Какой диэлектрик можно применять при высокой f
Вопрос. Что называется влагостойкостью диэлектрика?
Ответ. Влагостойкость диэлектрика — устойчивость его параметров таких как удельное электрическое сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь, электрическая прочность, сопротивление изоляции и др. определяется при воздействии на него влажной атмосферы, имеющей параметры, задаваемые эксплуатационными характеристиками материала (или изделия) и действующими стандартами на проведение соответствующих испытаний.
Вопрос. Чем определяется допустимая рабочая температура диэлектрика?
Ответ. Допустимая рабочая температура диэлектрика определяется совокупностью важнейших термических свойств материала к которым относятся теплопроводность, теплоемкость, плавление и размягчение материала, тепловое расширение, нагревостойкость, стойкость к термоударам.
Вопрос. Что называется нагревостойкостью электроизоляционного материала?
Ответ. Нагревостойкость (согласно определению Б.М Тареева) это способность электроизоляционного материала (или электроизоляционной конструкции) без повреждения и без существенного ухудшения практически важных свойств выдерживать воздействие повышенной температуры как кратковременно, так и длительно (в течение времени, сравниваемого с нормальной продолжительностью эксплуатации данного изделия).
Вопрос. Что называется холодостойкостью электроизоляционного материала?
Вопрос. Какие параметры характеризуют механическую прочность изоляционных материалов?
Ответ. Пределы прочности при растяжении, сжатии и изгибе.
Вопрос. Каковы преимущества газов перед остальными видами электроизоляционных материалов?
Ответ. Преимуществами газов перед остальными видами электроизоляционных материалов являются высокое удельное электрическое сопротивление, малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая, близкая к единице диэлектрическая проницаемость. Наиболее же ценным свойством газов является их способность восстанавливать электрическую прочность после разряда.
Вопрос. Какие газы используются в качестве электрической изоляции?
Вопрос. Какие области применения в электротехнике жидких диэлектриков?
Ответ. Жидкие диэлектрики предназначаются для пропитки электрической изоляции трансформаторов, конденсаторов, кабелей с целью повышения ее электрической прочности и отвода тепла путем конвекции, для дугогашения в масляных выключателях, заливки маслонаполненных вводов, реакторов, реостатов и других электроаппаратов.
Вопрос. Как классифицируются электроизоляционные жидкости по химической природе?
Ответ. Электроизоляционные жидкости по химической природе можно классифицировать на нефтяные электроизоляционные масла и синтетические жидкости различных типов.
Вопрос. Какие отличия конденсаторных масел от трансформаторных?
Вопрос. Какие области применения синтетических жидких диэлектриков?
Ответ. Синтетические жидкие диэлектрики применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить длительную и надежную работу высоковольтных электрических аппаратов при повышенных тепловых нагрузках и напряженности электрического поля, в пожаро- или взрывоопасной среде. Жидкие диэлектрики находят применение и для заливки герметичных кожухов, в которых располагаются блоки электронной аппаратуры.
Вопрос. Какими достоинствами обладают хлорированные углеводороды?
Ответ. Хлорированные углеводороды обладают высокой термической устойчивостью, электрической стабильностью, негорючестью, повышенным значением диэлектрической проницаемости и относительно невысокой стоимостью.
Вопрос. Какими достоинствами обладают жидкие диэлектрики на основе кремнийорганических соединений (полиорганосилоксанов)?
Ответ. Эти диэлектрики являются нетоксичными и экологически безопасными.
Вопрос. Какие особенности жидких диэлектриков на основе фторорганических соединений?
Ответ. Жидкие диэлектрики на основе фторорганических соединений отличаются негорючестью, высокой химической, окислительной и термической стабильностью, высокими электрофизическими и теплопередающими свойствами.
Вопрос. Как получают нефтяные масла?
Ответ. Нефтяные масла получают фракционной перегонкой нефти.
Вопрос. Как получают конденсаторное масло?
Ответ. Конденсаторное масло получают из высококачественной нефти или путем дополнительной очистки адсорбентами трансформаторного масла.
Вопрос. Что представляют собой полимеры?
Вопрос. Что понимается под степенью полимеризации?
Ответ. Степень полимеризации является важной характеристикой полимеров — она равна числу элементарных звеньев в молекуле.
Вопрос. Что называется реакцией полимеризации?
Ответ. Полимеризацией называют реакцию образования полимера из молекул мономера без выделения низкомолекулярных побочных продуктов.
