Воздух как диэлектрик: Газообразные диэлектрики | Электроматериаловедение | Архивы

Содержание

Воздух как диэлектрик — Студопедия

Определение электрической прочности воздуха в однородном

И неоднородном электрическом поле

Цель работы:

Задания:

  1. Ознакомиться с теоретическими сведениями по работе.
  2. Изучить принцип работы лабораторной установки.
  3. Получить опытные значения электрической прочности воздушных промежутков.
  4. Построить зависимости напряжения пробоя от толщины воздушных промежутков для электродов различной формы.
  5. Проанализировать полученные данные.

Теоретические сведения

Воздух как диэлектрик

В качестве изоляции в различных электрических установках используются газы. Особенное место среди них занимает воздух. Он является естественной изоляцией многих электротехнических конструкций: трансформаторов, конденсаторов, воздушных выключателей, линий электропередачи.

Как диэлектрик, воздух имеет следующие положительные свойства: быстро восстанавливает свою электрическую прочность после пробоя, отсутствие старения, т.е. ухудшения свойств с течением времени, малые диэлектрические потери. Отрицательными свойствами воздуха как диэлектрика являются: невозможность использования его для закрепления деталей устройств, вследствие чего они применяются в сочетании с твёрдыми диэлектриками, невысокая электрическая прочность, способность увлажнятся, образовывать окислы и поддерживать горение, низкая теплопроводность.


Электрическая прочность воздуха не является величиной постоянной, а зависит от давления, относительной влажности, формы электродов и расстояния между ними, от вида напряжения, а также от полярности электродов.

Пробоем называется явление, приводящее к длительному или кратковременному образованию канала с высокой электрической проводимостью. Значение напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением, а соответствующее значение напряженности поля — электрической прочностью диэлектрика.

Электрическая прочность Епр, определяется пробивным напряжением Uпр, отнесённым к толщине диэлектрика в месте пробоя. Для практических целей удобно выражать пробивное напряжение в кВ, а толщину диэлектрика — мм, тогда Епр будет в кВ/мм.

Пробой газообразных диэлектриков всегда начинается с ударной ионизации. Электрический ток проводимости в какой либо среде, в частности в газах, возможен только в том случае, когда в ней имеются свободные заряженные частицы — электроны и ионы. В нормальном состоянии частицы газа — атомы и молекулы — нейтральны; газ в этом случае не проводит электрического тока. Однако под влиянием внешнего электрического поля в газах возникают свободные заряды в виде электронов, а также положительных и отрицательных ионов.

Ударная ионизация вызывается соударениями электронов и ионов с нейтральными атомами и молекулами газа. Для начала ударной ионизации необходимо, чтобы кинетическая энергия электронов, разгоняемых электрическим полем, стала больше энергии ионизации. Явление пробоя газа зависит от степени однородности электрического поля, в котором осуществляется пробой

5. Газообразные диэлектрики.

5. Газообразные диэлектрики.

Диэлектрики это вещества,  основным электрическим свойством  которых является способность поляризоваться в электрическом поле.

По агрегатному состоянию диэлектрики могут быть газообразными, жидкими, твёрдыми.

В зависимости от химического состава диэлектрические материалы подразделяются на органические и неорганические.

 

Воздух − смесь азота, кислорода и инертных газов. Играет роль изолирующей и охлаждающей среды во многих электрических установках.

На воздушных электрических линиях, в распределительных устройствах, в коммутационной аппаратуре и других электрических изделиях воздух является единственной изоляцией между неизолированными проводами. Иногда в слое воздуха, непосредственно  соприкасающемся с поверхностью проводов высокого напряжения, наблюдается светлое фиолетовое свечение – электрическая корона, которое сопровождается характерным шипением. Электрическая корона возникает  при ухудшении электроизоляционных свойств воздуха или при воздействии на воздух повышенного напряжения и вызывает потери энергии.

Воздух может находиться в твёрдой и жидкой изоляции электрооборудования при плохой пропитке изоляции и очистке пропитывающего материала. В этом случае могут произойти разрядные процессы при высоких напряжениях электрического поля. Кроме того, воздух, содержащий кислород, способствует возникновению окислительных  процессов в других материалах.  

Элегаз − гексафторид серы (шестифтористая сера). Электрическая прочность в 2,5 раза больше, чем у воздуха. Применяется как изолирующий и дугогасящий материал при изготовлении кабелей, конденсаторов и высоковольтных выключателей. Элегазовые кабели не горючи, хорошо охлаждаются, имеют малую электрическую ёмкость. Элегазовые выключатели имеют высокие дугогасящие свойства и малые габариты.

Недостаток — высокая стоимость. Поэтому для удешевления изделий элегаз часто используют в смеси с азотом или фреоном.

Азот − в чистом виде используется как изолирующая среда в высоковольтных конденсаторах и электровакуумной технике, а также как защитная среда (микроэлектроника, трансформаторы).

Водород − главное достоинство — высокая теплопроводность — в 6 раз выше, чем у воздуха.

Используется как охлаждающая среда мощных электрических машин. Применение водородного охлаждения снижает вентиляционные потери, увеличивает срок службы твёрдой изоляции вследствие отсутствия окислительных процессов.

Недостаток − в смеси с кислородом воздуха может образовывать взрывоопасную смесь.

Инертные газы

− аргон, гелий, ксеон, неон.  Эти газы имеют очень низкий потенциал ионизации, поэтому их электрическая прочность низкая. Применяют их в технике слабых токов и газоразрядных приборах.

                                       

Газоразрядные лампы

Газообразные диэлектрики

К газообразным диэлектрикам относятся практически все газы. В первую очередь, это воздух, который является естественным изолятором, окружая все электрические установки. Кроме воздуха широко используют в качестве электрической изоляции неполярные газы азот, водород, углекислый газ, инертные газы, а также полярные газы фреоны, элегаз и др.

Электропроводность газов. В идеальном газе свободных носителей заряда нет. В реальных газах всегда имеется некоторое количество свободных электронов и ионов, как результат процесса ионизации молекул газа при воздействии космических и солнечных излучений, земной радиации и т.д. Одновременно с ионизацией в газах протекает процесс рекомбинации нейтральных молекул из электронов и ионов. Поэтому в нормальных условиях удельное электрическое сопротивление газов чрезвычайно велико (ρ до 1018  Ом·м). Высокие электроизоляционные свойства газов сохраняются в электрическом поле до критической напряженности Екр, после чего начинается процесс ударной ионизации лавинообразное увеличение электронов и ионов, что приводит к пробою газового промежутка. Полностью ионизированный газ это особая равновесная высокопроводящая среда, называемая плазмой. Для воздуха в нормальных условиях критическая напряженность электрического поля Екр = 106 В/м.

Поляризация газов. Основное значение для всех газов имеет

электронная поляризация. Газы обладают малой плотностью, расстояние между молекулами велико, поэтому относительная диэлектрическая   проницаемость   для   всех   газов   близка   к   единице (ε = 1,0002…1,002). Для воздуха ε = 1,0006.

