Proprietà elettriche fondamentali dei dielettrici. Cosa sono i dielettrici e dove vengono utilizzati Proprietà dielettriche

Tutte le sostanze liquide e solide a seconda della natura dell'azione su di esse campo elettrostatico suddivisi in conduttori, semiconduttori e dielettrici.

Dielettrici (isolanti)– sostanze che conducono male o non conducono affatto l’elettricità. I dielettrici includono aria, alcuni gas, vetro, plastica, varie resine e molti tipi di gomma.

Se si posizionano corpi neutri costituiti da materiali come vetro o ebanite in un campo elettrico, è possibile osservare la loro attrazione sia per i corpi caricati positivamente che per quelli caricati negativamente, ma molto più debole. Tuttavia, quando si dividono tali corpi in campo elettrico le loro parti risultano neutre, come l'intero corpo nel suo insieme.

Quindi, in tali corpi non ci sono particelle libere elettricamente cariche, capace di muoversi nel corpo sotto l'influenza esterna campo elettrico. Vengono chiamate sostanze che non contengono particelle libere caricate elettricamente dielettrici o isolanti.

L'attrazione dei corpi dielettrici privi di carica verso i corpi carichi è spiegata dalla loro capacità di farlo polarizzazione.

Polarizzazione– il fenomeno dello spostamento delle cariche elettriche legate all’interno di atomi, molecole o all’interno di cristalli sotto l’influenza di un campo elettrico esterno. Il più semplice esempio di polarizzazione– l'azione di un campo elettrico esterno su un atomo neutro. In un campo elettrico esterno, la forza che agisce sul guscio carico negativamente è diretta in direzione opposta alla forza che agisce sul nucleo positivo. Sotto l'influenza di queste forze, il guscio elettronico viene leggermente spostato rispetto al nucleo e si deforma. L'atomo rimane generalmente neutro, ma i centri di carica positiva e negativa in esso non coincidono più. Un tale atomo può essere considerato come un sistema di due cariche puntiformi di uguale grandezza e segno opposto, chiamato dipolo.

Se si posiziona una piastra dielettrica tra due piastre metalliche con cariche di segno opposto, tutti i dipoli del dielettrico sotto l'influenza di un campo elettrico esterno risultano avere cariche positive rivolte verso la piastra negativa e cariche negative rivolte verso la piastra caricata positivamente. La piastra dielettrica rimane generalmente neutra, ma le sue superfici sono ricoperte di cariche legate di segno opposto.

In un campo elettrico, le cariche di polarizzazione sulla superficie del dielettrico creano un campo elettrico nella direzione opposta al campo elettrico esterno. Di conseguenza, l'intensità del campo elettrico nel dielettrico diminuisce, ma non diventa zero.

Il rapporto tra il modulo di intensità E 0 del campo elettrico nel vuoto e il modulo di intensità E del campo elettrico in un dielettrico omogeneo è chiamato costante dielettrica ɛ della sostanza:

ɛ = Mi 0 / Mi

Quando due cariche elettriche puntiformi interagiscono in un mezzo con costante dielettrica ɛ, a seguito di una diminuzione dell'intensità del campo di ɛ volte, anche la forza di Coulomb diminuisce di ɛ volte:

F e = k (q 1 q 2 / ɛr 2)

I dielettrici sono in grado di indebolire un campo elettrico esterno. Questa proprietà è utilizzata nei condensatori.

Condensatori- Questo elettrodomestici per l’accumulo di cariche elettriche. Il condensatore più semplice è costituito da due piastre metalliche parallele separate da uno strato dielettrico. Quando si impartiscono alle piastre cariche di uguale grandezza e segno opposto +q e –q tra le piastre viene creato un campo elettrico con un'intensità E. All'esterno delle piastre, l'azione dei campi elettrici diretti in piastre di carica opposta è reciprocamente compensata, l'intensità del campo è zero. Voltaggio U tra le piastre è direttamente proporzionale alla carica su una piastra, quindi il rapporto di carica Q alla tensione U

C=q/U

è un valore costante per il condensatore a qualsiasi valore di carica Q.È un atteggiamento CONè chiamata capacità del condensatore.

Hai ancora domande? Non sai cosa sono i dielettrici?
Per ottenere aiuto da un tutor, registrati.
La prima lezione è gratuita!

sito web, quando si copia materiale in tutto o in parte, è richiesto un collegamento alla fonte originale.

Permittività potrebbe avere varianza.

Numerosi dielettrici presentano proprietà fisiche interessanti.

Collegamenti

Fondo virtuale delle scienze naturali e degli effetti tecnico-scientifici “Fisica Efficace”

Fondazione Wikimedia.