Вопрос. Что называется реакцией поликонденсации?
Ответ. Поликонденсация — реакция образования полимера из мономеров с одновременным образованием побочных низкомолекулярных продуктов реакции (воды, спирта и др.).
Вопрос. Что представляют собой термопластические полимеры (термопласты)?
Ответ. Термопластические полимеры (термопласты) получают на основе полимеров с линейной структурой макромолекул. При нагревании они размягчаются, а при охлаждении затвердевают. При этом процессе не происходит никаких химических изменений.
Вопрос. Что представляют собой термореактивные полимеры?
Ответ. Термореактивные полимеры получают из полимеров, которые при нагревании или при комнатной температуре вследствие образования пространственной сетки из макромолекул (отверждения) переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.
Вопрос. Каков порядок величины относительной диэлектрической проницаемости слабополярных и полярных полимеров?
Ответ. Относительная диэлектрическая проницаемость слабополярных полимеров составляет обычно 2.8 – 4.0; для полярных в зависимости от строения полимера она меняется от 4 до 20.
Вопрос. Как получают полиэтилен?
Ответ. Полиэтилен получают при высоком, среднем и низком давлении полимеризацией этилена в присутствии катализаторов.
Вопрос. Какими свойствами обладает полиэтилен?
Ответ. Для полиэтилена характерны высокая прочность, стойкость к действию агрессивных сред и радиации, хорошие диэлектрические свойства, нетоксичность.
Вопрос. Какими свойствами обладает полистирол?
Ответ. Полистирол химически стоек, устойчив к воздействию влаги, растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, простых и сложных эфирах. К недостаткам полистирола относятся низкая механическая прочность и невысокая теплостойкость.
Вопрос. Какие области применения полистирола?
Ответ. Полистирол широко применяется для изготовления деталей электро- и радиоэлектронных приборов, в кабельной промышленности в качестве высокочастотного электроизоляционного материала, для изготовления полистирольных лаков.
Вопрос. Какие области применения полиизобутилена?
Ответ. В чистом виде или чаще в композиции с другими полимерами полиизобутилен применяется для изготовления электрической изоляции высокочастотных кабелей (в композиции с полиэтиленом), уплотнителей, изоляционных заливочных компаундов, клеящих материалов, изоляционных лент.
Вопрос. Какими достоинствами обладает политерефталатэтилен (ПТФЭ)?
Ответ. Высокая рабочая температура и химическая стойкость выделяют ПТФЭ среди других органических полимеров. ПТФЭ не горит и не растворяется в диапазоне рабочих температур ни в одном растворителе, на него не действуют кислоты, щелочи и другие агрессивные вещества.
Вопрос. Какими недостатками обладает политерефталатэтилен (ПТФЭ)?
Ответ. К недостаткам ПТФЭ относятся ползучесть, возникающая под действием небольших механических нагрузок, низкая устойчивость к воздействию электрической короны и радиации.
Вопрос. Какие области применения политерефталатэтилена (ПТФЭ)?
Ответ. ПТФЭ применяют в радиоэлектронике, электротехнике для изготовления электрической изоляции проводов, кабелей, конденсаторов, трансформаторов, работающих при высоких и низких температурах или в агрессивных средах.
Вопрос. Какие области применения поливинилхлорида (ПВХ)?
Ответ. Материалы на основе ПВХ имеют высокую влагостойкость, что обеспечивает им широкое применение для изоляции защитных оболочек кабельных изделий, изоляции проводов, а также в виде трубок, лент, листов в электрических машинах и аппаратах, работающих на промышленных частотах, ПВХ применяют также в качестве материала, гасящего электрическую дугу в отключающей аппаратуре.
Вопрос. Какие линейные неполярные полимеры Вы знаете?
Ответ. Полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен, получаемые полимеризацией.
Вопрос. Какие линейные полярные полимеры Вы знаете?
Ответ. К числу этих полимеров относятся поливинилхлорид, фторолон-3 (политрифторхлорэтилен), полиамидные смолы.
Вопрос. Как классифицируются пластмассы по типу связующего?
Ответ. По типу связующего пластмассы подразделяются на: фенолоформальдегидные (фенопласты), эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические, полиимидные.
Вопрос. Какие области применения эпоксидных полимеров?