С увеличением температуры относительная диэлектрическая проницаемость уменьшается, а с увеличением давления ε растет, так, для воздуха при p = 20 атм. ε = 1,01. При влажности воздуха

100% ε = 1,0007, а при 0% влажности ε = 1,0005.

Диэлектрические потери в газах связаны с потерями на электропроводность. Для полярных молекул ориентация диполей происходит без потерь энергии. Поэтому при отсутствии ионизации диэлектрические потери в газах весьма незначительны (tgδ < 4.10-8).

Электрическая прочность газов значительно меньше, чем у жидких и твердых диэлектриков. Для воздуха Епр = 3,2 МВ/м. Основная причина пробоя газов ударная ионизация.

Электрическая прочность газов сильно зависит от давления, степени однородности электрического поля, расстояния между электродами и частоты поля.

При малых давлениях Епр  велико (рис. 24) вследствие малого числа частиц в единице объема и низкой вероятности их столкновения, при повышении давления Епр понижается. При больших давлениях уменьшается длина свободного пробега частиц, они не приобретают необходимой кинетической энергии для ионизации, и электрическая прочность увеличивается.

Рис. 24. Зависимость электрической прочности воздуха от давления

В неоднородном поле (игла-игла, игла-плоскость и т.д.) электрическая прочность оказывается ниже, чем в однородном. С увеличением расстояния между электродами Епр снижается, так как повышается фактор неоднородности поля (рис. 25).

Рис. 25. Зависимость электрической прочности воздуха от расстояния между электродами в однородном поле

С  увеличением частоты поля напряжение пробоя снижается, что связано с образованием объемных зарядов из-за различной подвижности электронов и ионов. В области высоких частот (>5МГц)

продолжительность полупериода изменения поля становится соизмеримой со временем формирования электронных лавин, и пробивное напряжение резко возрастает (рис. 26).

Рис. 26. Зависимость пробивного напряжения воздуха от частоты поля

Uпр f

:

Uпр о

Uпр f пробивное напряжение на данной частоте, Uпр о пробивное напряжение на постоянном токе

Применение газообразных диэлектриков

Воздух является естественным изолятором в электроаппаратах и устройствах (воздушных высоковольтных выключателях, воздушных конденсаторах, в т.ч. эталонных), он одновременно обеспечивает отвод тепла.

Азот служит в качестве заменителя воздуха в тех случаях, когда недопустимо окисление.

Водород используется в качестве электроизоляционной охлаждающей среды в мощных генераторах, обладает высокой теплоемкостью.

Азот (N2), водород (h3), углекислый газ (CO2) входят в состав защитных сред многих производств.

Инертные газы (аргон, неон, криптон, ксенон, гелий) применяются для заполнения электровакуумных приборов, радиоламп, газосветных трубок различного цвета свечения.

Фреоны производные метана Ch5  или этана C2H6, в которых атомы водорода замещены атомами фтора или хлора. Например,

дихлорфторметан CCl2F2   (фреон-12)  применяется в  холодильной технике.

Элегаз (SF6) обладает высокой химической стойкостью, нетоксичен, в 5 раз тяжелее воздуха, применяется для заполнения высоковольтных высокочастотных конденсаторов, рентгеновских трубок, мощных трансформаторов.

Фреоны и элегаз тяжелые газы с большим молекулярным весом. Их электрическая прочность в 2,5 раза выше, чем у воздуха и составляет 7,5 МВ/м.

Материал взят из книги Электротехнические материалы (Л.Г. Петрова)

Газообразный диэлектрик — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Газообразный диэлектрик

Cтраница 1

Газообразные диэлектрики обладают высокими электроизоляционными свойствами только при низких напряжениях. В сильных электрических полях, когда начинается процесс ударной ионизации, проводимость газов резко возрастает.  [1]

Газообразные диэлектрики широко используются при изготовлении высоковольтных аппаратов ( воздушные и элегазовые выключатели, разрядники и др.), кроме того, воздух окружает большое число электротехнических установок, а в ЛЭП является основной изолирующей средой. В ряде электро — и радиотехнических, радиоэлектронных устройств и приборов используются различные газонаполненные элементы, где важны не только общефизические свойства газов, но и их электрические характеристики.  [2]

Газообразные диэлектрики имеют большое значение для электротехнической промышленности. Среди исследованных газов галоген — и кислородсодержащие газы обнаружили наивысшую электрическую прочность. Было замечено, что молекулы именно этих газов имеют самые большие из известных сечения образования отрицательных ионов. Хотя уже давно было установлено, что образование отрицательных ионов в газообразных диэлектриках играет большую роль, экспериментальные трудности препятствовали количественному исследованию процессов, происходящих в них.  [3]

Выбранный газообразный диэлектрик должен быть подвергнут соответствующей очистке. Для этой цели применяют разнообразные методы: фракционную перегонку, замораживание, реакции с веществами, обеспечивающими химическое удаление примесей, обработку селективными абсорбентами. В настоящее время не рекомендуется для очистки и сушки использовать активированный алюминий в качестве абсорбента; применяются другие вещества с повышенной реактивной способностью. Фирмами разработаны различные методы технологии очистки газов; детали и последовательность этих процессов не сообщаются.  [4]

Газообразными диэлектриками являются все газы, в том числе воздух г, широко используемый в электротехнических установках. Электропроводность газообразных диэлектриков обусловлена наличием в них электрически заряженных частиц — электронов и ионов.  [5]

Газообразными диэлектриками являются все газы, в том числе воздух2, широко используемый в электротехнических установках. Электропроводность газообразных диэлектриков обусловлена наличием в них свободных электрически заряженных частиц — электронов и ионов.  [6]

Наиважнейшим газообразным диэлектриком является воздух, который часто входит в состав электрических устройств независимо от нашего влияния и играет в них роль электрической изоляции в дополнение к специально созданной твердой или жидкой. В отдельных случаях, например, на участках воздушных линий электропередачи, воздух является единственным изолятором.  [8]

Какой газообразный диэлектрик самый распространенный.  [10]

Рассмотрим газообразный диэлектрик столь малой поляризуемости, что различием между ( микро) 2 Я2 и Йикро, а также между Е и Е ( § 28) в нем можно пренебречь. Молекулы диэлектрика считаем твердыми диполями.  [11]

Особенностью газообразных диэлектриков является невозможность использования их для закрепления деталей устройства, вследствие чего они применяются в сочетании с твердыми диэлектриками.  [12]

Пробой газообразных диэлектриков всегда начинается с ударной ионизации. Для начала ударной ионизации необходимо, чтобы кинетическая энергия электронов, разгоняемых электрическим — полем, стала больше энергии ионизации.  [13]

Пробой газообразных диэлектриков всегда начинается с ударной ионизации. Для начала ударной ионизации необходимо, чтобы кинетическая энергия электронов, разгоняемых электрическим полем, стала больше энергии ионизации.  [14]

Электропроводность газообразных диэлектриков обусловлена наличием в них свободных электрически заряженных частиц — электронов и ионов.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Газообразные диэлектрики Воздух, азот. Водород, углекислый газ, элегаз.