2010.

Scopri cosa sono i "dielettrici" in altri dizionari: DIELETTRICI, sostanze che conducono male l’elettricità ( resistività circa 1010 Ohm?m). Esistono dielettrici solidi, liquidi e gassosi. Un campo elettrico esterno provoca la polarizzazione del dielettrico. In qualche modo difficile... ...

Enciclopedia moderna- DIELETTRICI, sostanze che conducono male l'elettricità (resistenza specifica di circa 1010 Ohm´m). Esistono dielettrici solidi, liquidi e gassosi. Un campo elettrico esterno provoca la polarizzazione del dielettrico. In qualche modo difficile... ... Dizionario enciclopedico illustrato

Sostanze che conducono male l'elettricità (resistività elettrica 108 1012 Ohm? cm). Esistono dielettrici solidi, liquidi e gassosi. Un campo elettrico esterno provoca la polarizzazione dei dielettrici. In alcuni dielettrici solidi... ... Grande dizionario enciclopedico

- (inglese dielettrico, dal greco dia through, through e inglese electric electric), sostanze che conducono male l'elettricità. attuale. Il termine "D." introdotto da Faraday per designare il luogo in cui penetra l'elettricità. campo. D.yavl. tutti i gas (non ionizzati), alcuni... Enciclopedia fisica

DIELETTRICO- DIELETTRICI, non conduttori o isolanti del corpo, che conducono male o non conducono affatto l'elettricità. Tali organismi sono, ad esempio. vetro, mica, zolfo, paraffina, ebanite, porcellana, ecc. Per molto tempo, quando si studiava l'elettricità... ... Grande Enciclopedia Medica

- (isolanti) sostanze che non conducono corrente elettrica. Esempi di dielettrici: mica, ambra, gomma, zolfo, vetro, porcellana, varie varietà oli, ecc. Dizionario marino Samoilov K.I. ML: Casa editrice navale statale dell'Unione NKVMF ... Dizionario marino

Nome dato da Michael Faraday ai corpi non conduttori o, in altre parole, poco conduttori di elettricità, come aria, vetro, resine varie, zolfo, ecc. Tali corpi sono anche detti isolanti. Prima delle ricerche di Faraday negli anni '30... ... Enciclopedia di Brockhaus ed Efron

DIELETTRICO- sostanze che praticamente non conducono corrente elettrica; sono solidi, liquidi e gassosi. In un campo elettrico esterno, D. è polarizzato. Sono utilizzati per isolare i dispositivi elettrici, in condensatori elettrici, in quanto... ... Grande Enciclopedia del Politecnico

Sostanze che non conducono bene l'elettricità. Il termine "D." (dal greco diá attraverso e dall'inglese electric electric) fu introdotto da M. Faraday (Vedi Faraday) per designare sostanze attraverso le quali penetrano campi elettrici. In qualsiasi sostanza... ... Grande Enciclopedia Sovietica

Sostanze che conducono male l'elettricità (conduttività dielettrica 10 8 10 17 Ohm 1 cm 1). Esistono dielettrici solidi, liquidi e gassosi. Un campo elettrico esterno provoca la polarizzazione dei dielettrici. In qualche modo difficile... ... Dizionario enciclopedico

Libri

Dielettrici e onde, AR Hippel. L'autore della monografia presentata all'attenzione dei lettori, un famoso ricercatore nel campo dei dielettrici, lo scienziato americano A. Hippel è apparso più volte in periodici e in...
Effetto della radiazione laser sui materiali polimerici. Fondamenti scientifici e problemi applicati. In 2 libri. Libro 1. Materiali polimerici. Fondamenti scientifici dell'azione laser sui dielettrici polimerici, B. A. Vinogradov, K. E. Perepelkin, G. P. Meshcheryakova. Il libro proposto contiene informazioni sulla struttura e sulle terme di base proprietà ottiche materiali polimerici, il meccanismo di influenza su di essi radiazione laser nell'infrarosso, visibile...

Un dielettrico è un materiale o una sostanza che praticamente non consente il passaggio della corrente elettrica. Questa conduttività è dovuta a piccola quantità elettroni e ioni. Queste particelle si formano in un materiale non conduttore solo quando vengono raggiunte proprietà ad alta temperatura. Cos'è un dielettrico sarà discusso in questo articolo.

Descrizione

Ogni conduttore elettronico o radio, semiconduttore o dielettrico carico lascia passare la corrente elettrica attraverso se stesso, ma la particolarità del dielettrico è che anche con alta tensione sopra i 550 V scorrerà una piccola corrente. La corrente elettrica in un dielettrico è il movimento di particelle cariche in una determinata direzione (può essere positiva o negativa).

