
Пробой жидкостей,
содержащих газовые включения,
объясняют местным перегревом
жидкости, который приводит
к образованию газового канала
между электродами. Влияние воды,
не смешивающейся с трансформаторным
маслом при нормальной температуре и
держащейся в нем в виде отдельных мелких
капелек, показано на рис.
Под влиянием
поля капельки воды поляризуются и
создают между электродами цепочки с
повышенной проводимостью, по которым
и происходит электрический пробой.
Очистка жидких диэлектриков от примесей заметно повышает электрическую прочность.
Пробой твердых диэлектриков
Различают четыре вида пробоя твердых диэлектриков:
электрический пробой макроскопически однородных диэлектриков;
электрический пробой неоднородных диэлектриков;
тепловой (электротепловой) пробой;
электрохимический пробой.
Электрический
пробой макроскопически однородных
диэлектриков. Этот вид пробоя
характеризуется весьма быстрым развитием,
он протекает за время, меньшее 10-7 –
10-8 с,
и не обусловлен тепловой энергией.Электрический
пробой по своей природе является чисто
электронным процессом, когда из немногих
начальных электронов в твердом теле
создается электронная лавина.Электрический
пробой неоднородных диэлектриков.
Такой
пробой характерен для диэлектриков,
имеющих газовые включения. Он также
характеризуется весьма быстрым развитием.
Пробивные напряжения для неоднородных
диэлектриков во внешнем однородном и
неоднородном поле, как пра
вило, невысоки и мало отличаются друг от друга.
Тепловой пробой. Этот пробой сводится к разогреву материала в электрическом поле до температур, соответствующих хотя бы местной потере им электроизоляционных свойств, связанной с чрезмерным возрастанием сквозной электропроводности или диэлектрических потерь. Пробивное напряжение при тепловом пробое зависит от ряда факторов: частоты поля, условий охлаждения, температуры окружающей среды и др. Кроме того, напряжение теплового пробоя связано с нагревостойкостью материала.
Электрохимический
пробой имеет особенно существенное
значение при повышенных температурах
и высокой влажности воздуха. Этот вид
пробоя наблюдается при постоянном и
переменном напряжении низкой частоты,
когда в материале развиваются
электролитические процессы, обуславливающие
необратимое уменьшение сопротивление
изоляции.
6.Пассивные диэлектрики. 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.
По области применения все диэлектрические материалы можно разделить на электроизоляционные и диэлектрики в электрических конденсаторах.
Первые используются
для создания электрической изоляции,
которая окружает токоведущие части
электрических устройств и отделяет
друг от друга части, находящиеся
под различными электрическими
потенциалами.
Вторые используются для создания определенного значения электрической емкости конденсатора, а в некоторых случаях для обеспечения определенного вида зависимости этой емкости от температуры и других факторов.
7. Активными называют диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий и использовать эти воздействия для создания функциональных элементов электроники. Активные диэлектрики позволяют осуществить генерацию, усиление, модуляцию электрических и оптических сигналов, запоминание или преобразование информации.
К числу активных диэлектриков относят сегнето-, пьезо- и пироэлектрики; электреты; материалы квантовой электроники; жидкие кристаллы; электро-, магнито- и акустооптические материалы; диэлектрические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами и др.
Свойствами активных диэлектриков могут обладать не только твердые, но также жидкие и даже газообразные вещества (активная среда газовых лазеров).
-изготовление малогабаритных НЧ конденсаторов с большой удельной емкостью;
-использование в вычислительной технике в качестве ячеек памяти;
-использование для
диэлектрических усилителей,
модуляторов и др.
управляемых устройств;
-использование кристаллов сегнето- и антисегнетоэлектриков для модуляции и преобразования лазерного излучения;
-изготовление пьезоэлектрических и пироэлектрических преобразователей.
9.
Среди диэлектриков особое значение
имеют высокомолекулярные органические
материалы. По своей природе они являются
полимерами , т.е. веществами, молекулы
которых представляют совокупность
весьма большого числа имеющих одинаковое
строение групп атомов, и получаются в
результате объединения друг с другом
молекул, сравнительно весьма простых
по своему составу веществ, так называемых
мономеров.В практике распространено
разделение полимеров на термопластичные
и термореактивные.
Термопластичные
материалы при достаточно низких
температурах тверды, но при нагреве
становятся мягкими и легко деформируются;
они могут растворяться в соответствующих
растворителях Характерной особенностью
таких материалов является то, что нагрев
до температуры, соответствующей их
пластичному состоянию, не вызывает
необратимых изменений их свойств.