Газообразные диэлектрики Воздух, азот. Водород, углекислый газ, элегаз.

Газообразные диэлектрики Газообразные диэлектрики делят на две группы: естественные и искусственные. Естественные газообразные диэлектрики. Наибольшее применение из них в силу своей распространенности получил воздух, даже в тех случаях, когда его присутствие в изоляции нежелательно. Искусственные газообразные диэлектрики. К ним относятся элегаз, хладоген 12 и др. Из них в практике особый интерес представляет элегаз. Основными газообразными диэлектриками, применяющимися в электротехнике, являются: воздух, азот, водород и элегаз (гексафторид серы ).

По сравнению с жидкими и твердыми диэлектриками, газы обладают малыми значениями диэлектрической проницаемости и, высоким удельным сопротивлением и пониженной электрической прочностью в нормальных условиях. Основные характеристики газов как диэлектриков — это диэлектрическая проницаемость, электропроводность, электрическая прочность. Кроме того, зачастую важны теплофизические характеристики, в первую очередь теплопроводность.

В числе газообразных диэлектриков, прежде всего, должен быть упомянут воздух, который в силу своей всеобщей распространенности даже помимо нашей воли часто входит в состав электрических устройств и играет в них роль электрической изоляции, дополнительной к твердым или жидким электроизоляционным материалам. В отдельных частях электрических установок, например, на участках воздушных линий электропередачи воздух образует единственную изоляцию между голыми проводами линии. При недостаточно тщательно проведенной пропитке изоляции электрических машин, кабелей, конденсаторов в ней могут оставаться воздушные включения, часто весьма нежелательные, так как они при высоком рабочем напряжении изоляции могут стать очагами образования ионизации.

Свойства газов по отношению к свойствам воздуха Свойства газов по отношению к свойствам воздуха (в относительных единицах) приведены в таблице.

Воздух Воздух — смесь газов с электрической прочностью Eпр = 3,2 кВ/мм (при 0,1 МПа и 20°С), плотностью— 1,293 кг/м3. Епр воздуха зависит в основном от расстояния между электродами, давления, температуры и влажности. Приведенная величина соответствует +20°С, давлению 0,1 МПа и расстоянию между электродами 10 мм. Ток утечки через воздух крайне мал, поэтому tgδ его практически равен нулю. В воздушных линиях электропередачи, сухих трансформаторах, коммутационных аппаратах, распределительных устройствах и т.п. воздух является основной изоляцией. Во многих электрических объектах он играет роль дополнительной изоляции к твердым и жидким диэлектрикам.

Даже небольшая примесь к воздуху элегаза, фреона, перфторорганических газов или паров заметно повышает его электрическую прочность, что используется в некоторых электрических устройствах высокого напряжения.

Азот По электрическим характеристикам близок к воздуху, однако в отличие от него не содержит кислорода, который оказывает окисляющее воздействие на соприкасающиеся с ним материалы. Азот имеет практически одинаковую с воздухом электрическую прочность. Он нередко применяется вместо воздуха для заполнения газовых конденсаторов и для других целей.

Водород Имеет пониженную электрическую прочность по сравнению с азотом и применяется в основном для охлаждения электрических машин. Замена воздуха водородом приводит к значительному улучшению охлаждения, так как удельная теплопроводность водорода значительно выше, чем у воздуха. Кроме того, при применении водорода снижаются потери мощности на трение о газ и вентиляцию. Поэтому водородное охлаждение позволяет повысить как мощность, так и КПД электрической машины. Вследствие отсутствия окисляющего действия кислорода воздуха замедляется старение органической изоляции обмоток машины и устраняется опасность пожара в случае короткого замыкания внутри машины. Наконец, в атмосфере водорода улучшаются условия работы щеток.

Жидкие и твердеющие электроизоляционные материалы


Электрическая прочность.

Повышение давления воздуха приводит к увеличению напряжения коронного разряда и напряженности электрического поля, при которой происходит пробой для рассматриваемой системы электродов. Согласно закону Пашена, в однородном электрическом поле напряжение пробоя не изменится, если при уменьшении межэлектродного зазора во столько же раз увеличить давление газа в зазоре. Такие распространенные газы, как азот, кислород и двуокись углерода, по своей изолирующей способности близки к воздуху при атмосферном давлении. Некоторые пары, особенно те, что содержат серу, хлор или фтор, такие, как гексафторид серы (SF6), четыреххлористый углерод (CCl4) и фреон-12 (CCl2F2), имеют втрое большую электрическую прочность, чем воздух при том же давлении. Влияние давления на напряжение пробоя для некоторых материалов показано на рисунке.

Электроизолирующие свойства газов оказываются наихудшими при давлениях от 1 до 0,01 кПа. Прохождение тока через газ при таких давлениях сопровождается ярким свечением (например, в ртутных или неоновых лампах). Это явление называется тлеющим разрядом.

Электропроводность

Электропроводность диэлектриков объясняется присутствием в их молекулах незначительного числа свободных электронов. При смещении зарядов внутри вещества за некоторый промежуток времени, наблюдается постепенное установление равновесного положения, что и является причиной появления тока. Электропроводность диэлектриков существует в момент выключения и включения напряжения. Технические образцы изоляторов имеют максимальное количество свободных зарядов, поэтому в них появляются незначительные сквозные токи.

Электропроводность диэлектриков в случае постоянного значения напряжения вычисляется по сквозному току. Данный процесс предполагает выделение и нейтрализацию на электродах имеющихся зарядов. В случае переменного напряжения на величину активной проводимости влияет не только сквозной ток, но и активные компоненты поляризационных токов.

Электрические свойства диэлектриков зависят от плотности тока, сопротивления материала.

Волокнистые электроизоляционные материалы

Волокнистые материалы часто применяются для изоляции в электрических аппаратах и машинах. К ним относят материалы растительного происхождения (каучук, целлюлозу, ткани), синтетический текстиль (нейлон, капрон), а также материалы из полистирола, полиамида и т.д.

Органические волокнистые материалы обладают высокой гигроскопичностью, поэтому редко используются без специальной пропитки.

В последнее время взамен органических материалов применяют синтетические волокнистые изоляции, которые обладают более высоким уровнем нагревостойкости. К ним относится стеклянное волокно и асбест. Стеклянное волокно пропитывают различными лаками и смолами для повышения его гидрофобных свойств. Асбестовое волокно обладает малой механичной прочностью, поэтому нередко в него добавляют хлопчатобумажное волокно.

Особенности газообразного состояния

Газообразные диэлектрики имеют незначительную электропроводность в том случае, если напряженность поля принимает минимальные значения. Возникновение тока в газообразных веществах возможно только в тех случаях, когда в них присутствуют свободные электроны либо заряженные ионы.

Газообразные диэлектрики являются качественными изоляторами, поэтому используются в современной электронике в больших объемах. Ионизация в таких веществах обуславливается внешними факторами.