Tipi di correnti

La conduttività elettrica dei dielettrici si basa su:

Le correnti di assorbimento sono la corrente che scorre in un dielettrico DC fino a raggiungere uno stato di equilibrio, cambiando direzione all'accensione e applicandogli tensione e allo spegnimento. A corrente alternata la tensione nel dielettrico sarà presente in esso per tutto il tempo in cui è sotto l'azione del campo elettrico.
La conduttività elettronica è il movimento degli elettroni sotto l'influenza di un campo.
La conduttività ionica è il movimento degli ioni. Trovato in soluzioni di elettroliti: sali, acidi, alcali e in molti dielettrici.
La conduttività elettrica dei moli è il movimento di particelle cariche chiamate moli. Trovato in sistemi colloidali, emulsioni e sospensioni. Il fenomeno del movimento dei moli in un campo elettrico è chiamato elettroforesi.

Classificati per stato di aggregazione e natura chimica. I primi si dividono in solidi, liquidi, gassosi e in solidificazione. In base alla loro natura chimica si dividono in organici, inorganici e organoelementi.

A seconda dello stato di aggregazione:

Conducibilità elettrica dei gas. Le sostanze gassose hanno una conduttività di corrente piuttosto bassa. Può verificarsi in presenza di particelle cariche libere, che appaiono a causa dell'influenza di fattori esterni e interni, elettronici e ionici: raggi X e radiazioni radioattive, collisioni di molecole e particelle cariche, fattori termici.
Conduttività elettrica di un dielettrico liquido. Fattori di dipendenza: struttura molecolare, temperatura, impurità, presenza di grandi cariche di elettroni e ioni. La conduttività elettrica dei dielettrici liquidi dipende in gran parte dalla presenza di umidità e impurità. Anche la conduttività elettrica nelle sostanze polari viene creata utilizzando un liquido con ioni dissociati. Quando si confrontano liquidi polari e non polari, i primi presentano un chiaro vantaggio in termini di conduttività. Se pulisci un liquido dalle impurità, ciò contribuirà a ridurre le sue proprietà conduttive. Con un aumento della conduttività e della sua temperatura, si verifica una diminuzione della sua viscosità, portando ad un aumento della mobilità ionica.
Dielettrici solidi. La loro conduttività elettrica è determinata dal movimento di particelle dielettriche cariche e impurità. In forti campi di corrente elettrica, viene rivelata la conduttività elettrica.

Proprietà fisiche dei dielettrici

Quando la resistenza specifica del materiale è inferiore a 10-5 Ohm*m possono essere classificati come conduttori. Se più di 108 Ohm*m - ai dielettrici. Potrebbero esserci casi in cui la resistività sarà più volte più resistenza conduttore. Nell'intervallo 10-5-108 Ohm*m c'è un semiconduttore. Il materiale metallico è un eccellente conduttore di corrente elettrica.

Dell'intera tavola periodica, solo 25 elementi sono classificati come non metalli e 12 di essi possono avere proprietà semiconduttrici. Ma, ovviamente, oltre alle sostanze nella tabella, ci sono molte altre leghe, composizioni o composti chimici con la proprietà di un conduttore, semiconduttore o dielettrico. Sulla base di ciò, è difficile tracciare una linea netta tra i valori delle varie sostanze e le loro resistenze. Ad esempio, a un fattore di temperatura ridotto, un semiconduttore si comporterà come un dielettrico.

Applicazione

L'uso di materiali non conduttivi è molto ampio, perché è una delle classi di componenti elettrici più apprezzate. È ormai chiaro che, grazie alle loro proprietà, possono essere utilizzati in forma attiva e passiva.

Nella loro forma passiva, le proprietà dei dielettrici vengono utilizzate per l'uso nei materiali isolanti elettrici.

Nella loro forma attiva vengono utilizzati nei materiali ferroelettrici e nei materiali per emettitori laser.

Dielettrici di base

I tipi comunemente riscontrati includono:

Bicchiere.
Gomma.
Olio.
Asfalto.
Porcellana.
Quarzo.
Aria.
Diamante.
Acqua pulita.
Plastica.

Cos'è un dielettrico liquido?