В
противоположность материалам этой
группы термореактивные материалы
(реактопласты) при нагреве претерпевают
необратимое изменение свойств: как
говорят, они запекаются, т.е. приобретают
значительную механическую прочность
и твердость, теряя при этом свойства
растворимости и плавкости.
10. Широко применяются в виде важнейшей составной части лаков, компаундов, пластмасс, пленок, искусственных и синтетических волокнистых материалов.
Диэлектрические материалы | Encyclopedia.com
Диэлектрическая проницаемость
Использование
Синтетические диэлектрики
Пробой
Ресурсы
Диэлектрические материалы — это вещества с очень низкой проводимостью. То есть они представляют собой электрические изоляторы, через которые электрический ток протекает с большим трудом. Технически диэлектрик можно определить как материал с электропроводностью менее одной миллионной мОм (единица электропроводности) на сантиметр. Диэлектрик также представлен как сименс (что является обратной величиной его сопротивления в омах).
Материал с проводимостью в один сименс имеет разность электрических потенциалов в один вольт, что создает ток в один ампер; таким образом, сименс = ампер/вольт.
Теоретически диэлектрики могут включать твердые тела, жидкости и газы, хотя на практике практическое значение имеют только первые два из этих трех состояний вещества. Одними из наиболее часто используемых диэлектриков являются различные виды каучука, стекла, дерева и полимеров среди твердых тел; и углеводородные масла и силиконовые масла среди жидкостей.
Обычной мерой диэлектрических свойств материала является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическую проницаемость можно определить как тенденцию материала сопротивляться протеканию электрического тока через материал. Чем ниже значение диэлектрика
КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ
Усилитель — Устройство для увеличения количества электрического тока в системе.
Конденсатор — Устройство для приема и накопления электрического заряда, состоящее из двух параллельных проводящих поверхностей, разделенных диэлектрическим материалом.
Проводимость — Склонность вещества пропускать электрический ток.
Полимер — Химическое соединение, образованное комбинацией множества более мелких единиц.
Выпрямитель — Устройство, преобразующее переменный ток (AC) в постоянный ток (DC).
Преобразователь — Устройство для преобразования энергии из одной формы в другую.
постоянна, тем больше ее сопротивление протеканию электрического тока.
Стандартом, используемым для измерения диэлектрической проницаемости, является вакуум, которому присваивается значение единицы. Диэлектрические постоянные некоторых других распространенных материалов следующие: сухой воздух (при давлении в одну атмосферу): 1,0006; вода: 80; стекло: от 4 до 7; воск: 2,25; янтарный: 2,65; слюда: от 2,5 до 7; бензол: 2,28; четыреххлористый углерод: 2,24; и метиловый спирт: 33.1. Синтетические полимеры в настоящее время широко используются в качестве диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость этих материалов находится в диапазоне от 1,3 для полиэтилена до 2,0 для политетрафторэтилена (тефлон ® ) до максимума примерно от 7,2 до 8,4 для меламиноформальдегидной смолы.
Почти в любом электрооборудовании в той или иной форме используются диэлектрические материалы. Например, провода и кабели, по которым проходит электрический ток, всегда покрыты или обернуты каким-либо изоляционным (диэлектрическим) материалом. Сложное электронное оборудование, такое как выпрямители, полупроводники, преобразователи и усилители, содержит или изготавливается из диэлектрических материалов. Изоляционный материал, зажатый между двумя проводящими пластинами в конденсаторе, также состоит из некоторого диэлектрического вещества.
Жидкие диэлектрики также используются в качестве электрических изоляторов. Например, трансформаторное масло представляет собой натуральное или синтетическое вещество (например, минеральное масло, силиконовое масло или органические сложные эфиры), которое обладает способностью изолировать катушки трансформатора как электрически, так и термически.
Ряд традиционных диэлектрических материалов все еще широко используются в промышленности.
Например, бумага, пропитанная маслом, часто по-прежнему является предпочтительным изолятором для покрытия проводов, по которым проходит ток высокого напряжения. Тем не менее, синтетические материалы теперь стали широко популярными для многих применений, когда-то заполненных натуральными веществами, такими как стекло и резина. Преимущество синтетических материалов заключается в том, что они могут быть разработаны для получения очень специфических свойств для специализированного использования. Эти свойства включают не только низкую диэлектрическую проницаемость, но также прочность, твердость, устойчивость к химическому воздействию и другие желательные качества.
Среди полимеров, используемых в настоящее время в качестве диэлектриков, полиэтилены, полипропилены, полистиролы, поливинилхлориды, полиамиды (нейлон), полиметилметакрилаты и поликарбонаты.
