Proprietățile electrice de bază ale dielectricilor. Ce sunt dielectricii și unde se folosesc Proprietăți dielectrice

Toate substanțele lichide și solide prin natura acțiunii asupra lor câmp electrostaticîmpărțit în conductori, semiconductori și dielectrice.

Dielectrice (izolatori) Substanțe care conduc slab sau deloc electricitatea. Dielectricii includ aer, unele gaze, sticlă, materiale plastice, diverse rășini și multe tipuri de cauciuc.

Dacă corpuri neutre din materiale precum sticla, ebonita sunt plasate într-un câmp electric, se poate observa atracția lor atât pentru corpuri încărcate pozitiv, cât și pentru cele negative, dar mult mai slabe. Cu toate acestea, atunci când separă astfel de corpuri în câmp electric părțile lor se dovedesc a fi neutre, ca întregul corp ca întreg.

Prin urmare, în astfel de corpuri nu există particule libere încărcate electric, capabil să se deplaseze în corp sub influența unui câmp electric extern. Substanțele care nu conțin particule libere încărcate electric sunt numite dielectrici sau izolatori.

Atracția corpurilor dielectrice neîncărcate către corpurile încărcate se explică prin capacitatea lor de a polarizare.

Polarizare- fenomenul de deplasare a sarcinilor electrice legate în interiorul atomilor, moleculelor sau în interiorul cristalelor sub acţiunea unui câmp electric extern. Cel mai simplu exemplu de polarizare este acțiunea unui câmp electric extern asupra unui atom neutru. Într-un câmp electric extern, forța care acționează asupra învelișului încărcat negativ este direcționată opus forței care acționează asupra nucleului pozitiv. Sub influența acestor forțe, învelișul de electroni este oarecum deplasat față de nucleu și deformat. Atomul rămâne în general neutru, dar centrele de sarcină pozitivă și negativă din el nu mai coincid. Un astfel de atom poate fi considerat ca un sistem de două sarcini punctiforme egale în valoare absolută a semnului opus, care se numește dipol.

Dacă o placă dielectrică este plasată între două plăci metalice cu sarcini opuse, toți dipolii din dielectric sub acțiunea unui câmp electric extern se dovedesc a fi încărcați pozitiv pe placa negativă și încărcați negativ pe placa încărcată pozitiv. Placa dielectrică rămâne în general neutră, dar suprafețele sale sunt acoperite cu sarcini legate opuse în semn.

Într-un câmp electric, sarcinile de polarizare de pe suprafața dielectrică creează un câmp electric opus câmpului electric extern. Ca urmare a acestui fapt, intensitatea câmpului electric în dielectric scade, dar nu devine egală cu zero.

Raportul dintre modulul de rezistență E 0 al câmpului electric în vid și modulul de rezistență E al câmpului electric într-un dielectric omogen se numește permisivitatea ɛ a unei substanțe:

ɛ \u003d E 0 / E

Când două sarcini electrice punctuale interacționează într-un mediu cu permitivitate ɛ, ca urmare a unei scăderi a intensității câmpului de ɛ ori, forța Coulomb scade și ea de ɛ ori:

F e \u003d k (q 1 q 2 / ɛr 2)

Dielectricii sunt capabili să slăbească un câmp electric extern. Această proprietate este utilizată în condensatoare.

Condensatoare- aceasta este Dispozitive electrice pentru a stoca sarcini electrice. Cel mai simplu condensator este format din două plăci metalice paralele separate de un strat dielectric. Când se comunică cu plăcile egale ca mărime și opuse în sarcini de semn +q și -qîntre plăci creează un câmp electric cu intensitate E. În afara plăcilor, acțiunea câmpurilor electrice direcționate de plăci încărcate opus este compensată reciproc, intensitatea câmpului este zero. Voltaj U dintre plăci este direct proporțională cu sarcina de pe o placă, deci raportul de încărcare q la tensiune U

C=q/U

este o valoare constantă pentru condensator pentru orice valoare de încărcare q. Această atitudine DIN se numește capacitatea condensatorului.

Aveti vreo intrebare? Știți ce sunt dielectricii?
Pentru a obține ajutorul unui tutore - înregistrați-vă.
Prima lecție este gratuită!

site-ul, cu copierea integrală sau parțială a materialului, este necesară un link către sursă.

Constanta dielectrică poate avea dispersie.

O serie de dielectrici prezintă proprietăți fizice interesante.