La polarizzazione di questo tipo avviene nel campo della corrente elettrica. Le sostanze liquide non conduttrici vengono utilizzate nella tecnologia per versare o impregnare materiali. Esistono 3 classi di dielettrici liquidi:

Gli oli di petrolio sono leggermente viscosi e per lo più non polari. Sono spesso utilizzati in apparecchiature ad alta tensione: acqua ad alta tensione. è un dielettrico non polare. L'olio per cavi ha trovato applicazione nell'impregnazione di fili di carta isolanti con una tensione fino a 40 kV, nonché rivestimenti a base metallica con una corrente superiore a 120 kV. L'olio del trasformatore ha una struttura più pura dell'olio del condensatore. Questo tipo di dielettrico è ampiamente utilizzato nella produzione, nonostante il costo elevato rispetto a sostanze e materiali analoghi.

Cos'è un dielettrico sintetico? Attualmente è vietato quasi ovunque a causa della sua elevata tossicità, poiché è prodotto a base di carbonio clorurato. E il dielettrico liquido, a base di silicio organico, è sicuro ed ecologico. Questo tipo non provoca ruggine del metallo e ha basse proprietà igroscopiche. Esiste un dielettrico liquefatto contenente un composto organofluoro, particolarmente popolare per la sua non infiammabilità, proprietà termiche e stabilità ossidativa.

E l'ultimo tipo sono gli oli vegetali. Sono dielettrici debolmente polari, tra cui lino, ricino, tung e canapa. L'olio di ricino è molto caldo e viene utilizzato nei condensatori di carta. Gli oli rimanenti sono evaporabili. L'evaporazione in essi non è causata dall'evaporazione naturale, ma da una reazione chimica chiamata polimerizzazione. Utilizzato attivamente in smalti e vernici.

Conclusione

L'articolo ha discusso in dettaglio cos'è un dielettrico. Sono stati menzionati vari tipi e le loro proprietà. Naturalmente, per comprendere la sottigliezza delle loro caratteristiche, dovrai studiare più a fondo la sezione fisica che li riguarda.

DIELETTRICI, sostanze che conducono male l'elettricità. Il termine “dielettrico” è stato introdotto da M. Faraday per designare sostanze nelle quali penetra un campo elettrostatico. Quando collocato in un campo elettrico di qualsiasi sostanza, elettroni e nuclei atomici sperimentare le forze di questo campo. Di conseguenza, alcune cariche si muovono direzionalmente, creando una corrente elettrica. Le cariche rimanenti vengono ridistribuite in modo che i “centri di gravità” delle cariche positive e negative si spostino l’uno rispetto all’altro. In quest'ultimo caso si parla di polarizzazione della sostanza. A seconda di quale di questi due processi (polarizzazione o conduttività elettrica) predomina, le sostanze si dividono in dielettrici (tutti i gas non ionizzati, alcuni liquidi e solidi) e conduttori (metalli, elettroliti, plasma).

La conduttività elettrica dei dielettrici è molto bassa rispetto ai metalli. La resistività elettrica dei dielettrici è 10 8 -10 17 Ohm cm, i metalli - 10 -6 -10 -4 Ohm cm.

Differenza quantitativa nella conduttività elettrica di dielettrici e metalli fisica classica ha cercato di spiegare con il fatto che nei metalli ci sono elettroni liberi, mentre nei dielettrici tutti gli elettroni sono legati (appartengono ai singoli atomi) e il campo elettrico non li strappa, ma li sposta solo leggermente.

La teoria quantistica dei solidi spiega la differenza nelle proprietà elettriche di metalli e dielettrici mediante la diversa distribuzione degli elettroni attraverso i livelli energetici. Nei dielettrici, il livello energetico superiore riempito di elettroni coincide con il limite superiore di una delle bande consentite (nei metalli si trova all'interno della banda consentita), e i livelli liberi più vicini sono separati da quelli riempiti da una banda proibita, che gli elettroni non possono superato sotto l'influenza di campi elettrici non troppo forti (vedi teoria delle bande). L'effetto del campo elettrico si riduce alla ridistribuzione della densità elettronica, che porta alla polarizzazione del dielettrico.

Polarizzazione dei dielettrici. I meccanismi di polarizzazione dei dielettrici dipendono dalla natura del legame chimico, cioè dalla distribuzione della densità elettronica nei dielettrici. Nei cristalli ionici (ad esempio NaCl), la polarizzazione è il risultato di uno spostamento degli ioni l'uno rispetto all'altro (polarizzazione ionica), nonché della deformazione dei gusci elettronici dei singoli ioni (polarizzazione elettronica), cioè la somma degli ioni ionici e polarizzazioni elettroniche. Nei cristalli con legami covalenti (ad esempio il diamante), dove la densità elettronica è equamente distribuita tra gli atomi, la polarizzazione è dovuta principalmente allo spostamento degli elettroni che realizzano il legame chimico. Nei cosiddetti dielettrici polari (ad esempio, il solido H 2 S), gruppi di atomi rappresentano dipoli elettrici, che sono orientati in modo casuale in assenza di un campo elettrico, e nel campo acquisiscono un orientamento preferenziale. Questa polarizzazione orientativa è tipica di molti liquidi e gas. Un simile meccanismo di polarizzazione è associato a un “salto” sotto l'influenza di un campo elettrico di singoli ioni da una posizione di equilibrio nel reticolo a un'altra. Questo meccanismo è particolarmente spesso osservato nelle sostanze con legami idrogeno (ad esempio il ghiaccio), dove gli atomi di idrogeno hanno diverse posizioni di equilibrio.