Ответ. Эпоксидные полимеры широко применяются в различных областях техники, что связано с рядом их ценных свойств, среди которых важное значение имеет способность отверждаться без давления при действии теплоты и отвердителей в толстых слоях с малыми усадками.
Вопрос. Как получают гетинакс?
Ответ. Гетинакс получается путем горячего прессования бумаги, пропитанной термореактивной смолой.
Вопрос. Какими свойствами обладает гетинакс?
Ответ. Гетинакс обладает повышенной способностью к штампованию, высокими влагостойкостью, механическими и электрическими свойствами.
Вопрос. Чем отличается текстолит от гетинакса?
Ответ. Текстолит аналогичен гетинаксу, но изготовляется из пропитанной ткани.
Вопрос. Какова отличительная особенность текстолита?
Ответ. Отличительной особенностью текстолита является повышенное сопротивление раскалыванию и истиранию.
Вопрос. Где применяется шеллак?
Ответ. Шеллак применяется в электротехнике главным образом в виде спиртового раствора для изготовления клеящих лаков, для слюдяной изоляции, а также для лакировки деталей.
Вопрос. В чем состоят преимущества применения резины для изоляции и защитной оболочки кабелей?
Ответ. Преимуществом применения резины для изоляции и защитной оболочки кабелей является возможность получения требуемой гибкости, влагостойкости, маслостойкости, способности не распространять горение и высоких электрических и физико-механических характеристик.
Вопрос. Где применяются резины?
Ответ. Резина находит применение для изготовления изоляции установочных и монтажных проводов, гибких переносных проводов и кабелей, а также для защитных перчаток, калош, ковриков и изоляционных трубок, применяемых при монтаже проводов.
Вопрос. Каковы недостатки резины как как электроизоляционного материала?
Ответ. К их числу следует отнести низкую нагревостойкость. При нагреве резина стареет, становится хрупкой и трескается. Быстрое старение резины наблюдается также при воздействии на нее света, особенно ультрафиолетового. Резина не устойчива к действию озона, который может образовываться при ионизации воздушных включений или в окружающем воздухе при высоких напряженностях электрического поля.
Вопрос. На базе каких материалов изготавливаются клеи?
Ответ. В настоящее время клеи выпускаются на основе органических и неорганических соединений, элементоорганических полимеров, цементов, галлиевых паст.
Вопрос. Что представляют собой стекла?
Ответ. Стеклами называют аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, приобретающие в результате постепенного увеличения вязкости механические свойства твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в твердое является обратимым.
Вопрос. Как классифицируются стекла по химическому составу?
Ответ. По химическому составу имеющие практическое значение стекла делятся на три основных типа: оксидные — на основе оксидов; галогенидные — на основе галогенидов, халькогенидные — на основе сульфидов, селенидов и теллуридов.
Вопрос. Назовите основные области применения неорганических стекол.
Ответ. По назначению стекла подразделяются на: конденсаторные стекла, установочные стекла (для изготовления установочных деталей и различных изоляторов), ламповые стекла и лазерные стекла (для рабочего тела в лазере).
Вопрос. В чем различие между ситаллами и стеклами?
Ответ. У стекол структура — аморфная, у ситаллов — поликристаллическая. Ситаллы — это закристаллизованные стекла
Вопрос. Что представляют собой электротехнические керамики?
Ответ. Электротехническая керамика представляет собой материал, получаемый в результате обжига формовочной массы заданного химического состава из минералов и оксидов металлов.
Вопрос. Что такое шликер?
Ответ. Шликер представляет собой суспензию, состоящую из тонкоизмельченного порошка (твердой фазы) пластификатора и связующих веществ (жидкой фазы).
Вопрос. Какие существуют способы прессования при производстве керамических изделий?
Ответ. Различают следующие виды прессования: полусухое изостатическое, мокрое прессование, гидростатическое, горячее.
Вопрос. Для чего производится предварительный обжиг при изготовлении керамики?
Ответ Предварительный обжиг шихты выполняется для частичного или полного протекания диффузионных процессов между окислами для превращения их в керамический материал (синтез керамики) и уменьшения усадки при окончательном обжиге.
Вопрос. Какие конденсаторные керамические материалы вам известны?
Ответ. Сегнетоэлектрические твердые растворы титанатов стронция и висмута, ЦТС, титанат бария с добавкой окислов циркония и висмута, твердый раствор BaTiO3 – BaZrO3, ((Pb,Ba)Nb2O3)
Вопрос. Какие основные компоненты используются при производстве электротехнического фарфора?