Legături

  • Fondul virtual de științe naturale și efecte științifice și tehnice „Fizica eficientă”

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce sunt „Dielectricii” în alte dicționare:

    DIELECTRIC Substanţe care conduc slab electricitatea rezistivitate aproximativ 1010 Ohm?m). Există dielectrice solide, lichide și gazoase. Un câmp electric extern determină polarizarea dielectricului. În unele greu ...... Enciclopedia modernă

    Dielectrice- DIELECTRIC, substanţe care conduc slab electricitatea (rezistivitate de ordinul a 1010 Ohm'm). Există dielectrice solide, lichide și gazoase. Un câmp electric extern determină polarizarea dielectricului. În unele greu ...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

    Substanțe care conduc slab electricitatea (rezistivitate electrică 108 1012 ohm cm). Există dielectrice solide, lichide și gazoase. Un câmp electric extern provoacă polarizarea dielectricilor. În unele dielectrice solide ...... Dicţionar enciclopedic mare

    - (în engleză dielectric, din greacă dia through, through și engleză electric electric), substanțe care conduc slab electricitatea. actual. Termenul „D”. introdus de Faraday pentru a desemna în în, în care pătrunde electric. camp. D. yavl. toate gazele (neionizate), unele... Enciclopedie fizică

    DIELECTRIC- DIELECTRIC, neconductori sau izolatori ai corpului care conduc slab sau deloc electricitatea. Astfel de organisme sunt de ex. sticlă, mică, sulf, parafină, ebonită, porțelan etc. De mult timp în studiul electricității ... ... Marea Enciclopedie Medicală

    - (izolatori) substanţe neconductoare curent electric. Exemple de dielectrici: mica, chihlimbar, cauciuc, sulf, sticla, portelan, diverse tipuri de uleiuri etc. Dictionar Marin Samoilov K.I. M. L .: Editura Navală de Stat a NKVMF a Uniunii ... Dicționar marin

    Numele dat de Michael Faraday corpurilor care sunt neconductoare sau, în caz contrar, conduc prost electricitatea, cum ar fi aerul, sticla, diverse rășini, sulful etc. Astfel de corpuri mai sunt numite și izolatori. Înainte de cercetările lui Faraday, efectuate în anii 30 ... ... Enciclopedia lui Brockhaus și Efron

    DIELECTRIC- Substante care practic nu conduc curentul electric; sunt solide, lichide și gazoase. D. sunt polarizate într-un câmp electric extern. Sunt folosite pentru izolarea dispozitivelor electrice, in condensatoare electrice, în cuantum ...... Marea Enciclopedie Politehnică

    Substanțe care conduc slab electricitatea. Termenul „D”. (din greacă diá prin și engleză electric electric) a fost introdus de M. Faraday (Vezi Faraday) pentru a desemna substanțele prin care pătrund câmpurile electrice. In orice substanta... Marea Enciclopedie Sovietică

    Substanțe care conduc slab electricitatea (conductivitatea electrică a unui dielectric este 10 8 10 17 Ohm 1 cm 1). Există dielectrice solide, lichide și gazoase. Un câmp electric extern provoacă polarizarea dielectricilor. În unele greu ...... Dicţionar enciclopedic

Cărți

  • Dielectrics and Waves, A. R. Hippel. Autorul monografiei a adus în atenția cititorilor, un cunoscut cercetător în domeniul dielectricului, omul de știință american A. Hippel a vorbit în repetate rânduri în periodice și în ...
  • Acțiunea radiației laser asupra materialelor polimerice. Fundamente științifice și probleme aplicate. In 2 carti. Cartea 1. Materiale polimerice. Fundamentele științifice ale acțiunii laserului asupra dielectricilor polimerici, B. A. Vinogradov, K. E. Perepelkin, G. P. Meshcheryakova. Cartea propusă conține informații despre structură și termică de bază și proprietati optice materiale polimerice, mecanismul de acțiune al radiației laser asupra lor în infraroșu, vizibil ...

Un dielectric este un material sau o substanță care practic nu transmite curent electric. O astfel de conductivitate se obține datorită unui număr mic de electroni și ioni. Aceste particule se formează într-un material neconductor numai atunci când sunt atinse proprietăți la temperaturi ridicate. Despre ce este un dielectric și va fi discutat în acest articol.