Из-за соударений ионов газа, а также при термическом воздействии, ультрафиолетовом или рентгеновском действии, наблюдается и процесс образования нейтральных молекул (рекомбинация). Благодаря этому процессу ограничивается увеличение количества ионов в газе, устанавливается определенная концентрация заряженных частиц через короткий временной промежуток после воздействия внешнего источника ионизации.

В процессе возрастания напряжения, прикладываемого к газу, увеличивается движение ионов к электродам. Они не успевают рекомбинироваться, поэтому осуществляется их разряжение на электродах. При последующем повышении напряжения ток не возрастает, его именуют током насыщения.

Рассматривая неполярные диэлектрики, отметим, что воздух является совершенным изолятором.

Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Класс нагревостойкости диэлектриков указывается буквой латинского алфавита. Перечислим основные из них:

  • Y – максимальная температура 90 град. Цельсия. К данной категории относятся различные волокнистые изделия из хлопка, натуральных тканей и целлюлоза. Они не пропитываются и не дополняются жидкими электроизоляторами.
  • A – 105 град. Цельсия. Все материалы, перечисленные выше, и синтетический шелк, пропитываемые жидкими диэлектриками (погружаемые в них).
  • E – 120 град. Цельсия. Синтетические изделия, включая волокна, пленки и компаунды.
  • B – 130 град. Цельсия. Слюдинитовые диэлектрики, асбест и стекловолокно вкупе с органическим связующим и пропиткой.
  • F – 155 град. Цельсия. Слюдинитовые материалы, в качестве связующего звена которых выступают синтетические компоненты.
  • H – 180 град. Цельсия. Слюдинитовые диэлектрики с кремнийорганическими соединениями, выступающими в качестве связующего.
  • C – более 180 град. Цельсия. Все перечисленные выше изделия, в которых не используется связующее или применяются неорганические адгезивы.

Выбор электроизоляционных материалов зависит не только от мощностей оборудования, но и от условий его эксплуатации. Например, для высоковольтных линий электропередач должны использоваться диэлектрики с повышенной морозостойкостью и защитой от воздействия ультрафиолетовых лучей.

Таким образом, информация выше может использоваться только в качестве ознакомительных целей, а окончательное решение должен принимать профессиональный, квалифицированный специалист.

Гуру 220→Электропроводка→Провода и кабели→

Электроизоляционные материалы и сферы их применения

К основным областям применения электроизоляционных материалов можно отнести различные промышленные ветви, радиотехнику, приборостроение и монтаж электрических сетей. Диэлектрики – это основные элементы, от которых зависит безопасность и стабильность работы любого электроприбора. На качество и функциональность изоляции влияют различные параметры.

Таким образом, главная причина применения электроизоляции – соблюдение правил безопасности. В соответствии с ними строго запрещено эксплуатировать оборудование с частично или полностью отсутствующей изоляцией, поврежденной оболочкой, поскольку даже малые токи могут нанести вред человеческому организму.

Электропроводность твердых тел

Она объясняется перемещением не только ионов самого изолятора, но и заряженных частиц примесей, содержащихся внутри твердого материала. По мере прохождения через твердый изолятор происходит частичное удаление примесей, что постепенно сказывается на проводимости тока. Учитывая особенности строения кристаллической решетки, перемещение заряженных частиц обусловлено флуктуацией теплового движения.

При невысоких температурах происходит движение положительных и отрицательных ионов примесей. Такие виды изоляции характерны для веществ с молекулярной и атомной кристаллической структурой.

Для анизотропных кристаллов величина удельной проводимости меняется в зависимости от его осей. К примеру, в кварце в направлении, расположенном параллельно основной оси, она превышает в 1000 раз перпендикулярное положение.

В твердых пористых диэлектриках, где практически нет влаги, незначительное повышение электрического сопротивления приводит к повышению их электрического сопротивления. У веществ, которые содержат примеси, растворимые в воде, наблюдается существенное уменьшение объемного сопротивления из-за изменения влажности.

Классификация

Все диэлектрические материалы подразделяют на полярные и неполярные виды. У полярных изоляторов центры положительных и отрицательных зарядов смещены от центра. Молекулы таких веществ по своим электрическим параметрам аналогичны жесткому диполю, имеющему свой дипольный момент. В качестве полярных диэлектриков можно привести воду, аммиак, хлороводород.

Неполярные диэлектрики отличаются совпадением центров положительных и отрицательных зарядов. Они сходны по электрическим характеристикам упругому диполю. Примерами таких изоляторов являются водород, кислород, тетрахлорметан.

Особенности разряда на границе раздела твердых слоистых диэлектриков Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.315.3

ОСОБЕННОСТИ РАЗРЯДА НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ТВЕРДЫХ СЛОИСТЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

В.И. Меркулов, А.В. Почивалова

Томский политехнический университет E-mail: [email protected]

Установлена связь величины разрядного напряжения на границе раздела твердых слоистых диэлектриков от длины разрядного расстояния. Обнаружено явление заглубления канала разряда в диэлектрик, прилегающий к границе раздела, выход его на внешнюю поверхность с последующим развитием по воздуху.

Ключевые слова:

Разряд на границе раздела, заглубление канала разряда, развитие трека, композиционные материалы.

Известно [1, 2], что широкое применение в качестве электрической изоляции высоковольтных электрических машин, трансформаторов и др. конструкций находят различные композиционные материалы, имеющие слоистую структуру. К таким материалам относят стеклолакоткань, имидо-флекс, стекломиканит, текстолит, гетинакс и многие другие. Учитывая особенности электротехнических конструкций, такие материалы могут работать в условиях резконеравномерного электрического поля, где наряду с нормальной составляющей напряженности электрического поля будет значительная тангенциальная составляющая. Под действием тангенциальной составляющей напряженности электрического поля развитие разряда может происходить вдоль слоев такой изоляции или на границе раздела их с другим диэлектриком, что изучено недостаточно.

Методика и техника эксперимента

В данной работе проведены исследования развития электрического разряда на границе раздела твердых слоистых диэлектриков в нормальных условиях на переменном напряжении частотой 50 Гц и постоянном токе в системе электродов игла — слой фольги, создающих резконеравномерное электрическое поле. В качестве образцов использовалась комбинация из различных диэлектрических материалов. Во всех случаях в качестве материала подложки применялся полиметилметакрилат (ПММА) толщиной 3 мм. В качестве другого материала использовались различные диэлектрики (ПММА, виниловый пластик, полиэтилен (ПЭ), стеклотекстолит, стекломиканит, стеклолакоткань, имидофлекс, полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и др.). Образцы представляли собой форму пластинок размером 50×100 мм2. В промежутке между пластинками разных материалов (на границе их раздела) располагались электроды игла — слой алюминиевой фольги (тип А). В качестве первого электрода использовались швейные иглы № 11, имеющие радиус закругления порядка 20…30 мкм, а в качестве второго электрода — алюминиевая фольга толщиной 12 мкм, край которой заворачивался в виде манжеты для выравнивания кромки.