Ответ. Сырьевые материалы минерального происхождения — глинистые вещества (каолин и глина), кварц, полевой шпат, гипс, пегматит.
Вопрос. Из чего изготавливается стеатитовая керамика?
Ответ. Стеатитовая керамика изготовляется на основе тальковых минералов, основной кристаллической фазой которых является метасиликат магния Mg О • Si О2.
Вопрос. Что представляют собой радиофарфор и ультрафарфор?
Ответ. Радиофарфор представляет собой фарфор, стекловидная фаза которого облагорожена введением в нее тяжелого оксида ВаО. Ультрафарфор различных марок характеризуется большим содержанием Al 2 О3 и является дальнейшим усовершенствованием радиофарфора.
Вопрос. Какие области применения в электротехнике имеет слюда и материалы на ее основе?
Ответ. Использование слюды в качестве изоляции крупных турбо- и гидрогенераторов, тяговых электродвигателей и в качестве диэлектрика в некоторых конденсаторах связано с ее высокой электрической прочностью, нагревостойкостью, механической прочностью и гибкостью.
Вопрос. Как изготавливается асбоцемент?
Ответ. При изготовлении асбоцемента распушенное асбестовое волокно смешивают с цементом и водой и прессуют (холодной прессовкой). Цемент твердеет под действием воды и прочно соединяет волокна асбеста.
Вопрос. Что представляют собой нанокристаллические материалы?
Ответ. Нанокристаллические материалы представляют собой особое состояние конденсированного вещества (макроскопические ансамбли ультрамалых частиц с размерами до нескольких нанометров. Необычные свойства этих частиц обусловлены как особенностями отдельных частиц (кристаллитов), так и их коллективным поведением, зависящим от характера взаимодействия между частицами.
Вопрос. Что представляют собой электроизоляционные лаки?
Ответ. Электроизоляционные лаки представляют собой коллоидные растворы лаковой основы, образующие после удаления растворителя пленку, обладающую электроизоляционными свойствами.
Вопрос. Что представляют собой электроизоляционные эмали?
Ответ. Электроизоляционные эмали представляют собой лаки, в составе которых имеются пигменты — высокодисперсные неорганические вещества, повышающие твердость и механическую прочность лаковой пленки, теплопроводность, дугостойкость.
Вопрос. Каков состав электроизоляционных компаундов?
Ответ. Электроизоляционные компаунды — в основном состоят из тех же веществ, которые входят в состав лаковой основы электроизоляционных лаков, но, в отличие от лаков, не содержат растворителей.
Вопрос. Что представляют собой активные диэлектрики?
Ответ. Диэлектрики, предназначенные для создания функциональных элементов электроники, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий, относятся к группе активных диэлектриков.
Вопрос. Какие классы материалов относятся к активным диэлектрикам?
Ответ. К числу активных диэлектриков относятся сегнето-, пара-, пьезо- и пироэлектрики; электреты, диэлектрики оптических квантовых генераторов, жидкокристаллические диэлектрики.
Вопрос. Каковы особенности сегнетоэлектриков?
Ответ. Сегнетоэлектрики — вещества, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля.
Вопрос. Что представляет собой температура Кюри?
Ответ. Температура Кюри (сегнетоэлектрическая точка Кюри) является температурой фазового перехода, ниже этой температуры сегнетоэлектрик обладает доменной структурой и характерными сегнетоэлектрическими свойствами; выше этой температуры происходит распад доменной структуры и сегнетоэлектрик переходит в параэлектрическое состояние.
Вопрос. Каковы области применения сегнетоэлектриков?
Ответ. Сегнетоэлектрики находят применение: для изготовления малогабаритных низкочастотных конденсаторов с большой удельной емкостью; для изготовления материалов с большой нелинейностью поляризации для диэлектрических усилителей, модуляторов и других управляемых устройств; в вычислительной технике — для ячеек памяти; для модуляции и преобразования лазерного излучения; в пьезо- и пироэлектрических преобразователях.
Вопрос. В чем состоит особенность электретов?
Ответ. К электретам относятся диэлектрики, способные длительное время сохранять поляризованное состояние и создавать в окружающем их пространстве электрическое поле.
Вопрос. Какие области применения электретов?
Ответ. Электреты применяются для изготовления микрофонов, телефонов, дозиметров радиации, влажности, электрометров в электрофотографии и во многих других случаях.