Descriere

Fiecare conductor electronic sau radio, semiconductor sau dielectric încărcat trece un curent electric prin el însuși, dar particularitatea dielectricului este că, chiar și la o tensiune ridicată peste 550 V, un curent mic va curge în el. Un curent electric într-un dielectric este mișcarea particulelor încărcate într-o anumită direcție (poate fi pozitiv sau negativ).

Tipuri de curenți

Conductivitatea electrică a dielectricilor se bazează pe:

  • Curenți de absorbție - curentul care circulă în dielectric la DC până când ajunge într-o stare de echilibru, schimbând direcția pe măsură ce este pornit și alimentat și când este oprit. La curent alternativ tensiunea din dielectric va fi prezentă în el tot timpul în timp ce acesta se află în acțiunea unui câmp electric.
  • Conductivitate electrică electronică - mișcarea electronilor sub influența unui câmp.
  • Conductivitatea electrică ionică - este mișcarea ionilor. Se găsește în soluții de electroliți - săruri, acizi, alcalii, precum și în mulți dielectrici.
  • Conductivitatea electrică molionică este mișcarea particulelor încărcate numite molioni. Se găsește în sistemele coloidale, emulsii și suspensii. Fenomenul de mișcare a molionilor într-un câmp electric se numește electroforeză.

Clasificat după starea de agregare și natura chimica. Primele sunt împărțite în solide, lichide, gazoase și în solidificare. Prin natura chimică, ele sunt împărțite în materiale organice, anorganice și organoelement.

După starea de agregare:

  • Conductibilitatea electrică a gazelor. Substanțele gazoase au o conductivitate de curent destul de scăzută. Poate apărea în prezența particulelor încărcate libere, care apare datorită influenței factorilor externi și interni, electronici și ionici: radiații cu raze X și specii radioactive, ciocniri de molecule și particule încărcate, factori termici.
  • Conductibilitatea electrică a unui dielectric lichid. Factori de dependență: structura moleculară, temperatură, impurități, prezența unor sarcini mari de electroni și ioni. Conductivitatea electrică a dielectricilor lichidi depinde în mare măsură de prezența umidității și a impurităților. Conductivitatea electricității substanțelor polare este creată chiar și cu ajutorul unui lichid cu ioni disociați. Când se compară lichidele polare și nepolare, primele au un avantaj clar în conductivitate. Dacă lichidul este curățat de impurități, aceasta va contribui la scăderea proprietăților sale conductoare. Odată cu creșterea conductibilității și a temperaturii sale, are loc o scădere a vâscozității sale, ceea ce duce la o creștere a mobilității ionilor.
  • dielectrici solizi. Conductivitatea lor electrică este determinată ca mișcarea particulelor dielectrice încărcate și a impurităților. În câmpurile de curent electric puternic, conductivitatea electrică este dezvăluită.

Proprietățile fizice ale dielectricilor

Când rezistența specifică a materialului este mai mică de 10-5 Ohm * m, acestea pot fi atribuite conductoarelor. Dacă mai mult de 108 Ohm * m - la dielectrici. Există cazuri când rezistivitatea va fi uneori mai multa rezistenta conductor. În intervalul 10-5-108 Ohm*m există un semiconductor. Materialul metalic este un excelent conductor de curent electric.

Din întregul tabel periodic, doar 25 de elemente aparțin nemetalelor, iar 12 dintre ele, eventual, vor avea proprietăți semiconductoare. Dar, desigur, pe lângă substanțele din tabel, există mult mai multe aliaje, compoziții sau compuși chimici cu proprietatea unui conductor, semiconductor sau dielectric. Pe baza acestui lucru, este dificil să se traseze o anumită linie între valorile diferitelor substanțe cu rezistențele lor. De exemplu, la un factor de temperatură redus, un semiconductor se va comporta ca un dielectric.

Aplicație

Utilizarea materialelor neconductoare este foarte extinsă, deoarece este una dintre clasele de componente electrice cele mai frecvent utilizate. A devenit destul de clar că pot fi folosite datorită proprietăților lor într-o formă activă și pasivă.

Într-o formă pasivă, proprietățile dielectricilor sunt utilizate pentru utilizare în materialul electroizolant.

În formă activă, ele sunt utilizate în feroelectrice, precum și în materiale pentru emițători de tehnologie laser.

Dielectrice de bază

Tipurile comune includ:

  • Sticlă.
  • Cauciuc.
  • Ulei.
  • Asfalt.
  • Porţelan.
  • Cuarţ.
  • Aer.
  • Diamant.
  • Apa pura.
  • Plastic.