La polarizzazione dei dielettrici è caratterizzata dal vettore di polarizzazione P, che rappresenta il momento dipolare elettrico per unità di volume del dielettrico:

dove pi sono i momenti di dipolo delle particelle (atomi, ioni, molecole), N è il numero di particelle per unità di volume. Il vettore P dipende dall'intensità del campo elettrico E. Nei campi deboli Ρ = ε 0 ϰΕ. Il coefficiente di proporzionalità ϰ è chiamato suscettibilità dielettrica. Spesso al posto del vettore P viene utilizzato il vettore dell'induzione elettrica (1)

dove ε è la costante dielettrica, ε 0 è la costante elettrica. Le quantità ϰ ed ε sono le principali caratteristiche del dielettrico. Nei dielettrici anisotropi (ad esempio nei cristalli non cubici), la direzione P è determinata non solo dalla direzione del campo E, ma anche dalla direzione degli assi di simmetria del cristallo. Pertanto il vettore P formerà angoli diversi con il vettore E a seconda dell'orientamento di E rispetto agli assi di simmetria del cristallo. In questo caso, il vettore D sarà determinato attraverso il vettore E utilizzando non un valore ε, ma diversi (in caso generale sei), formando il tensore della costante dielettrica.

Dielettrici in campo alternato. Se il campo E cambia con il tempo t, la polarizzazione del dielettrico non ha il tempo di seguirlo, poiché gli spostamenti di carica non possono avvenire istantaneamente. Poiché qualsiasi campo alternato può essere rappresentato come un insieme di campi variabili secondo una legge armonica, è sufficiente studiare il comportamento del dielettrico nel campo E = E 0 sinωt, dove ω è la frequenza del campo alternato, E 0 è l'ampiezza dell'intensità del campo. Sotto l'influenza di questo campo, anche D e P oscilleranno armoniosamente e con la stessa frequenza. Tuttavia, tra le oscillazioni di P ed E appare una differenza di fase δ, causata dal ritardo della polarizzazione P dal campo E. La legge armonica può essere rappresentata in forma complessa E = E 0 e iωt, quindi D = D 0 e iωt, e D 0 = ε(ω) Ε 0. La costante dielettrica in questo caso è una quantità complessa: ε(ω) = ε’ + iε’’, ε’ e ε’’ dipendono dalla frequenza del campo elettrico alternato ω. Valore assoluto

determina l'ampiezza dell'oscillazione D e il rapporto ε'/ε" = tanδ è la differenza di fase tra le oscillazioni D ed E. Il valore δ è chiamato angolo di perdita dielettrica. In un campo elettrico costante ω = 0, ε" = 0 , ε' = ε.

Nei campi elettrici alternati ad alta frequenza, le proprietà del dielettrico sono caratterizzate dall'indice di rifrazione n e dall'indice di assorbimento k (invece di ε' e ε"). Il primo è pari al rapporto tra le velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche in nel dielettrico e nel vuoto. L'indice di assorbimento k caratterizza l'attenuazione delle onde elettromagnetiche nel dielettrico. I valori n, k, ε' e ε" sono legati dalla relazione (2)

Polarizzazione dei dielettrici in assenza di campo elettrico. In un certo numero di dielettrici solidi (piroelettrici, ferroelettrici, piezoelettrici, elettrete), la polarizzazione può esistere senza campo elettrico, cioè può essere causata da altri motivi. Pertanto, nella piroelettricità, le cariche sono disposte in modo così asimmetrico che i centri di gravità delle cariche di segno opposto non coincidono, cioè il dielettrico è polarizzato spontaneamente. Tuttavia, la polarizzazione nella piroelettrica appare solo quando la temperatura cambia, quando le cariche elettriche che compensano la polarizzazione non hanno il tempo di riorganizzarsi. Un tipo di piroelettrici sono i ferroelettrici, la cui polarizzazione spontanea può cambiare in modo significativo sotto l'influenza influenze esterne(temperatura, campo elettrico). Nei piezoelettrici, la polarizzazione si verifica quando il cristallo viene deformato, il che è associato alle caratteristiche della loro struttura cristallina. La polarizzazione in assenza di campo può essere osservata anche in alcune sostanze come resine e vetri, chiamati elettrete.