Когда диэлектрический материал подвергается воздействию сильного электрического поля, он может подвергнуться процессу, известному как пробой.
В этом процессе материал внезапно становится проводящим, и через материал начинает течь большой ток. Появление искры также может сопровождать пробой. Точка, в которой происходит пробой любого данного материала, зависит от ряда факторов, включая температуру, геометрическую форму материала и тип материала, окружающего диэлектрик. Способность диэлектрического материала сопротивляться пробою называется собственной электрической прочностью.
Пробой часто связан с разрушением диэлектрического материала. Материал может окисляться, физически разрушаться или деградировать каким-либо другим образом, что повышает проводимость. Когда разрушение действительно происходит, оно часто сопровождается дальнейшим разрушением материала.
См. также Электроника; Состояние окисления.
КНИГИ
Хафф, Х.Р. и Д.К. Гилмер, ред. Материалы с высокой диэлектрической проницаемостью . Берлин, Германия: Springer, 2005. 9.0003
Кан, Кван-Чи. Диэлектрические явления в твердых телах: с акцентом на физические концепции электронных процессов .
Амстердам, Нидерланды и Бостон, Массачусетс: Academic Press, 2004.
Раджу, Горур Г. Диэлектрики в электрических полях . Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2003.
Скейф, Б.К. Принципы диэлектриков . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 1998.
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ
Гриднев С. А. «Электрическая релаксация в неупорядоченных полярных диэлектриках». Сегнетоэлектрики 266, вып. 1 (2002): 171-209.
Дэвид Э. Ньютон
Электричество – Диэлектрические материалы – Физика 299
Электричество – Диэлектрические материалы – Физика 299 «Фундаментальные исследования
это как пустить стрелу в воздух и там, где она приземлится,
рисование мишени.»
- Во всех наших дискуссиях до сих пор мы неявно предполагали, что
наши заряды находились в вакууме или на поверхности
проводники.
Теперь нужно подумать, как учесть
учитывать наличие непроводящего материала в реальном
Мир. Диэлектрический материал — это просто другой способ сказать
непроводящий материал.
Теперь нужно подумать, как учесть
учитывать наличие непроводящего материала в реальном
Мир. Диэлектрический материал — это просто другой способ сказать
непроводящий материал.- Представьте себе параллель
пластинчатый конденсатор, в котором диэлектрический материал помещен между
пластины (справа внизу). Диэлектрик состоит из
атомы/молекулы, содержащие положительные и отрицательные
обвинения. Приложенное электрическое поле между пластинами, E 0 ,
вызовет положительные и отрицательные заряды составляющих
атомы/молекулы слегка двигаются в противоположных направлениях
(правильно). Электрические дипольные моменты будут «индуцироваться» в
материал, как показано. Чистый эффект
появляются на поверхности диэлектрического материала, как показано на рисунке.
Говорят, что диэлектрик был поляризован, что привело к
поляризационное электрическое поле, Е Р .
В проводники (металлы) есть (почти) свободные электроны, которые будут перемещаться по материалу при приложении электрического поля, генерирующий электрический ток.
- Сеть E поле
между пластинами уменьшено,
, где k называется диэлектрической проницаемостью или относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Обратите внимание, что для вакуума, поскольку E P = 0, k = 1 и поскольку E P < E 0 для всех остальных материалы k > 1.
- Легко показать, что для плоского конденсатора напряжение (pd) между пластинами и накопленная энергия уменьшаются в k раз, тогда как емкость увеличилась в k раз.
- По применению закона Гаусса к параллельной пластине конденсатор с диэлектриком между обкладками может быть показано, что для учета присутствия диэлектрика Закон Гаусса становится,
Как правило, когда диэлектрическая среда присутствует везде, где появляется ε 0 , он должен быть заменен по ε 0 к.
Химик, биолог и инженер-электрик находился в камере смертников, ожидая отправки в электрический стул.
Химик был выдвинут первым. — У тебя есть что-нибудь, что ты хочешь сказать? спросил палач, привязывая его. «Нет,» ответил химик. Палач щелкнул выключателем, и ничего не произошло. В соответствии с законодательством этого конкретного штата, если попытка казни терпит неудачу, заключенный должен быть освобожден, поэтому химик был выпущенный.
Потом биолога привезли вперед. — У тебя есть что-нибудь, что ты хочешь сказать? «Не просто давай, — палач щелкнул выключателем, и опять ничего не произошло, поэтому биолога отпустили.
Потом инженер-электрик был
выдвинуты.