Вопрос. В чем состоят прямой и обратный пьезоэлектрический эффект?
Ответ. Прямым пьезоэлектрическим эффектом называют явление поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. При обратном пьезоэффекте происходит изменение размеров диэлектрика под действием приложенного электрического поля.
Вопрос. Какие области применения промышленных пьезопленок?
Ответ. Области применения промышленных пьезопленок следующие: машиностроение и приборостроение; акустика; оптические приборы; электронные компоненты; робототехника; приборы обеспечения охраны и безопасности; медицинское оборудование; военная техника; транспорт, спортивные товары и товары для отдыха.
Вопрос. В чем состоит пироэлектрический эффект?
Ответ. Пироэлектрический эффект состоит в изменении спонтанной поляризованности диэлектриков при изменении температуры.
Вопрос. Чем отличаются пироэлектрики от сегнетоэлектриков?
Ответ. Пироэлектрики спонтанно поляризованы, но в отличие от сегнетоэлектриков направление их поляризации не может быть изменено внешним электрическим полем.
Вопрос. Какие области применения пироэлектриков?
Ответ. При изменении температуры спонтанная поляризованность изменяется, что приводит к освобождению некоторого заряда на поверхности пироэлектрика, благодаря чему в замкнутой цепи возникает электрический ток. Пироэффект используется для создания тепловых датчиков и приемников лучистой энергии, предназначенных, в частности, для регистрации инфракрасного и СВЧ-излучения.
Диэлектрики
Все вещества по-разному проводят электрический ток. Это объясняется тем, что у каждого вещества свои свойства, свой набор атомов и соответственно молекул. Это влияет на плотность вещества, количество валентных электронов и энергетических уровней.
Электрические диэлектрики. Какие они?
Как нас учили в школе, некоторые вещества плохо проводят электрический ток, а некоторые хорошо. Например, дерево очень плохо проводит, а вот алюминий проводит в разы лучше. Так вот, если вспомнить терминологию, то вещества, проводящие электричество хорошо, называются проводниками, а те, что его проводят плохо, называются… Ну как же их? Ах да, они называются электрическими диэлектриками.
Конечно мы не говорим о том, что они совсем ток не проводят, нет. Они, конечно же являются проводниками, просто сравнительно довольно плохими. Диэлектрики с другой стороны еще и вещества, которые могут довольно долго хранить в себе электрическое поле, причем на это не нужна будет внешняя энергия.
Что будет, если воздействовать извне?
Если приложить к электрическому диэлектрику внешнее электрическое поле, то свободные заряды диэлектрика начнут постепенно нейтрализовывать его. Причем, это будет происходить до тех пор, пока не закончатся электроны или результирующее поле не станет равным нулю.
Чтобы понять то какие вещества вообще могут взаимодействовать с электрическими полями, нам нужно разобраться в таком термине, как электропроводность. Если говорить простым языком, то для взаимодействия с электрическим полем у вещества должна быть довольно низкая электропроводность.
Если мы будем говорить точнее, то удельное сопротивление должно быть сравнимо с 1010 Q-см или даже сильно превосходило это значение.
А откуда берется низкая электропроводность?
Как мы знаем из базовой программы по физике, все вещества состоят из атомов. И эти атомы очень активно взаимодействуют друг с другом. У каждого из них есть свой заряд, и благодаря зарядам атомы так или иначе взаимодействуют.
Однако, как же создается такая низкая электропроводность? Вроде же есть атомы, они как-то там взаимодействуют и ток по ним мог бы идти, но не все так просто. Залогом того, чтобы проводимость вещества была низкой, выступает очень важный факт.
Если при наложении поля электроны, ионы и другие частицы не смогут свободно перемещаться или будут это делать очень плохо, то и электропроводность будет низкая, ведь все будет стоять на своих местах и свободным электронам будет просто некуда деться.
Кристаллическая решетка поможет разобраться
Сейчас в познании электрических диэлектриков нам поможет разобраться кристаллическая решетка. Для того, чтобы термины не казались нам непонятными, давайте их освежим в своей голове. Кристаллическая решетка — это группа таких точек, которые образуются в веществах (а точнее в кристаллах) под воздействием сдвигов (они, кстати, могут происходить из-за воздействия электрического поля. Отлично, вспомнили. Давайте теперь разбираться.