Расстояние от края фольги до иглы регулировалось, чтобы исследовать зависимость значения разрядного напряжения от длины межэлектродного промежутка, и составляло 10…40 мм. Для регулирования величины тангенциальной составляющей напряженности электрического поля в одном случае фольга дополнительно заворачивалась поверх исследуемого материала (тип Б), в другом случае фольга заворачивалась в сторону подложки (тип В). Испытания проводились как при наличии воздушной прослойки на границе раздела между испытываемыми материалами, так и без воздушной прослойки. В этом случае исследуемые материалы склеивались с помощью эпоксидного компаунда холодного отверждения на основе смолы ЭДб и отвердителя — полиэтиленполиамина. «Ч

1, мм

10 15 20 25 30 35 40

Рис. 1. Зависимость напряжения разряда ир от длины меж-электродного промежутка I для образцов композиции ПММА с другим диэлектриком: 1) воздухом; 2) виниловым пластиком; 3) стеклопластиком; 4) ПЭ; 5) имидофлексом; 6) ПЭТФ; 7) ПММА

Как видно из рис. 1, наименьшее разрядное напряжение характерно для разряда по границе раздела оргстекло — воздух (кривая 1). В композициях ПММА — материал величина разрядного напряжения несколько увеличивается, однако сам разряд происходит только на границе их раздела, что согласуется с экспериментальными результатами, имеющимися в литературе. Можно отметить, что величина разрядного напряжения при наличии воздушной прослойки на границе раздела слабо зависит от вида композиции (кривые 2-6) и установить ее связь с типом исследуемого материала практически невозможно.

На рис. 2 приведены результаты исследования зависимости разрядного напряжения от длины разрядного промежутка на границе раздела испытываемых композиционных материалов с подложкой на переменном напряжении, когда воздушная прослойка заменена слоем эпоксидного клея.

Из рис. 2 видно, что наибольшее разрядное напряжение наблюдается в композиции ПММА -имидофлекс (кривая 1). Более низкие значения разрядного напряжения характерны для композиций ПММА — ПЭ и ПММА — ПЭТФ (кривые 3, 4). В этих композициях развитие разряда сопровождается пробоем пленки около иглы и фольги и выходом канала разряда на внешнюю поверхность исследуемого материала. Поэтому величина разрядного напряжения в таких композициях незначительно отличается от разрядного напряжения на границе раздела ПММА — воздух.

В композиции ПММА — имидофлекс развитие разряда имеет более сложный характер и происходит с заглублением канала в исследуемый материал и последующим его развитием в виде трека во внутреннем слое имидофлекса между двумя полии-мидными пленками, т. е. в слое стеклоткани. Вид канала разряда в таких образцах показан на рис. 3.

Аналогичный характер развития разряда наблюдается также в композициях ПММА — стекло-лакоткань и ПММА — стекломиканит.

Рис. 2. Зависимость напряжения разряда ир от длины меж-электродного промежутка I для образцов композиции ПММА с другим диэлектриком: 1) имидофлек-сом; 2) виниловым пластиком; 3) ПЭ; 4) ПЭТФ; 5) воздухом

Диэлектрик Вькод канала

Н

Канал разряда Игла . 10 мм.

Рис. 3. Вид канала разряда в композиции ПММА ~ имидо-флекс

Для регулирования величины тангенциальной составляющей напряженности электрического поля использовались образцы типа Б и В. Результаты испытаний показаны на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость разрядного напряжения ир от длины промежутка I для композиции ПММА — имидофлекс в системе электродов типа: 1) А; 2) Б; 3) В

Как видно из рис. 4, более высокое разрядное напряжение имеет место в образцах с системой электродов типа А (кривая 1). Для образцов, испытываемых в системе электродов типа Б и В (кривые

2, 3), напряжение развития разряда более низкое, что, по-видимому, связано с возрастанием степени неоднородности электрического поля. В ряде случаев для образцов данной композиции в системе электродов типа Б изменялся и путь канала разряда (рис. 5). В этом случае наблюдался полный пробой пленки имидофлекса и выход канала разряда на внешнюю поверхность.

Следует отметить, что с увеличением длины межэлектродного промежутка разница между значениями разрядного напряжения в различных электродных системах нивелируется, и различием в значениях разрядного напряжения можно пренебречь. Аналогичные зависимости разрядного напряжения от длины межэлектродного промежутка и типа электродной системы также наблюдались нами при испытании композиции ПММА — сте-клолакоткань. При испытании композиций ПММА — ПЭТФ и ПММА — ПЭ различий в значениях разрядного напряжения в разных электродных системах нами не установлено. Возможно, это

связано с меньшей толщиной ПЭ и ПЭТФ пленок (20 мкм) в сравнении с пленкой имидофлекса (60 мкм), что облегчало пробой этих пленки и выход разряда на поверхность.

Фольга

Ed

Рис. 5. Вид канала разряда в композиции ПММА флекс в системе электродов типа Б

имидо-

Чтобы оценить степень изменения неоднородности электрического поля при переходе системы электродов типа А к системе электродов типа В, нами производился расчет напряженности поля в таких конструкциях с использованием программы моделирования двумерных полей ЕЬСиТ, разработанной ПК «ТОР» г. Санкт-Петербург [4]. Картина распределения эквипотенциальных линий напряженности электрического поля в системе электродов типа А и Б представлена на рис. 6.

Как видно из рис. 6, в системе электродов типа Б, когда фольга дополнительно заворачивалась поверх исследуемого материала, наблюдалось появление дополнительного участка высокой напряженности электрического поля у верхнего края фольги. Существенного изменения степени неоднородности электрического поля в средней части разрядного промежутка по сравнению с системой электродов типа А не происходило. Это согласуется с полученными нами результатами, приведенными на рис. 5.

При проведении испытаний используемых композиционных материалов на постоянном токе было установлено, что развитие разряда на границе раздела этих материалов протекает аналогично разряду на переменном напряжении.

поля не только у иглы, но и на крае фольги. Установлено, что, как и при испытании на переменном напряжении, наиболее высокие значения напряжения разряда на постоянном токе наблюдались в образцах композиции ПММА — имидофлекс. Можно отметить, что в отличие от испытаний на переменном токе развитие разряда на постоянном токе часто сопровождалось расслоением исследуемого материала (имидофлекса, стеклолакоткани). Вероятной причиной этого явления является более высокая проводимость лаковой (клеящей) основы композиции, за счет чего происходит ее нагрев и размягчение. При резком повышении температуры клеящей прослойки могло происходить выделение газообразных продуктов, под действием которых происходило расслоение исследуемого материала. Кроме того, можно также отметить, что при испытаниях на постоянном токе происходит увеличение количества образцов, в которых развитие разряда сопровождалось выходом канала разряда через исследуемый материал на его внешнюю поверхность. Такая картина в основном наблюдалась для материалов, толщина которых не превышала 50 мкм (ПЭ и ПЭТФ пленки, лакоткань). По-видимому, в материалах, имеющих толщину более 50…100 мкм (винипласт, стеклотекстолит, стекломиканит), выход канала разряда на внешнюю поверхность материала затрудняется из-за более высокого напряжения, необходимого для пробоя.