Ce este un dielectric lichid?

Polarizarea de acest tip are loc în câmpul de curent electric. Substanțele lichide neconductoare sunt utilizate în inginerie pentru turnarea sau impregnarea materialelor. Există 3 clase de dielectrici lichidi:

Uleiurile din petrol au vâscozitate scăzută și în mare parte nepolare. Ele sunt adesea folosite la instrumentele de înaltă tensiune: apă de înaltă tensiune. este un dielectric nepolar. Uleiul de cablu și-a găsit aplicație în impregnarea firelor de hârtie izolatoare cu o tensiune de până la 40 kV, precum și a acoperirilor pe bază de metal cu un curent de peste 120 kV. Uleiul de transformator are o structură mai curată decât uleiul de condensator. Acest tip de dielectric este utilizat pe scară largă în producție, în ciuda costului ridicat în comparație cu substanțele și materialele analogice.

Ce este un dielectric sintetic? În prezent, este interzis aproape peste tot datorită toxicității sale ridicate, deoarece este produs pe bază de carbon clorurat. Un dielectric lichid pe bază de siliciu organic este sigur și ecologic. Acest tip nu provoacă rugina metalică și are proprietăți de higroscopicitate scăzută. Există un dielectric lichefiat care conține un compus organofluorizat care este deosebit de popular pentru incombustibilitatea, proprietățile termice și stabilitatea oxidativă.

Iar ultimul tip este uleiurile vegetale. Sunt dielectrici slab polari, acestea includ semințe de in, ricin, tung, cânepă. Uleiul de ricin este foarte încălzit și este folosit în condensatoarele de hârtie. Restul uleiurilor se evaporă. Evaporarea în ele nu este cauzată de evaporarea naturală, ci de o reacție chimică numită polimerizare. Este utilizat în mod activ în emailuri și vopsele.

Concluzie

Articolul a discutat în detaliu ce este un dielectric. au fost menționate tipuri diferiteși proprietățile lor. Desigur, pentru a înțelege subtilitatea caracteristicilor lor, va trebui să studiezi mai aprofundat secțiunea de fizică despre ele.

DIELECTRIC Substanţe care conduc slab electricitatea. Termenul „dielectric” a fost introdus de M. Faraday pentru a desemna substanțele în care pătrunde un câmp electrostatic. Când sunt plasați într-un câmp electric al oricărei substanțe, electronii și nucleele atomice experimentează forțele din acest câmp. Ca rezultat, o parte din sarcini se mișcă într-o direcție, creând un curent electric. Sarcinile rămase sunt redistribuite astfel încât „centrele de greutate” ale sarcinilor pozitive și negative sunt deplasate unul față de celălalt. În acest din urmă caz, se vorbește despre polarizarea materiei. În funcție de care dintre aceste două procese (polarizare sau conductivitate electrică) predomină, substanțele se împart în dielectrici (toate gazele neionizate, unele lichide și solide) și conductoare (metale, electroliți, plasmă).

Conductivitatea electrică a dielectricilor este foarte scăzută în comparație cu metalele. Rezistivitatea electrică a dielectricilor este de 10 8 -10 17 Ohm cm, metale - 10 -6 -10 -4 Ohm cm.

Fizica clasică a încercat să explice diferența cantitativă în conductivitatea electrică a dielectricilor și a metalelor prin faptul că există electroni liberi în metale, în timp ce în dielectrici toți electronii sunt legați (aparțin atomilor individuali) și câmpul electric nu îi rupe, dar le deplasează doar puțin.

Teoria cuantică a unei stări solide explică diferența dintre proprietățile electrice ale metalelor și dielectricilor printr-o distribuție diferită a electronilor pe nivelurile de energie. În dielectrici, nivelul de energie superior umplut cu electroni coincide cu limita superioară a uneia dintre benzile permise (în metale, se află în interiorul benzii permise), iar cele mai apropiate niveluri libere sunt separate de cele umplute cu o bandă interzisă, care electronii nu poate depăşi sub acţiunea unor câmpuri electrice nu prea puternice (vezi Zona Bandă).teorie). Acțiunea câmpului electric se reduce la o redistribuire a densității electronilor, ceea ce duce la polarizarea dielectricului.