La conduttività elettrica dei dielettrici è piccola, ma sempre diversa da zero. I portatori di carica mobili nei dielettrici possono essere elettroni e ioni. In condizioni normali, la conduttività elettronica dei dielettrici è piccola rispetto alla conduttività ionica. La conduttività ionica può essere causata dal movimento sia degli ioni intrinseci che degli ioni impurità. La possibilità che gli ioni si muovano attraverso un cristallo è associata alla presenza di difetti nei cristalli. Se, ad esempio, c'è un posto vacante in un cristallo, allora sotto l'influenza di un campo uno ione vicino può occuparlo, lo ione successivo può spostarsi nel posto vacante appena formato, ecc. Di conseguenza, si verifica il movimento dei posti vacanti, che porta al trasferimento di carica attraverso l'intero cristallo. Il movimento degli ioni avviene anche a seguito dei loro salti lungo gli interstizi. All’aumentare della temperatura, aumenta la conduttività ionica. La conduttività superficiale può dare un notevole contributo alla conduttività elettrica di un dielettrico (vedi Fenomeni superficiali).

Rottura dei dielettrici. La densità di corrente elettrica j attraverso il dielettrico è proporzionale all'intensità del campo elettrico E (legge di Ohm): j = ςE, dove ς è la conduttività elettrica del dielettrico. Tuttavia, in campi sufficientemente forti, la corrente aumenta più velocemente che secondo la legge di Ohm. Ad un certo valore critico di Epr si verifica la rottura elettrica del dielettrico. Il valore E pr è chiamato rigidità dielettrica del dielettrico. Durante un guasto, quasi tutta la corrente scorre attraverso uno stretto canale (vedi Cavo della corrente). In questo canale j raggiunge valori elevati, che possono portare alla distruzione del dielettrico: si forma un foro passante o il dielettrico viene fuso attraverso il canale. Nel canale possono verificarsi reazioni chimiche; ad esempio, il carbonio si deposita nei dielettrici organici, il metallo si deposita nei cristalli ionici (metallizzazione dei canali), ecc. La disgregazione è facilitata dalle disomogeneità che sono sempre presenti nel dielettrico, poiché nei luoghi di disomogeneità il campo E può aumentare localmente.

Nei dielettrici solidi si distinguono i guasti termici ed elettrici. Durante la rottura termica, all'aumentare j, aumenta la quantità di calore rilasciato nel dielettrico e, di conseguenza, aumenta la temperatura del dielettrico, il che porta ad un aumento del numero di portatori di carica n e una diminuzione della specifica resistenza elettricaρ. Durante il guasto elettrico, all'aumentare del campo, aumenta la generazione di portatori di carica sotto l'influenza del campo e diminuisce anche ρ.

La rigidità elettrica dei dielettrici liquidi dipende fortemente dalla purezza del liquido. La presenza di impurità e contaminanti riduce significativamente Epr. Per i dielettrici liquidi puri e omogenei, Epr è vicino all'Epr dei dielettrici solidi. La decomposizione di un gas è associata alla ionizzazione da impatto e si manifesta sotto forma di scarica elettrica.

Proprietà non lineari dei dielettrici. La dipendenza lineare P = ε 0 ϰE vale solo per campi E significativamente inferiori ai campi intracristallini E cr (E cr dell'ordine di 10 8 V/cm). Perché Epr<< Е кр, то в большинстве диэлектриков не удаётся наблюдать нелинейную зависимость Р(Е) в постоянном электрическом поле. Исключение составляют сегнетоэлектрики, в которых в сегнетоэлектрической области и вблизи точек фазовых переходов наблюдается сильная нелинейная зависимость Р(Е). При высоких частотах электрическая прочность диэлектрика повышается, поэтому нелинейные свойства любых диэлектриков проявляются в ВЧ-полях больших амплитуд. В частности, в луче лазера могут быть созданы электрические поля напряжённостью порядка 10 8 В/см, в которых становятся существенными нелинейные свойства диэлектрика, что позволяет осуществить преобразование частоты света, самофокусировку света и другие нелинейные эффекты (смотри Нелинейная оптика).

