Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 1 (3-е изд., 1986) (1152095), страница 12
Текст из файла (страница 12)
если включении имеют выступы с малым радиусом закругления («эффект острина), Если включения имеют форму цилиндров, то наибольшие значения й получаются в точках А и В при расположении оси цилиндра перпендикулярно силовым линиям равномер. ного поля, существовавшего до введения включений (рис. 2.16). При этом 2т й= (2.
47) т — у(т — 1)+1 где у — объемная концентрация включений. На рис. 2.17 представлены графики значений й в функции у при различных т; при больших у формула (2.47) становится неточной. Если у Общие сзойсгэа злеигроизоляииониых материалов Равд. 2 весьма мало, то формула (2.47) преобразуется в формулу А= 2гв (2.47') т+1 наибольшее возможное значение В нз формулы (2.47') при ш, стремящемся к бесконечности, равно В ««2, т. е. цилиндрическое включение с весьма высокой е. способно создать удвоение напряженности электрического поля, Епге ббльшую степень неоднородности поля создают шаровые включения; при весьма малом у формула для шаровых включений, аналсгичкая формуле (2.47) для цилиндрических включений, имеет вид: й= йга (2А7") а+2 т.
е, при лг-гео шаровое включение способно создать утроение напряженности. Значения диэлектрической проницаемости е, и магнитной проницаемости р, (см. т. Н1 Справочника) определяют условии распространения электромагнитной золны в веществе. Фазовая скоросш распространения электромагнитной волны в веществе, и/с, равна согласно теории Максвелла о = с/)г е„р„, (2.48) где с — скорость света в вакууме. Лояазателэ иреломгекия светя а= — = У згрг ° (2. 48') о Уравнения (2.48) и (2,48') действительны лишь длн электронного механизма поляризация н отсутствия диэлектрических потерь (см. ниже). Вводя значение иагиитиой постоянной (см. с. 15) ра — — 4п 10-т Гн/и ш 1,257 10-г Гн7м и учитывая, что ге рг — — !/с«, можно переписать уравнение (2.48) в виде: 1 о= (2 48«) 1' кзз,р~р, Произведение р«!г„называетсл абсолютной магнитной ироиицаемостью аналогично терми- П 07 фУ ЯХ 87 У Рнс. 2.17.
Зависимости коэффициента неравномерности поля и от объемной концентрации цилиндрических включений при различных зна- чениях отношений ш=з,зге„по формуле (247). ну «абсолютная диэлектрическая проницаемосты для произведения зге,. Таким образом, при входе из вакуума в диэлектрик с параметрами в, н р, электромагнитная волна снижает свою скорость в а= г' в„р, раз. Соответственно уменьшает-. ся и длина волны А=о!1 по сравнению с длиной волны в вакууме Хе=с!Т (здесь 1 — частота, Гц). Волновое сонротизление диэлектрика Х, Ом, т. е. отношение амплитуд взаимно перпендикулярных векторов напряженностей электрического и магнитного полей волны Х=Е!Н, 2 = 1 — . (2.49) й' вг ег Для большинства диэлектриков можно полагать м„=1, почему формулы (2.48) — (2.49) упрощюотся и прннюнают вид: о= су)ге; а= )гьз„; Я =)7р~в~в .
(2.50) Для вакуума не только Р, 1, но н е, 1. твк что ог= с; н,=1; Яс= = $' р 7е нз 378,73 Ом 120п Ом. Диэлектрические проницаемости различных веществ существенно различаются. Значение з, газов близко к единице (так, для воздуха при нормальных термодинамических условиях давления и температуры з, — 1,00058) и прн ориентировочных расчетах принимается равным единице.
Для большинства практически применяемых жидких и твердых электроизоляциовных материалов в, порядка нескольких единнц,- реже — нескольких десятков и весьма редко более 100. Некоторые сегнетоэлектрики [см. т. П1 Справочника) в определенных условиях' могут иметь весьма высокие значения е,— порядха тысяч н даже десятков тысяч. Физическая сущность поляризации диэлектриков. В то время как.ток проводимости (утечки) существует все время, пока к диэлектрику приложено извне постоянное напряжение, емкостный ток возникает лишь при ивменении значения приложенного напряжения. Как уже отмечалось, в участке диэлектрика с емкостъю С, находящемся под воздействием (спецнальнога) синусоидзльного напряжения О, В, емкостный ток также синусоидальный и его действующее значение определяетсн формулой (2.21).