Polarizarea dielectricilor. Mecanismele de polarizare a dielectricilor depind de natura legăturii chimice, adică de distribuția densității electronilor în dielectrici. În cristalele ionice (de exemplu, NaCl), polarizarea este rezultatul unei deplasări a ionilor unul față de celălalt (polarizare ionică), precum și al deformării învelișurilor de electroni ale ionilor individuali (polarizare electronică), adică a sumei ionice. și polarizări electronice. În cristalele cu o legătură covalentă (de exemplu, diamantul), unde densitatea electronică este distribuită uniform între atomi, polarizarea se datorează în principal deplasării electronilor care realizează legătura chimică. În așa-numitele dielectrice polare (de exemplu, solid H 2 S), grupurile de atomi sunt dipoli electrici, care sunt orientați aleatoriu în absența unui câmp electric și capătă o orientare preferențială în câmp. Această polarizare orientativă este tipică multor lichide și gaze. Un mecanism similar de polarizare este asociat cu „saritul” sub acțiunea unui câmp electric de ioni individuali de la o poziție de echilibru în rețea la alta. În special, un astfel de mecanism este observat în substanțele cu o legătură de hidrogen (de exemplu, gheață), unde atomii de hidrogen au mai multe poziții de echilibru.

Polarizarea dielectricilor este caracterizată de vectorul de polarizare P, care este momentul dipolului electric pe unitatea de volum a dielectricului:

unde p i - momentele dipolare ale particulelor (atomi, ioni, molecule), N - numărul de particule pe unitate de volum. Vectorul P depinde de intensitatea câmpului electric E. În câmpurile slabe Ρ = ε 0 ϰΕ. Coeficientul de proporționalitate ϰ se numește susceptibilitate dielectrică. Adesea, în locul vectorului P, se folosește vectorul de inducție electrică (1)

unde ε este permisivitatea, ε 0 este constanta electrică. Valorile ϰ și ε sunt principalele caracteristici ale dielectricului. În dielectricii anizotropi (de exemplu, în cristalele necubice), direcția P este determinată nu numai de direcția câmpului E, ci și de direcția axelor de simetrie ale cristalului. Prin urmare, vectorul P va face unghiuri diferite cu vectorul E, în funcție de orientarea lui E față de axele de simetrie ale cristalului. În acest caz, vectorul D va fi determinat în termenii vectorului E cu ajutorul nu a unei valori a lui ε, ci a mai multor (în cazul general, șase) care formează tensorul de permitivitate.

Dielectrici într-un câmp alternativ. Dacă câmpul E se modifică în timpul t, atunci polarizarea dielectricului nu are timp să-l urmeze, deoarece deplasările de sarcină nu pot avea loc instantaneu. Deoarece orice câmp alternativ poate fi reprezentat ca un set de câmpuri care se modifică conform unei legi armonice, este suficient să studiem comportamentul dielectricului în câmpul E \u003d E 0 sinωt, unde ω este frecvența câmpului alternativ, E 0 este amplitudinea intensității câmpului. Sub influența acestui câmp, și D și P vor oscila armonic și cu aceeași frecvență. Totuși, între oscilațiile P și E apare o diferență de fază δ, care este cauzată de întârzierea polarizării P din câmpul E. Legea armonică poate fi reprezentată într-o formă complexă E 0 . Permitivitatea în acest caz este o mărime complexă: ε(ω) = ε’ + iε’’, ε’ și ε’’ depind de frecvența câmpului electric alternativ ω. Valoare absolută

determină amplitudinea oscilației D, iar raportul ε'/ε" = tgδ este diferența de fază dintre oscilațiile D și E. Valoarea δ se numește unghiul de pierdere dielectrică. Într-un câmp electric constant ω = 0, ε" = 0 , ε' = ε.

În câmpurile electrice alternante de înalte frecvențe, proprietățile unui dielectric sunt caracterizate de indici de refracție n și de absorbție k (în loc de ε' și ε"). Primul este egal cu raportul vitezelor de propagare a undelor electromagnetice într-un dielectric și în vid. Indicele de absorbție k caracterizează atenuarea undelor electromagnetice într-un dielectric. Valorile n, k, ε' și ε" sunt legate prin relația (2)