Подобная картина развития разряда имеет место не только при непрерывно возрастающем напряжении, но и в процессе электрического старения, т. е. при длительном воздействии испытательного напряжения. В этом случае напряжение на образце поднималось ступенчато с интервалом в 10 мин до наступления полного разряда. Было установлено, что развитие канала разряда в процессе электрического старения, как правило, происходит с его заглублением в исследуемый материал, т. е. по механизму, показанному на рис. 3.

Рис. 6. Картина распределения эквипотенциальных линий напряженности электрического поля в системе электродов типа А и Б для композиции ПММА — имидо-флекс

Влияния полярности иглы на величину разрядного напряжения не было обнаружено, что объясняется высокой напряженностью электрического

Рис 7. Вид канала разряда в композиции ПММА — стекло-миканит в системе электродов типа А при испытании на постоянном токе (1=Юмм)

В случае электрического старения на постоянном токе развитие канала разряда сопровождается, как правило, расслоением исследуемого материала (ими-дофлекс, стеклолакоткань, стекломиканит). В ряде случаев за счет расслоения исследуемого материала при испытании на постоянном токе разряд выходил на край образцов и сопровождался перекрытием по

воздуху. В образцах композиции ПММА — стекломи-канит разряд, как правило, сопровождался разрывом исследуемого материала, что показано на рис. 7.

Выводы

1. В композициях с тонкими слоистыми материалами толщиной порядка 20…40 мкм (лакоткань, ПЭ и ПЭТФ пленки) развитие разряда сопровождается пробоем пленки и выходом канала на их внешнюю поверхность.

2. В композициях слоистых материалов, имеющих толщину более 50…100 мкм (имидофлекс, стеклотекстолит, стекломиканит, стеклолакоткань и др.), происходит заглубление канала разряда в толщу и его последующее развитие по границе раздела клеящего лака и пленки.

3. На постоянном токе развитие разряда в композиционных материалах, как правило, сопровождается расслоением компонентов композиции за счет разогрева слоя клеящего лака.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лысенко А.Н. Электрическая прочность границы раздела полимерной композиционной изоляции: Дис. … к.т.н. — Томск, 1986. — 168 с.

2. Воробьев Г.А., Похолков Ю.П., Королев Ю.Д., Меркулов В.И. Физика диэлектриков (область сильных полей). — Томск: Изд-во ТПУ, 2003. — 244 с.

3. Койков С.Н., Цикин А.Н. Электрическое старение твердых диэлектриков и надежность диэлектрических деталей. — М.-Л.: Энергия, 1968. — 287 с.

4. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. — [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.tor.ru/elcut/contact_r.htm. — 2007.

Поступила 03.06.2008 г.

УДК 537.521.7:621.315.6

ПОЛЕВАЯ ЗАВИСИМОСТЬ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЛИЭТИЛЕНА, НАПОЛНЕННОГО ЦИРКОНАТОМ ТИТАНАТА СВИНЦА

С.Н. Ткаченко, О.С. Гефле, С.М. Лебедев

ОСП НИИ высоких напряжений ГОУ ВПО ТПУ E-mail: [email protected]

Приведены результаты исследования полевых зависимостей комплексной диэлектрической проницаемости полиэтилена, наполненного ультрадисперсным порошком цирконата титаната свинца. Установлено, что зависимость s»=f(s’) на комплексной плоскости до и после определенного уровня воздействующего напряжения аппроксимируется двумя функциями: линейной -при и<и0к и дебаевской — при U>U0l!,, где U0l! — значение напряжения при котором начинается нелинейная зависимость s»=f(s’). Предложен способ расчета электрической прочности композиционных полимерных материалов по параметрам спектра диэлектрической релаксации.

Ключевые слова:

Диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность, полиэтилен, цирконат титанат свинца.

Введение

В [1] показано, что метод диэлектрической спектроскопии дает полную информацию о поведении композиционных полимерных материалов (КПМ) в слабом электрическом поле в определенном температурно-частотном диапазоне и позволяет прогнозировать изменение их свойств в зависимости от состава полимерной матрицы и концентрации наполнителей. Однако для целенаправленного регулирования состава и свойств КПМ необходимо исследование комплексной диэлектрической проницаемости не только в слабом, но и в сильном электрическом поле. Это обусловлено тем, что введение в полимерную матрицу модифицирующих добавок неорганического происхождения может обуславливать иное поведение КПМ в сильном электрическом по-

ле вследствие усиления локального поля на границах раздела полимерная матрица — наполнитель [2].

Так, в [1] была сделана оценка величины локального поля для полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), наполненного порошком цирконата тита-ната свинца (ЦТС) по формуле Лорентца. При концентрации ЦТС С=40 об. % локальное поле в неполярной матрице увеличивается примерно в 3 раза по сравнению с Е0, что может приводить к локальному пробою диэлектрика в сильном электрическом поле.

Очевидно, что усиление поля в локальном объеме диэлектриков должно приводить к снижению их электрической прочности в любом диапазоне частот внешнего электрического поля. То есть, повышение электрофизических характеристик (удельного объемного сопротивления ру и диэлектриче-

Диэлектрики – Гиперучебник по физике

Обсуждение

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 легко перемещаются в неметаллических твердых телах, в стекле, керамике и пластике могут образовываться «островки» заряда. Латинское слово для острова insula , которое является источником слова 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» — ductor .) 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, обозначающее меру, — метрон — μέτρον.) Материал, помещенный поперек пластин конденсатора наподобие маленького непроводящего моста, представляет собой 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:

  1. для предотвращения соприкосновения проводящих пластин, что позволяет уменьшить расстояние между пластинами и, следовательно, повысить емкость;
  2. для увеличения эффективной емкости за счет уменьшения напряженности электрического поля, а значит, вы получаете тот же заряд при более низком напряжении; и
  3. , 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. боковая 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 на и вращаются. 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 веками.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 диаграммы мне легче «читать».) Положительные ядра диэлектрика будут двигаться с полем вправо, а отрицательные электроны переместит 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.

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

С  ∝  1  ( Q  константа) ⇒  С    ( d , Q  константа)
В 1
В E  ( 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.

p  =  q   r

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

[см = см]

Поляризация области определяется как дипольный момент на единицу объема

с единицей СИ кулонов на квадратный метр .