Applicazione dei dielettrici. I dielettrici sono utilizzati principalmente come materiali isolanti elettrici. I piezoelettrici vengono utilizzati per convertire segnali meccanici (spostamenti, deformazioni, vibrazioni sonore) in elettrici e viceversa (vedi Trasduttore piezoelettrico); piroelettrici - come rilevatori termici di varie radiazioni, in particolare radiazioni IR; I ferroelettrici, essendo anche piezoelettrici e piroelettrici, sono utilizzati anche come materiali per condensatori (a causa della loro elevata costante dielettrica), così come elementi non lineari ed elementi di memoria in una varietà di dispositivi. La maggior parte dei materiali ottici sono dielettrici.

Lett.: Frelikh G. Teoria dei dielettrici. M., 1960; Hippel AR Dielettrici e onde. M., 1960; Feynman R., Layton R., Sands M. Feynman tiene lezioni di fisica. M., 1966. Edizione. 5: Elettricità e magnetismo; Kalashnikov S.G. Elettricità. 5a ed. M., 1985.

A. P. Levanyuk, D. G. Sannikov.

I materiali dielettrici nelle apparecchiature elettroniche sono separati elettricamente, mentre i materiali solidi sono separati meccanicamente da conduttori sotto diversi potenziali elettrici. Sono utilizzati per l'isolamento elettrico degli elementi dell'apparecchiatura, per immagazzinare l'energia del campo elettrico (condensatori), per la fabbricazione di parti strutturali, nonché sotto forma di rivestimenti sulla superficie delle parti, per l'incollaggio di parti.

Proprietà dielettriche dei materiali

La proprietà principale di un dielettrico è quella di non condurre corrente elettrica. LA RESISTENZA DI VOLUME SPECIFICA dei dielettrici è elevata: da 108 a 1018 Ohm, poiché in essi non sono quasi presenti portatori di carica elettrica liberi. Una parte della conduttività è causata da impurità e difetti strutturali.

Sono sempre più numerose le impurità e i difetti sulla superficie di qualsiasi corpo, pertanto, per i dielettrici, viene introdotto il concetto di conduttività superficiale e il parametro RESISTENZA SUPERFICIALE s, definito come la resistenza misurata tra due conduttori lineari lunghi 1 m ciascuno, posti paralleli a tra loro ad una distanza di 1 m sulla superficie del dielettrico. Il valore di s dipende fortemente dal metodo di ottenimento (lavorazione) della superficie e dalle sue condizioni (polverosità, umidità, ecc.). Poiché la conduttività elettrica superficiale di solito supera significativamente la conduttività volumetrica, vengono adottate misure per ridurla.

Un dielettrico è un isolante solo rispetto alla tensione continua. In un campo elettrico alternato la corrente scorre attraverso il dielettrico a causa della sua polarizzazione.

LA POLARIZZAZIONE è il processo di spostamento delle cariche legate su una distanza limitata sotto l'influenza di un campo elettrico esterno.

Gli elettroni degli atomi vengono spostati verso il polo positivo, i nuclei degli atomi verso quello negativo. La stessa cosa accade con gli ioni nei cristalli ionici, con molecole o sezioni di molecole con una distribuzione non uniforme di particelle cariche nel volume che occupano. Come risultato della polarizzazione, nel dielettrico si forma il proprio campo interno, il cui vettore è di grandezza inferiore e di direzione opposta al vettore del campo esterno; La capacità elettrica tra elettrodi con dielettrico è maggiore che tra gli stessi elettrodi senza dielettrico di un fattore pari a, dove è la CONTINUITÀ DIELETTRICA RELATIVA DEL DIELETTRICO.

Durante la POLARIZZAZIONE ELETTRONICA, sotto l'influenza di un campo elettrico esterno, i gusci elettronici degli atomi della sostanza si deformano. È caratterizzato da un tempo di assestamento breve (circa 10-15 s) e quindi è privo di inerzia per le radiofrequenze, non dipende dalla frequenza, dipende debolmente dalla temperatura e avviene praticamente senza perdite. Le sostanze con polarizzazione prevalentemente elettronica (dielettrici debolmente polari) hanno una costante dielettrica bassa: da 1,8 a 2,5. Questo tipo di polarizzazione è inerente a tutte le sostanze.

LA POLARIZZAZIONE IONICA avviene nei solidi ionici, ha un tempo di assestamento dell'ordine di 10-13 s, quindi praticamente non dipende dalla frequenza del campo e dipende debolmente dalla temperatura. Il valore per la maggior parte dei materiali con polarizzazione ionica va da 5 a 10.