Polarizarea dielectricilor în absența unui câmp electric.Într-un număr de dielectrici solizi (piroelectrici, feroelectrici, piezoelectrici, electreți), polarizarea poate exista chiar și fără un câmp electric, adică poate fi cauzată de alte motive. Astfel, în piroelectrice, sarcinile sunt dispuse atât de asimetric încât centrele de greutate ale sarcinilor de semn opus nu coincid, adică dielectricul este polarizat spontan. Cu toate acestea, polarizarea în piroelectrice se manifestă numai atunci când temperatura se schimbă, când sarcinile electrice care compensează polarizarea nu au timp să se rearanjeze. O varietate de piroelectrice sunt feroelectrice, a căror polarizare spontană se poate schimba semnificativ sub influența influente externe(temperatura, camp electric). În piezoelectrice, polarizarea are loc atunci când cristalul este deformat, ceea ce este asociat cu caracteristicile structurii lor cristaline. Polarizarea în absența unui câmp poate fi observată și în anumite substanțe precum rășini și sticle, numite electreți.

Conductivitatea electrică a dielectricilor este mică, dar întotdeauna diferită de zero. Purtătorii mobili de sarcină din dielectrici pot fi electroni și ioni. În condiții normale, conductivitatea electronică a dielectricilor este mică în comparație cu cea ionică. Conductivitatea ionică se poate datora mișcării atât a ionilor intrinseci, cât și a celor de impurități. Posibilitatea de mișcare a ionilor prin cristal este asociată cu prezența defectelor în cristale. Dacă, de exemplu, există un loc vacant într-un cristal, atunci sub acțiunea câmpului, un ion vecin îl poate ocupa, următorul ion se poate muta în locul vacant nou format etc. Ca urmare, locurile vacante se mută, ceea ce duce pentru transferul de încărcare prin întregul cristal. Mișcarea ionilor are loc și ca urmare a salturilor lor de-a lungul interstițiilor. Odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea ionică crește. O contribuție apreciabilă la conductivitatea electrică a unui dielectric poate fi adusă de conductivitatea suprafeței (vezi Fenomene de suprafață).

defalcarea dielectricilor. Densitatea curentului electric j prin dielectric este proporțională cu intensitatea câmpului electric E (legea lui Ohm): j = ςЕ, unde ς este conductivitatea electrică a dielectricului. Cu toate acestea, în câmpuri suficient de puternice, curentul crește mai repede decât conform legii lui Ohm. La o anumită valoare critică a lui E pr are loc o defalcare electrică a dielectricului. Valoarea lui E pr se numește rezistența electrică a dielectricului. În timpul unei defecțiuni, aproape tot curentul curge printr-un canal îngust (vezi șirurile curente). În acest canal, j atinge valori mari, ceea ce poate duce la distrugerea dielectricului: se formează un orificiu traversant sau dielectricul este topit prin canal. Reacțiile chimice pot avea loc în canal; de exemplu, carbonul se depune în dielectrici organici, metalul se depune în cristale ionice (metalizarea canalului), etc. Defalcarea este facilitată de neomogenitățile prezente întotdeauna în dielectric, întrucât câmpul E poate crește local în locuri de neomogenități.

În dielectricii solizi se disting defecțiunile termice și electrice. În timpul defecțiunii termice, odată cu creșterea j, crește cantitatea de căldură eliberată în dielectric și, în consecință, temperatura dielectricului, ceea ce duce la creșterea numărului de purtători de sarcină n și la o scădere a specificului rezistență electricăρ. În cazul defecțiunii electrice, pe măsură ce câmpul crește, generarea de purtători de sarcină sub acțiunea câmpului crește, iar ρ scade și el.

Rigiditatea dielectrică a dielectricilor lichidi depinde în mare măsură de puritatea lichidului. Prezența impurităților și impurităților reduce semnificativ E pr. Pentru dielectricii lichidi omogene pur, E pr este apropiat de E pr a dielectricilor solizi. O defalcare a unui gaz este asociată cu ionizarea prin impact și se manifestă sub forma unei descărcări electrice.

Proprietățile neliniare ale dielectricilor. Dependenţa liniară P = ε 0 ϰE este valabilă numai pentru câmpurile E, care sunt mult mai mici decât câmpurile intracristaline E cr (E cr de ordinul a 10 8 V/cm). pentru că E pr<< 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).

Utilizarea dielectricilor. Dielectricii sunt utilizați în principal ca materiale electroizolante. Piezoelectricele sunt folosite pentru a converti semnale mecanice (deplasări, deformații, vibrații sonore) în cele electrice și invers (vezi traductor piezoelectric); piroelectrice - ca detectoare termice de diferite radiații, în special radiații infraroșii; feroelectricii, fiind tot piezoelectrici și piroelectrici, sunt folosiți și ca materiale pentru condensatori (datorită constantei lor dielectrice ridicate), precum și elemente neliniare și de memorie în diverse dispozitive. Majoritatea materialelor optice sunt dielectrice.

Lit.: Froelich G. Teoria dielectricilor. M., 1960; Hippel A. R. Dielectrice și unde. M., 1960; Feynman R., Layton R., Sands M. Feynman Lecturi de fizică. M., 1966. Emisiunea. 5: Electricitate și magnetism; Kalașnikov S. G. Electricitate. a 5-a ed. M., 1985.

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

Materialele dielectrice din echipamentele electronice sunt separate electric, iar materialele solide sunt combinate mecanic și combinate de conductori sub diferite potențiale electrice. Sunt utilizate pentru izolarea electrică a elementelor de echipamente, pentru acumularea energiei câmpului electric (condensatori), pentru fabricarea pieselor structurale, precum și sub formă de acoperiri pe suprafața pieselor, pentru lipirea pieselor.

Proprietățile dielectrice ale materialelor

Principala proprietate a unui dielectric este de a nu conduce curentul electric. REZISTENTA DE VOLUM SPECIFĂ a dielectricilor este mare: de la 108 la 1018 ohmi, deoarece aproape că nu există purtători de încărcare liberi în ele. Unele conducții sunt cauzate de impurități și defecte structurale.

Există întotdeauna mai multe impurități și defecte pe suprafața oricărui corp, de aceea, pentru dielectrici, se introduce conceptul de conductivitate a suprafeței și parametrul REZISTENTĂ SPECIFĂ A SUPRAFĂȚEI s, definit ca rezistența măsurată între doi conductori liniari de 1 m lungime fiecare, amplasați paralel. unul față de celălalt la o distanță de 1 m pe suprafața dielectricului . Valoarea lui s depinde puternic de metoda de obținere (prelucrare) a suprafeței și de starea acesteia (conținut de praf, umiditate etc.). Deoarece conductivitatea suprafeței este de obicei mult mai mare decât conductibilitatea în vrac, se iau măsuri pentru a o reduce.

Un dielectric este un izolator numai în raport cu tensiunea continuă. Într-un câmp electric alternativ, un curent trece prin dielectric datorită polarizării sale.

POLARIZAREA este procesul de deplasare a sarcinilor legate pe o distanță limitată sub acțiunea unui câmp electric extern.

Electronii atomilor sunt deplasați spre polul pozitiv, nucleii atomilor - spre cel negativ. Același lucru se întâmplă cu ionii din cristalele ionice, cu molecule sau regiuni de molecule cu o distribuție neuniformă a particulelor încărcate în volumul pe care îl ocupă. Ca urmare a polarizării în dielectric, se formează propriul său câmp intern, vectorul său este mai mic ca mărime și opus în direcție vectorului câmp extern. Capacitatea electrică între electrozii cu un dielectric este mai mare decât între aceiași electrozi fără dielectric cu un factor de unde este PERMISIBILITATEA DIELECTRICĂ RELATIVA A DIELECTRICULUI.

În timpul POLARIZĂRII ELECTRONICE, sub acțiunea unui câmp electric extern, învelișurile de electroni ale atomilor unei substanțe sunt deformate. Se caracterizează printr-un timp scurt de stabilire (aproximativ 10–15 s) și, prin urmare, este inerțial pentru frecvențele radio, nu depinde de frecvență, depinde slab de temperatură și are loc practic fără pierderi. Substanțele cu polarizare predominant electronică (dielectrici slab polari) au o constantă dielectrică scăzută: de la 1,8 la 2,5. Acest tip de polarizare este inerent tuturor substanțelor.

POLARIZAREA IONICĂ apare în solidele ionice, are un timp de decantare de ordinul 10-13 s, prin urmare, practic nu depinde de frecvența câmpului și depinde slab de temperatură. Valoarea pentru majoritatea materialelor cu polarizare ionică este de la 5 la 10.