См  =  С

м 3 м 2

Вычисление поляризации из первых принципов — сложная процедура, которую лучше доверить 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-е] 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] известна 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, -30°C 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 вызывают и контролируют рост костей. Токи пропорциональны напряжению (силе на единицу площади), поэтому повышенное механическое напряжение костей приводит к ускорению роста». Физика тела (255).
  • .
Микрофоны и принципы их работы
тип звука производят
изменения в…
, которые вызывают
изменения 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

Диэлектрическая проницаемость – обзор

Диэлектрическая проницаемость показывает полярность жидкости и имеет первостепенное значение для оценки растворяющих свойств воды.В общем случае диэлектрическую проницаемость можно определить как отношение абсолютной диэлектрической проницаемости вещества к абсолютной диэлектрической проницаемости свободного пространства. В условиях окружающей среды диэлектрическая проницаемость жидкой воды составляет около 78,4 (Фернандес и др., 1995, 1997). В этом состоянии жидкая вода плохо смешивается с углеводородами и газами. И наоборот, жидкая вода является хорошим растворителем для полярных материалов из-за ее высокой диэлектрической проницаемости (Мейер и др., 1992; Вагнер и Кретчмар, 2008). С ростом давления и температуры диэлектрическая проницаемость жидкой воды существенно уменьшается.Вода обладает гораздо более низкой диэлектрической проницаемостью в докритических условиях по сравнению с водой в условиях окружающей среды. Это приводит к тому, что субкритическая вода становится удобным растворителем для гидрофобных органических соединений (Carr et al., 2011). На рис. 3.3 показана диэлектрическая проницаемость воды в зависимости от температуры при постоянном давлении (Akizuki et al., 2014). Как показано на этом рисунке, диэлектрическая проницаемость воды резко уменьшается с повышением температуры воды. Диэлектрическая проницаемость воды при температурах 280 и 300°C и давлении 25 МПа аналогична этанолу и ацетону (Kritzer and Dinjus, 2001).Что касается сжижения биомассы, не слишком низкая диэлектрическая проницаемость воды может способствовать протеканию ионных реакций, в результате чего субкритическая вода является благоприятной реакционной средой для реакций синтеза, а также реакций разложения (Kruse and Dinjus, 2007). В сверхкритической области диэлектрическая проницаемость снижается до очень низкого уровня, превращаясь в неполярный растворитель, способствующий свободнорадикальным реакциям. Поэтому вода в сверхкритическом состоянии становится плохим растворителем для ионных и высокополярных материалов при низкой плотности.Соответственно, он полностью смешивается со многими органическими соединениями и большинством газов (Rebert and Kay, 1959; Connolly, 1966; Gao et al., 1994). Сверхкритическая вода ведет себя как многие органические растворители, которые могут полностью растворять органические соединения, образуя единую жидкую фазу. Эта полная смешиваемость делает сверхкритическую воду превосходной средой для гомогенных реакций органических соединений. Кроме того, однофазная сверхкритическая вода также приводит к быстрой и полной реакции органических соединений (Kritzer and Dinjus, 2001; Barner et al., 1992; Глойна и др., 1994; Глойна и Ли, 1993; Ходс и др., 2004).

Рисунок 3.3. Диэлектрическая проницаемость чистой воды в зависимости от температуры.

HJ7-50A 1-5 / 8 «HELIAX® стандартный воздушный диэлектрический коаксиальный кабель • BGS

классификация продукта
марки HELIAX®
серии HJ7-50A
Тип продукта Воздушный коаксиальный кабель



PE
диэлектрический материал
диэлектрический материал PE
Гибкость стандарт
внутренний проводник Материал Медная труба
Куртка цвета черный


Размеры
Номинальный размер 1-5 / 8 в
С объем   14.0 фут³/кфут   | 1300,6 л/км
Вес троса   1,55 кг/м   | 1,04 фунт/фут
Диаметр по кожуху   50,292 мм   | 1,980 дюйма
Внешний диаметр внутреннего проводника   18,0340 мм   | 0,7100 дюйма
Внешний диаметр проводника   46,482 мм   | 1,830 дюйма
   
Электрические характеристики  
Сопротивление кабеля   50 Ом ±0.5 Ом
Емкость   22,1 пФ/фут   | 72,5 пФ/м
Сопротивление постоянному току, внутренний проводник   0,722 Ом/км   | 0,220 Ом/кфут
Постоянное сопротивление внешнего проводника   0,328 Ом/км   | 0,100 Ом/кфут
Испытательное напряжение постоянного тока 11000 В
Индуктивность 1,870 мкГн/м | 0.570 μH / FT
Сопротивление изоляции 100000 MOHMS • KM
10000 V 10000 V
Рабочая частота диапазона 1 — 2700 МГц
Пиковая мощность 305.0 кВт
Установка электроэнергии 3.356

2


Технические характеристики окружающей среды Экологические характеристики
Температура установки -40 ° C до +60 ° C (- — от 40 °F до +140 °F)
Рабочая температура от -55 °C до +85 °C (от -67 °F до +185 °F)
Температура хранения от -70 °C до +85 ° C (-94 ° F до +185 ° F)


HELIAX®


Механические характеристики
Изгибающий момент   40.7 Н-м   | 30,0 фут-фунт
Прочность на раздавливание плоской пластины   175,0 фунт/дюйм   | 3,1 кг/мм
Минимальный радиус изгиба, несколько изгибов   508,00 мм   | 20.00 в
Количество изгибов, минимум 15
Количество изгибов, типичных 30
Гравное покрытие, максимум 0 N / мм² | 30 psi
Прочность на растяжение   340 кг   | 750 фунтов

Примечание Примечание
Примечание Значения типичные, если иное заявлено


Стандартные условия
Затухание, температура окружающей среды 20 ° C | 68 °F
Средняя мощность, температура окружающей среды   40 °C   | 104 °F
Средняя мощность, температура внутреннего проводника   100 °C   | 212 °F

RFS — Radio Frequency Systems — Your Global RF Partner

Зажимы

Кабельный подвес для HELIFLEX ® Воздушно-диэлектрический коаксиальный кабель

Кабельный подвес для HELIFLEX ® Воздушно-диэлектрический коаксиальный кабель

Кабельный подвес для HELIFLEX ® Воздушно-диэлектрический коаксиальный кабель

Кабельная подвеска, неизолированная, на болтах, для коаксиального кабеля 4″

Кабельная подвеска, неизолированная, на болтах, для коаксиального кабеля 4″

Кабельная подвеска, неизолированная, на болтах, для коаксиального кабеля 5 дюймов

Коаксиальная линия передачи

4″ HELIFLEX ® Воздушно-диэлектрический коаксиальный кабель, огнестойкая/безгалогенная оболочка

Проходное уплотнение для стен

Проход через стену (без проходной пластины)

Комплект заземления

Комплект заземления, предварительно сформированная медная полоса

Комплект заземления, предварительно сформированная медная полоса, 1.5 м (60″) для HELIFLEX ® Кабель 4″

Инструменты

Подъемный захват для коаксиального кабеля HCA300 и HCA400, шнуровка

Подъемный захват для коаксиального кабеля и эллиптического волновода, шнуровка

Соединители

Разъем EIA 1-5/8″ для коаксиального кабеля 1-5/8″, газовая заглушка/газовый проход, уплотнительное кольцо

Разъем EIA 3-1/8″ для коаксиального кабеля 3″, газовая заглушка/газовый проход, уплотнительное кольцо

Разъем EIA 3-1/8″ для коаксиального кабеля 4″, газовая заглушка/газовый проход, уплотнительное кольцо

AWR Каталог офисных элементов для микроволновых печей: Диэлектрическая крышка/воздушный карман: GLOBTOP

GLOBTOP моделирует настраиваемый диэлектрический блок.Его можно использовать для моделирования как эпоксидной диэлектрическая крышка или воздушный карман. Этот элемент предназначен только для использования в документах 3D EM. Видеть «Использование 3D EM Elements» для получения подробной информации об использовании 3D pCells с программным обеспечением для анализа Cadence® AWR® Analyst™ 3D FEM EM.