Существует большое число различных физических механизмов поляризации. Отметим нз ннх лишь некоторые, наиболее тИпичные. Электролиза поляризация — смещение орбит электронов относительно атомных ядер. Электроннан поляризация устанавливается при наложении внешнего электрического поли за чрезвычайно короткое время (порядка 10-'г с). Она наблюдается у всех диэлектриков (независимо от возможного назичия в них и других видов поляризации). Ионнал поляризация (у диэлектриков ионного строения) — смешение относительно друг друга ионов, образующих молекулу.
Эта поляризация протекает за промежутки времени, большие. чем электронная, ио все же весьма малые (порядка.10-'г с), Поляризация диэлектриков Та блиц а 2.1. Значения показателей преломления света и и относительной диэлектрической проницаемости в, различных диэлектриков ! Агрегатное состоявяе и и Диэлектрик Нгполярпые диэлектрики Гелий Не Водород Нэ Кислород Оз Амп 'эз Втилеи СзНз 1,000035 1,00014 1,00027 1,00030 !,00065 Газообразное 1,000070 1,00!В8 1,00054 1,00060 1, 00130 1,000072 1, 00027 1, 00055 1,00060 1,'00138 1,46 1,50 1,50 Тетраформ СС1« Вензал С«Н« Толуол С«Н« 2,10 2,40 3,69 5,76 Парафин Палистирол Сера Алмаз 2,2 2,6 2,8 5,7 Твердое 1,44 1,55 1,92 2,40 Полярные газы и жидкости и ионные кристаллы 1,00018 1,446 1,0003ь 2,09 1,00072 Аммиак !4Нз Хлрфр СНС1 Газообразное 1,523 1,333 10,! 81 2,33 1,78 Ионохлорбензол Ссн»С( Вода НзО !.
:1 Хлористый натрий ИаС1 Кальцнт СаСОз Глет Р)70 Рутил ТГОз 2,37 2,78 6,76 7,3 6,0 6,1 110* Твердое ° Полэкрвстзяяячсскяа рттяя, "я«рэлясяьяо гзаэаоа яристаяяографв««сказ сея ег 1тэ. Дипольпол поляррзсция — поворот («ориентация») дипольных молекул в полярных диэлектриках. Она принадлежит к числу «медленных» вццов поляризации; время установления ее значительно больше, чем время установления ионной поляризации. Обычно время поляризации оценивается по времени релаксации, т. е. постоянной времени з процесса уменьшения индуцированного электрического момента Хр неноторого объема диэлектрика, протекающего по экспаненциальному закону: ХР = Хра ехр ( — Нт), (2.51) где Хрэ — злектрический момент в момент времени 1=0.
соответствующий снятию напряжения с диэлектрика, Медленные виды полнризации иногда называются релаксационными; они связаны с необратимыми затрвтамн электрической энергии в диэлектрике (см. $ 2.4). У неполярных диэлектриков однородной структуры может чисть место лишь электронная полнризация.
Эти диэлектрики имеют сравнительно малую в, (например, для жидких и твердых углеводородов е, в пределах от 1,9 до'28). Для этих дизлентрнков должна соблюдаться связь е,=нз согласно формуле (2.50). При наличии ионной поляризации е (пз. В полярных диэлектриках, когда возможна «ориентационная» иоляризация, также набюо. дается превышение в, нвд пэ. Примеры даны в табл. 2.1 (для веществ при нормальных условиях давления и температуры, при низкой частоте).
Диэлектрическая проницаемость полярного вещества тем больше, чем больше постоянный электрический (дипольный) момент молекулы (см. выше) и чем меньше размеры молекулы. Так, весьма большое значение е, воды объясняется большим постоянным моментом молекулы и малой молекулярной мессой. Все спирты имеют првктячестщ одинаковый постоянный дипольяый момеят молекулы, равный приблизительно 5.10-«э Кл м, создаваемый наличием гидраксильной группы — ОН; но при увеличении молекулярной массы, т. е. при увеличении углеводородного остатка спирта.
е, уыеньшается. Так, лля метилового спирта СН»ОН значение е,=34; для этилового спирта СэН«ОН е,=26 и для пропилового спирта СэН,ОН в,= =22. Зависимость з, ог «астогы ! пряяажгпнозп напряжения. Твк как время установления электронной поляризации несьма мало (см. выше), то даже при наиболее высоких частотах, применяемых в современной электротехнике и радиоэлектронике, поляризация неполярных диэлектриков успевает полностью установиться за время, которое пренебрежимо мало по сравне.- нию с полупериодом переменного напряженяз. Обп)ис свойства злекгронзаллцпонньи материалов Е„ 3 Ез Я,В яе 70 10з 70У )О' 707 Тц ~0 фз .-Ва -20 Ркс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