POLARIZAREA DIPOLĂ (ORIENTAȚIONALĂ) se manifestă ca orientare sub acțiunea câmpului de molecule polare sau grupe de atomi. De exemplu, moleculele de apă sunt polare, în care atomii de hidrogen sunt localizați asimetric față de atomul de oxigen, sau clorură de vinil (monomer de clorură de polivinil) H2C-CHCl. Pentru a depăși interacțiunea moleculelor și a forțelor de frecare, se consumă energia câmpului, care se transformă în energie termică, prin urmare, polarizarea dipolului are un caracter inelastic, de relaxare. Datorită dimensiunilor și maselor mari ale dipolilor implicați în polarizarea dipolului, inerția acestuia este semnificativă și se manifestă sub forma unei puternice dependențe a permisivității și a pierderii de energie de frecvență.

POLARIZAREA MIGRĂRII este cauzată de deplasările inelastice ale ionilor de impurități slab legați pe distanțe scurte. În ceea ce privește consecințele (pierderea de energie, dependența de frecvență), această polarizare este similară cu una dipol.

Pierderea de energie în dielectric în timpul polarizării este estimată prin tangenta ANGUL DE PIERDERE tg . Un dielectric cu pierderi într-un circuit electric este reprezentat ca un circuit echivalent: un condensator ideal și o rezistență de pierdere conectată în paralel cu acesta. Unghiul completează până la 90o unghiul de deplasare între curent și tensiune pe diagrama vectorială a unei astfel de rețele cu două terminale. Dielectricii buni (slab polari) au tg10-3, care depinde puțin de frecvență. Dielectricii rele au tg, măsurat în zecimi de unitate și chiar mai mult, puternic dependent de frecvență.

Tipurile speciale formează polarizare sub acțiunea solicitărilor mecanice, observată la PIEZOELECTRIC, precum și POLARIZARE SPONTANĂ la PIROELECTRIC și FERROELECTRIC. Astfel de dielectrici se numesc ACTIVE și sunt folosite în dispozitive speciale: în rezonatoare, filtre, generatoare și transformatoare piezoelectrice, convertoare de radiații, condensatoare de capacitate specifică mare etc.

REZISTENTĂ ELECTRICĂ - capacitatea unui dielectric de a menține rezistivitate ridicată în circuitele de înaltă tensiune. Este estimată prin intensitatea câmpului de defalcare Еpr=Upr/d, unde Upr este tensiunea de defalcare, d este grosimea dielectricului. Dimensiunea Epr - V/m. Pentru dielectrici diferiți, Epr=10...1000 MV/m și chiar și pentru același material, această valoare variază foarte mult în funcție de grosimea, forma electrozilor, temperatură și o serie de alți factori. Motivul pentru aceasta este varietatea proceselor în timpul defecțiunii. DETERMINAREA ELECTRICĂ este cauzată de tranziția tunelică a electronilor în banda de conducție din banda de valență, de la niveluri de impurități sau electrozi metalici, precum și de multiplicarea lor prin avalanșă datorită ionizării de impact în câmpuri de mare intensitate. DETERMINAREA TERMICĂ ELECTRICĂ este cauzată de o creștere exponențială a conductibilității electrice a unui dielectric cu creșterea temperaturii acestuia. În același timp, curentul de scurgere crește, încălzind și mai mult dielectricul, se formează un canal conducător în grosimea sa, rezistența scade brusc, iar topirea, evaporarea și distrugerea materialului au loc în zona de impact termic. DETERMINAREA ELECTROCHIMICĂ se datorează fenomenelor de electroliză, migrare a ionilor și, în consecință, modificări ale compoziției materialului. DETERMINAREA IONIZĂRII apare din cauza descărcărilor parțiale într-un dielectric cu incluziuni de aer. Rigiditatea dielectrică a aerului este mai mică, iar intensitatea câmpului în aceste incluziuni este mai mare decât într-un dielectric dens. Acest tip de defalcare este tipic pentru materialele poroase. DETERMINAREA DE SUPRAFAȚĂ (suprapunerea) a dielectricului are loc din cauza curenților de suprafață inacceptabil de mari. Cu o putere suficientă a sursei de curent, defalcarea suprafeței se dezvoltă prin aer și se transformă într-un arc. Condiții care contribuie la această defecțiune: fisuri, alte nereguli și contaminare pe suprafața dielectricului, umiditate, praf, presiune scăzută a aerului atmosferic.

Pentru funcționarea fiabilă a oricărui dispozitiv electric, tensiunea de funcționare a izolației sale Uwork trebuie să fie semnificativ mai mică decât tensiunea de avarie Upr. Raportul Upr/Urab se numește FACTOR DE STOC DE REZISTENTĂ ELECTRICĂ A IZOLĂRII.

Vă recomandăm să citiți