DIPOLO (ORIENTAMENTO) LA POLARIZZAZIONE si manifesta come l'orientamento sotto l'influenza di un campo di molecole polari o gruppi di atomi. Ad esempio, le molecole d'acqua sono polari, in cui gli atomi di idrogeno si trovano asimmetricamente rispetto all'atomo di ossigeno, o cloruro di vinile (monomero di polivinilcloruro) H2C-CHCl. Per superare l'interazione delle molecole e delle forze di attrito, viene consumata l'energia del campo, che viene convertita in energia termica, pertanto la polarizzazione del dipolo è anelastica, di natura rilassata; A causa delle grandi dimensioni e masse dei dipoli coinvolti nella polarizzazione del dipolo, la sua inerzia è significativa e si manifesta sotto forma di una forte dipendenza della costante dielettrica e delle perdite di energia dalla frequenza.

LA POLARIZZAZIONE DELLA MIGRAZIONE è causata da movimenti anelastici di ioni impurità debolmente legati su brevi distanze. In termini di conseguenze (perdita di energia, dipendenza dalla frequenza), questa polarizzazione è simile al dipolo.

Le perdite di energia in un dielettrico durante la polarizzazione sono stimate dall'ANGOLO DI PERDITA TANGENTE tg. Un dielettrico con perdite in un circuito elettrico è rappresentato come un circuito equivalente: un condensatore ideale e una resistenza di perdita collegata in parallelo ad esso. L'angolo completa fino a 90° l'angolo di spostamento tra corrente e tensione nel diagramma vettoriale di una rete a due terminali. I buoni dielettrici (debolmente polari) hanno tg10-3, che dipende leggermente dalla frequenza. I dielettrici scadenti hanno una tg misurata in decimi di unità o anche più, fortemente dipendente dalla frequenza.

Tipi speciali si formano per polarizzazione sotto l'influenza di sollecitazioni meccaniche, osservate nei PIEZOELETTRICI, così come per POLARIZZAZIONE SPONTANEA nei PIRROELETTRICI e FERROELETTRICI. Tali dielettrici sono chiamati ATTIVI e vengono utilizzati in dispositivi speciali: risonatori, filtri, generatori e trasformatori piezoelettrici, convertitori di radiazione, condensatori di grande capacità specifica, ecc.

RESISTENZA ELETTRICA - la capacità di un dielettrico di mantenere un'elevata resistività nei circuiti ad alta tensione. Viene stimato dall'intensità del campo di rottura Epr = Upr/d, dove Upr è la tensione che causa la rottura, d è lo spessore del dielettrico. Dimensione Epr - V/m. Per diversi dielettrici, Epr = 10...1000 MV/m, e anche per un materiale questo valore varia ampiamente a seconda dello spessore, della forma degli elettrodi, della temperatura e di una serie di altri fattori. La ragione di ciò è la varietà dei processi durante un guasto. IL GUASTO ELETTRICO è causato dalla transizione tunneling degli elettroni nella banda di conduzione dalla banda di valenza, dai livelli di impurità o dagli elettrodi metallici, nonché dalla loro riproduzione a valanga dovuta alla ionizzazione per impatto in campi ad alta intensità. LA ROTTURA ELETTROTERMICA è causata da un aumento esponenziale della conducibilità elettrica del dielettrico all'aumentare della temperatura. Allo stesso tempo, la corrente di dispersione aumenta, riscaldando ancora di più il dielettrico, si forma un canale conduttivo nel suo spessore, la resistenza diminuisce bruscamente e nella zona di impatto termico si verificano fusione, evaporazione e distruzione del materiale. LA ROTTURA ELETTROCHIMICA è causata dai fenomeni di elettrolisi, migrazione di ioni e, di conseguenza, cambiamenti nella composizione del materiale. LA ROTTURA IONIZZANTE avviene a causa di scariche parziali in un dielettrico contenente inclusioni d'aria. L'intensità elettrica dell'aria è inferiore e l'intensità del campo in queste inclusioni è maggiore rispetto a quella di un dielettrico denso. Questo tipo di rottura è tipico dei materiali porosi. LA ROTTURA SUPERFICIALE (FLASHUP) di un dielettrico si verifica a causa di correnti superficiali inaccettabilmente grandi. Con una potenza sufficiente della fonte di corrente, una rottura superficiale si sviluppa attraverso l'aria e si trasforma in una rottura dell'arco. Condizioni favorevoli a questa rottura: crepe, altre irregolarità e contaminazione sulla superficie del dielettrico, umidità, polvere, bassa pressione atmosferica.

Per un funzionamento affidabile di qualsiasi dispositivo elettrico, la tensione operativa del suo isolamento Uwork deve essere significativamente inferiore alla tensione di rottura Ubreak. Il rapporto Upr/Urab è chiamato FATTORE DI SICUREZZA DELLA RESISTENZA DELL'ISOLAMENTO ELETTRICO.