Как мы помним, в атоме, который в данный момент изолирован, энергия электронов не может принимать какие угодно значения. В таком состоянии энергия будет принимать четко обозначенные значение W1, W2, W3 и т.д. Вот, взгляните на график:
Конечно же, каждый из этих уровней будет немного смещен после того, как атомы войдут в состав твердой кристаллической решетки. В итоге зона, в которой будет концентрировать вся энергия будет общей для всей решетки.
Итак, в кристаллической решетке энергия электронов лежит в пределах четко определенных зон и все значения, которые находятся вне этой зоны, запрещены. Это мы поняли. Двигаемся дальше. По принципу Паули каждая зона может вместить в себя ограниченное количество электронов. Сначала электроны будут заполнять нижние уровни, а когда эти ряды заполняться полностью, они будут заполнять верхние ряды.
И вот теперь ключевая мысль, которую нужно понять, чтобы разобраться в том, почему те или иные вещества проводят электрический ток. Раз электроны постепенно заполняют ряды от нижнего к верхнему, то на самом верхнем ряду они либо заполнят этот ряд полностью, либо только частично.
Так вот, при частичном заполнении ряда электроны смогут свободно по нему перемещаться, а значит и будут проводить ток. Бинго! А вот в случае, если электроны все-таки заполнят верхний уровень, то при воздействии электрического поля никаких сдвигов не произойдет и, соответственно, такое вещество можно назвать диэлектриком.
Очень похожая ситуация происходит и с аморфными твердыми телами (ну например янтарь или полиэтилен). По определению, у таких веществ расположение атомов очень случайно, а зоны, общие для всего кристалла просто не могут существовать, а значит они тоже электрические диэлектрики.
Точно, кроме электронов же еще есть ионы, и они тоже могут повлиять на конечную ситуацию. Их тепловое движение состоит в том, что они колеблются где-то около положения равновесия. Однако интересно то, что некоторые из них все же способны вырваться и преодолеть то, что их сдерживает.
Такие ионы можно условно называть свободными. Они перемещаются в места, где потенциальная энергия их будет очень мала. Если мы говорим об электрических диэлектриках (а мы все еще о них говорим), то такие места в плотной кристаллической решетке для них — это узлы.
Так вот, согласно теории Вальтера Шоттки, такое может происходить только тогда, когда некоторое количество узлов в решетке уже занято ионами. В физике часто называют такие узлы “дырками”. Тогда тепловое движение будет сводиться к беспорядочному перескакиванию ионов с одного узла на другой.
Диэлектрик раз и навсегда?
Когда мы называем то или иное вещество диэлектриком, мы должны понимать, что это название довольно-таки условное, ведь при определенном воздействии на вещество оно уже может потерять свойства диэлектрика. Почему так происходит?
Дело в том, что электрический ток воздействует на вещество лишь очень короткий отрезок времени, из-за чего поле в нем тоже возникает ненадолго. Поэтому, даже вещества с очень низким удельным сопротивлением можно тоже считать диэлектриком при определенных условиях.
Хорошим примером будет дистиллированная вода. А вот если напряжение будет очень долго воздействовать на вещество, то его уже можно смело называть проводником. Вот такая магия.
Аморфные диэлектрики. Какие они?
Чем особенны аморфные диэлектрики? Главное, что отличает их от других — это довольно рыхлая структура, а значит очень много пустот внутри и большое пространство, где ионы могут находится в состоянии равновесия. При этом, при переходе от одного равновесного состояния до другого энергия, расходуемая ионом будет всегда разной. В некоторых переходах ион не будет полностью высвобождаться от сдерживающих его сил, поэтому можно его условно охарактеризовать как наполовину связанный этими силами.
Такие переходы будут тратить очень небольшое количество энергии, и перемещаться ион при таких переходах сможет лишь на очень небольшое расстояние. В результате теплового перемещения такие переходы внутри аморфных тел будут встречаться гораздо чаще, ведь они требуют гораздо меньше энергии, чем другие.
Однако, небольшое количество ионов, которые содержат в себе большие запасы энергии, смогут таки преодолевать связывающие их силы и будут перемещаться на сравнительно большие расстояния.
Если провести аналогию с кристаллической решеткой, то как раз эти ионы и можно назвать свободными. Как мы с вами теперь выяснили, в целом такая обстановка при движении ионов в аморфных телах идентична твердым, но с небольшими оговорками.
Помещаем в постоянное поле
Теперь давайте немного отойдем от того, какие вещества могут быть диэлектриками и какие не могут ими быть, тем более что мы уже достаточно хорошо разобрались в этом вопросе.
Давайте попробуем сейчас ответить на такой интересный вопрос: что же будет, если диэлектрик поместить в постоянное электрическое поле? Сначала давайте дадим краткий ответ, а потом уже разберемся в этом вопросе более подробно. Так вот, если поместить диэлектрик в электрическое поле, то заряды диэлектрика, из которых он состоит будут под воздействием некоторых сил, которые будут:
Что будет давать упорядоченное перемещение
При упорядочивании зарядов диэлектрика есть целых два варианта развития событий:
Поговорим о поляризации
Следующий важный термин, о котором пришло время узнать — это поляризация диэлектриков. Дело в том, что процессы смещения зарядов диэлектрика протекают с разной скоростью. Как мы уже сказали ранее, для связанных зарядов время смещения гораздо меньше, а вот другие процессы протекают очень медленно.
При смещении зарядов диэлектрика образуется еще одно поле. Оно как раз и делает главное (внешнее) поле слабее. Как раз явление образования нового поля и называется поляризацией диэлектрика. Теперь давайте углубимся в этот процесс, ведь тут очень много интересных подробностей.
Для начала давайте поймем, почему новое поле появляется именно при смещении. Тут как раз все просто, ведь теперь из беспорядочного состояния диэлектрик становится более упорядоченным — отрицательные заряды теперь расположены левее своих положительных зарядов. Как раз это и создает новое поле.
Проницаемость диэлектрика
А как же измерить, насколько внутреннее поле ослабевает внешнее? Что-ж, здесь все очень просто. Такая мера называется электрическая проницаемость или проницаемость диэлектрика (наверняка вы уже слышали такой термин). Обычно говорят, что проницаемость диэлектрика это постоянная, но на самом деле в связи с тем, что поляризация протекает довольно долго, будем говорить, что эта величина зависит от времени действия внешнего поля.
Как на проницаемость диэлектрика влияет температура?
Но только ли время влияет на электрическую проницаемость. Выясняется, что не только. Оказывается, если увеличить температура, то вместе с этим еще и увеличивается интенсивность теплового движения, а это, как вы понимаете, напрямую влияет на проницаемость диэлектрика. Почему? Все просто: переход в устойчивое состояние становится более сложным, а поэтому диэлектрическая проницаемость с увеличением температуры становится все меньше.
Пробой диэлектрика
Помните мы в данной статье уже говорили о том, что у каждого диэлектрика есть свой предел и что нельзя однозначно называть вещество диэлектриком и нужно рассматривать его в динамике. Так вот, давайте вернемся к этой теме и немного углубимся в нее. Знаете ли вы, что происходит при поляризации?
Дело в том, что при этом явлении начинается такое состояние, называемое стационарным или же квазистанционырным, если воздействие напряжения извне переменное. Такое состояние отличается от обычного тем, что значения поляризации могут очень долго держаться на одном уровне. Вместе с ними стабилизируется и электропроводность.
Если сразу же начать увеличивать напряженность в таком поле, то можно будет очень точно определить тот предел, при котором эта самая стабильность будет резко нарушаться. Сразу же увеличиться ток, электропроводность, а это уже прямой путь из диэлектрика в проводники. Действительно, после этого вещество уже нельзя охарактеризовать, как диэлектрик. Такой процесс перехода диэлектрика в проводники называется пробоем диэлектрика.
Когда мы поняли, что такое пробой, давайте теперь поймем, как можно легко определить, в какой момент пробой диэлектрика происходит. Как мы можем понять, временной порог пробоя может зависеть от температуры, агрегатного состояния вещества и многих других факторов, тут важно другое. Давайте разберем основные случаи пробоя, их всего лишь два, поэтому не пугайтесь:
Поле в диэлектрике
Как мы уже поняли, поле в диэлектрике направлено ровно против внешнего электрического поля. Но этих знаний нам не хватит, чтобы хорошо разбираться в диэлектриках.
Поэтому давайте немного углубимся в эту тему. Напомним, что поляризация диэлектрика — это когда заряды перенаправляются так, что минусы смотря в одну сторону, а плюсы — в другую. Так вот, давайте же разберемся в видах поляризации.
Деформационная (или же электронная)
Этот вид поляризации интересует нас больше всего. Стоит отметить, что такая поляризация характерна для веществ, состоящих из неполярных молекул, то есть у которых нет дипольных моментов. Что происходит? Все просто — главное, что нужно понять, это то, что смещаются электронные оболочки. При этом, положительно заряженные атомные ядра смещаются по направлению к внешнему полю, а отрицательно заряженные электронные оболочки — против поля.
Дипольная (или же ориентационная)
Это один из наиболее распространенных видов поляризации. Однако здесь все с точностью до наоборот. Здесь уже меняют ориентацию диполи. Здесь все еще просто — когда поле снаружи не воздействует на вещество, порядок у диполей абсолютно хаотичен, но когда внешнее поле начинает воздействовать на вещество, то абсолютно все диполи разворачиваются положительной стороной к полю, которое на него воздействует. Как мы уже разбирались выше, стабильность положения диполей определяется напряженностью поля и температурой вещества.
Ионная
Да, этот вид поляризации мы тоже не забыли. Здесь речь идет о смещении положительной решетки ионов. Они расположатся вдоль поля, а отрицательные — против.
Так почему же в самом начале мы сказали, что нас больше всего будет интересовать именно первый вид поляризации, если мы будет рассматривать положительные заряды? Все просто. Положительные заряды играют какую-то роль только при таком воздействии внешнего поля на вещество. Поэтому можете считать, что вы уже знаете о них все, что нужно.
Плоский диэлектрик
Почему-то многие иногда называют диэлектрик внутри плоского конденсатора. Быть может, так его называть просто удобнее. На самом деле, плоский конденсатор — это очень интересное устройство, поэтому поговорим о нем и о его диэлектрике (плоском диэлектрике раз уж на то пошло).
Раз уж мы говорим о конденсаторе, то давайте сразу же научимся определять его емкость (или же емкость диэлектрика). Для этого воспользуемся этой прекрасной формулой:
Давайте поймем, что здесь означает каждая из букв. S — это, очевидно, площадь обкладок данного плоского конденсатора. Буква d обозначает расстояние между обкладками, а остальные две переменные — это диэлектрическая проницаемость диэлектрика (плоского диэлектрика) и электрическая постоянная (если кто-то из вас подзабыл, 8,854 пФ/м)
Странно, но сейчас плоские конденсаторы встречаются очень редко. Возможно, это связано с пленочными технологии, которые настолько микроскопически, что делать их довольно сложно и дорого.
Почему плоский с конденсатор с диэлектриком не могут друг без друга?
Ответ на этот вопрос не так уж сложен. Все дело в том, что от диэлектрика зависит самый важный и основной элемент в плоском конденсаторе — его емкость. Давайте поговорим о том, как это работает. Как мы знаем, аморфное вещество состоит из диполей, которые, в свою очередь, укреплены на своих местах и хаотично ориентированы.
Когда поле извне воздействует на это самое аморфное вещество, диполи разворачиваются вдоль силовых линий это внешнего поля. При этом, поле ослабевает, а заряд постепенно накапливается, пока поле не перестанет действовать. И так длится цикл за циклом. Именно поэтому плоский конденсатор с диэлектриком можно рассматривать только вместе.
Как не путать проводники и диэлектрики
До этого мы с вами очень подробно рассмотрели диэлектрики, узнали, как они работают, как устроены внутри. Теперь же давайте узнаем, как они используются в реальной жизни и как не спутать их с проводниками.
Где применяются диэлектрики
Диэлектрики применяются во многих сферах жизни, а именно в тех, где нужен электрический ток.
Особенно активно их используют в сельском хозяйстве, промышленности и приборостроении.
Твердые диэлектрики
Диэлектрики бывают разные. Например, твердые диэлектрики могут обеспечивать безопасность приборов, работающий на электричестве. Они являются хорошими изоляторами тока, а значит очень сильно влияют на долговечность этих приборов. Одним из примеров можно назвать диэлектрические перчатки.
Жидкие диэлектрики
А вот диэлектрики жидкие нужны немного для другого. Они то используются в конденсаторах, кабелях, системах охлаждения с циркуляцией воздуха и во многих других приборах.
Газообразные диэлектрики
Также существуют и газообразные диэлектрики, хоть они и не так популярны в наши дни. Эти диэлектрики создала сама природа. Например, водород используется для мощных генераторов, у которых просто запредельная теплоемкость, а вот азот помогает по максимуму сократить окислительные процессы. Самым же простым примером газообразного диэлектрика мы считаем воздух. Да-да, это тоже диэлектрик, причем еще и тепло может отводить.