Имя Описание Тип блока По умолчанию
ID Идентификатор подсхемы Текст С1
НЕТТО Имя подсхемы Текст ГЛОБТОП
Коэффициент кратности — не используется для этой модели   1
Ширина Ширина диэлектрического покрытия, определяемая вдоль ось Y Длина 64 мил
Длина Длина диэлектрического покрытия вдоль ось x Длина 70 мил
Высота Высота диэлектрической крышки Длина 20 мил
Радиус Радиус скругления кромки Длина 20 мил
Эр Относительная диэлектрическая проницаемость покрытия материал   3.2
ТанД Тангенс угла потерь материала покрытия   0,14
Отношение длины Фрагмент покрытия, смоделированный по оси x.   1

*указывает на вторичный параметр

Отношение длины. LengthRatio = (смоделированное покрытие длина)/длина. Значение по умолчанию LengthRatio = 1 моделирует все покрытие. Набор LengthRatio < 1, чтобы использовать GLOBTOP на вертикальной грани в моделировании Analyst, т.к. показано на следующем рисунке.

2D-проекция этого элемента в плоскости x/y отображается в EM Layout Вид.

Этот элемент специально используется для компоновок Analyst 3D EM. Подробнее об использовании 3D-деталей см. в разделе «Использование 3D-ЭМ-элементов». с программным обеспечением Analyst.

GLOBTOP может прорезать отверстия в «фоновых» материалах Analyst, которые представляют собой электромагнитный слой. материалы, определенные в структуре ЭМ STACKUP. Фоновые материалы имеют самые низкие материальный приоритет и переопределяются размещением 3D-ЭМ детали, такой как GLOBTOP.Видеть «Материальный приоритет с перекрытиями» для приоритета правила.

Чтобы создать воздушный карман с помощью GLOBTOP, установите Er = 1, TanD = 0 и Radius = 0. (чтобы устранить закругленные края) и вставьте GLOBTOP в фоновый слой платы, как следует.

Вы можете увидеть окончательную структуру, смоделированную программным обеспечением Analyst, в 3D-просмотр, выбрав или просмотрев сетку, как показано на следующих изображениях.На этих изображениях видимость для всех материалы, кроме фоновой доски, отключены, чтобы лучше видеть воздушную камеру отрезать.

Плоский конденсатор с воздушным диэлектриком подсоединен к источнику напряжения и заряжен. Источник напряжения удаляют, а затем пластины сближают на половину прежнего расстояния. Что происходит с электрическим полем между p

Вопрос:

Плоский конденсатор с воздушным диэлектриком подключен к источнику напряжения и заряжен.Источник напряжения удаляют, а затем пластины сближают на половину прежнего расстояния. Что происходит с электрическим полем между пластинами при их сближении?

А. Уменьшается в 4 раза.

B. Делится пополам.

C. Удваивается.

D. Остается прежним.

E. Увеличивается вчетверо.

Покажите полное решение и объясните его.

Параллельный пластинчатый конденсатор

Конденсатор с параллельными пластинами представляет собой устройство из пары параллельных проводящих пластин, обеспечивающее максимальную способность накапливать электрический заряд.Пара проводящих пластин площадью A каждая, расположенных параллельно друг другу на расстоянии d с воздушным диэлектриком, может иметь емкость {eq}C = \dfrac { \epsilon_0 A } {d } {/экв}. Здесь {экв}\epsilon_0 {/eq} — диэлектрическая проницаемость свободного пространства.

  • Когда конденсатор подключен к разности потенциалов В , электрический заряд течет от источника напряжения к обкладкам конденсатора до тех пор, пока разность потенциалов на обкладках конденсатора не станет равной В , приложенному напряжению.
  • Максимальный заряд, который может накапливаться на конденсаторе емкостью C при подключении к разности потенциалов В равен {eq}Q = C V {/экв}
  • Электрический заряд, накопленный на пластинах конденсатора, создает электрическое поле {eq}E = \dfrac { V } { d } {/eq} между пластинами конденсатора.

Ответ и объяснение: 1

Емкость плоского конденсатора с площадью пластин A , расстоянием между пластинами d равна {eq}C = \dfrac { \epsilon_0 A } {d } {/экв}.Здесь…

См. полный ответ ниже.

Разъем 7/8″ EIA Кабель с воздушным диэлектриком HJ7-50 1 5/8″-50 — цифровое видеовещание DVB 

Разъемы SPINNER — надежное соединение с малыми потерями для самых высоких требований

Соединители для передачи высокочастотных сигналов используются в самых разных отраслях, таких как мобильная связь, радиовещание, измерения, спутниковая связь или в радиолокационной технике.Разъемы SPINNER обеспечивают оптимальную передачу сигнала с малыми потерями и чрезвычайно надежные и экономичные соединения. Разъемы SPINNER надежны и устойчивы в различных климатических условиях — от моря до пустыни и даже космоса.

Они гарантируют превосходные электрические и механические характеристики, такие как стабильность подключения, соответствие самым высоким требованиям к герметизации и высокие параметры передачи.

С кабелем с воздушным диэлектриком 7/8″ EIA HJ7-50 1 5/8″-50 кабельный зажим надевается на обрезанные внутреннюю и внешнюю жилы, затем внутренняя и внешняя жилы развальцовываются.Наконец, соединительная головка помещается на конец кабеля с кабельным зажимом и привинчивается.

Разъем 7/8″ EIA Кабель с воздушным диэлектриком HJ7-50 1 5/8″-50 идеально подходит для установки на кабель с воздушным диэлектриком. Дизайн премиум-класса с расширенными внутренними и внешними контактами обеспечивает максимальную надежность при высокой радиочастотной мощности. Все соединители имеют герметичные фланцы и входы для работы с избыточным давлением.

Разъем имеет прямое направление.

Коаксиальные фланцевые соединители

, обычно называемые «фланецами EIA», соединяются с помощью соединительного элемента.Система фланцевых соединителей соответствует международным стандартам EIA STD RS-225, 339 IEC, DIN EN 122150 и MIL-F 24044. Фланцевые соединители EIA отлично подходят для систем под давлением и для наружных установок. Соединители 7/8″ EIA используются для соединения двух элементов жесткой или полужесткой высокоэффективной коаксиальной линии передачи радиочастотных сигналов. Как правило, они используются в системах передачи очень высокой мощности (от кВт до МВт), например, в Системы вещания DAB, DVB или FM или в высокоэнергетических приложениях в исследовательских установках (ускоритель частиц, плазмотрон).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *