диэлектрики2 (Материалы на тему диэлектриков. Шпоры, короче)

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Реальный (технический) диэлектрик тем более приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем слабее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением, теплоты.

При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов.

Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, т.е. с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.

Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.

В зависимости от влияния напряженности электрического поля на значение относительной диэлектрической проницаемости материала все диэлектрики подразделяют на линейные и нелинейные.

Для линейных диэлектриков с малыми потерями энергии зависимость заряда конденсатора от напряжения (переменной полярности) имеет вид прямой; для нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) в этих условиях зависимость заряда от напряжения принимает форму петли гистерезиса (см. рис. далее).

Неполярными диэлектриками являются газы, жидкости и твердые вещества в кристаллическом и аморфном состояниях, обладающие в основном только электронной поляризацией. К ним относятся водород, бензол, парафин, сера, полиэтилен и др.

Полярные (дипольные) диэлектрики — это органические жидкие, полужидкие и твердые вещества, имеющие одновременно дипольно-релаксационную и электронную поляризации. К ним относятся нитробензол, кремнийорганические соединения, фенолформальдегидные смолы, эпоксидные компаунды, хлорированные углеводороды, капрон и др.

Эквивалентная схема (а) и частотная зависимость составляющих комплексной диэлектрической проницаемости (б) диэлектриков сложного состава с различными механизмами поляризации.

 

Упрощенная схема моделей атомов водорода

 

Кривые температурной зависимости диэлектрической проницаемости при электронной eэ, дипольно-релаксационной eдр и ионно-релаксационной eир поляризациях

 

Идеализированная схема расположения ионов каменной соли: а—в узлах решетки в отсутствие электрического поля, б — смещенные из узлов на небольшие расстояния при воздействии поля.

 

Зависимости заряда конденсатора от напряжения для линейных диэлектриков (а) и для сегнетоэлектриков (б) (по осям абсцисс отложены U и Е=U/h, по осям ординат Q, D=Q/S и e)

 

Диэлектрическая проницаемость глицерина при различных частотах и температурах

 

значения диэлектрической проницаемости некоторых неполярных твердых диэлектриков (при Т=20°С).

Материал	n	n2	e	Материал	n	n2	e
Парафин	1.43	2.06	1.9-2.2	Сера	1.92	3.69	3.6-4.0
полистирол	1.55	2.40	2.4-2.6	алмаз	2.40	5.76	5.6-5.8

 

диэлектрическая проницаемость и ее температурный коэффициент для некоторых ионных кристаллов (при Т=20°С).

кристалл	e	ae×106, К-1	кристалл	e	ae×106, К-1
Каменная соль (NaCl)	6	+150	Рутил (TiO2)	110	-750
Корунд (Al2O3)	10	+100	Титанат кальция (CaTiO3)	150	-1500

 

Зависимости емкости и плотности тока от времени в конденсаторе с диэлектриком, обладающим различными механизмами поляризации и сквозной электропроводностью (электрическое поле прикладывается мгновенно и в дальнейшем с течением времени не изменяется); SСр — емкость, обусловленная замедленными (релаксационными) поляризации; Смгн — емкость от мгновенных механизмов поляризации

 

Эскиз размещения электродов (1) на поверхности образца из электроизоляционного материала (2) при измерении rs

 

Зависимость тока от напряжения для газа

 

Параллельная (а) и последовательная (б) эквивалентные схемы диэлектрика с потерями и векторные диаграммы для них

 

Частотные (а) и температурные (б) зависимости потерь на электропроводность

 

Особенности релаксационных потерь в диэлектриках

 

Изменение tgd в зависимости от напряжения для твердой изоляции с газовыми включениями

 

Частотная и температурная зависимости тангенса угла диэлектрических потерь для неорганического стекла: 1 — потери на электропроводность; 2 — релаксационные потерн; 3 — суммарные потери

 

Вольтамперная характеристика электрической изоляции

 

Зависимость пробивного напряжения от произведения давления газа р на межэлектродное расстояние h для воздуха и водорода.

 

Пробой воздуха на переменном токе: а – отношение пробивного напряжения воздуха при заданной частоте к пробивному напряжению на постоянном токе; б – диаграмма, поясняющая особенности ионизации газа в переменном поле.

 

Зависимости пробивного напряжения воздуха от расстояния между электродами в неоднородном поле (а) и модель объемного заряда в разрядном промежутке при положительной (б) и отрицательной (в) полярности на игле

 

Пояснение к расчету пробивного напряжения при тепловом пробое