Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Какие неполярные диэлектрики применяются в качестве изоляционныхматериалов?Ответ. Примером неполярных диэлектриков, применяемых в качествеэлектроизоляционных,являютсяуглеводородныематериалы,нефтяныеэлектроизоляционные масла, полиэтилен, полистирол.Вопрос. Какие диэлектрики называются полярными?Ответ. Полярные диэлектрики (дипольные) состоят из полярных молекул,обладающих электрическим моментом.
В таких молекулах из-за их асимметричногостроения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают.Вопрос. Какие полярные диэлектрики Вы знаете?Ответ. К полярным диэлектрикам относятся фенолоформальдегидные иэпоксидные смолы, кремнийорганические соединения, хлорированные углеводороды идр.Вопрос. Назовите виды поляризации для ионных соединений.Ответ. Ионные соединенияпредставляют собой твердые неорганическиедиэлектрики с ионным типом химической связи.
Для них характерны кромеэлектронной, ионная и электронно-релаксационная поляризации.Вопрос. В каких материалах наблюдаются только быстрые виды поляризации?38Ответ. Быстрые виды поляризации наблюдаются в кристаллических веществах сплотной упаковкой ионов. К ним относятся каменная соль, кварц, слюда, корунд и др.Вопрос.
В каких материалах наблюдается ионно-релаксационная поляризация?Ответ. Кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой ионов в решеткеимеют ионно-релаксационную поляризацию. К ним относятся неорганические стекла,электротехнический фарфор, ситаллы, микалекс.Вопрос. В чем состоит физическая сущность электронной поляризации?Ответ. Электронная поляризация - смещение электронного облака относительноцентра ядра атома или иона в результате чего возникает электрический момент,исчезающий после окончания действия электрического поля.
Наблюдается во всех безисключения диэлектриках.Вопрос. В чем состоит физическая сущность ионной поляризации?Ответ. Ионная поляризация - наблюдается в веществах с ионной химическойсвязью и проявляется в смещении друг относительно друга разноименно заряженныхионов.Вопрос. В чем состоит физическая сущность релаксационной поляризации?Ответ. Релаксационные (замедленные) виды поляризации - проявляются в газах,жидкостях и твердых диэлектриках в том случае, если они состоят из полярныхмолекул, диполей или молекул, имеющих отдельные радикалы или части (сегменты),обладающие собственными электрическими моментами.Вопрос. Какие виды релаксационных поляризаций для твердых диэлектриков Вызнаете?Ответ.
В твердых диэлектриках возможны различные разновидностирелаксационных поляризаций, связанные, главным образом, с химическим составом,структурой и типом дефектов поляризации: электронно - релаксационная; ионно релаксационная; миграционная; спонтанная.Вопрос. В чем состоит физическая сущность дипольной поляризации?Ответ. Дипольную поляризацию часто называют ориентационной, так как онапроявляется в появлении некоторой упорядоченности в расположении полярныхмолекул, совершающих хаотические "тепловые" движения под действиемэлектрического поля. При дипольно-радикальной или дипольно-сегментальнойполяризации в некоторых полярных полимерах под действием поля происходитопределенное упорядочение полярных радикалов или более крупных частеймакромолекул - сегментов.Вопрос. Объясните характер зависимости диэлектрической проницаемости оттемпературы для полярной жидкости.Ответ. При низких температурах ориентация молекул электрическим полемзатруднена, поэтому диэлектрическая проницаемость невелика.
При повышениитемпературы из-за уменьшения вязкости ориентация молекул облегчается, что приводит39к увеличению интенсивности дипольно-релаксационной поляризации и резкому ростудиэлектрической проницаемости, которая, после достижения максимума, уменьшается,приблизительно обратно пропорционально температуре за счет роста тепловогодвижения молекул, препятствующего упорядочению полярных молекул (диполей).Вопрос. Объясните характер частотной зависимости диэлектрическойпроницаемости для полярных диэлектриков.Ответ. С увеличением частоты в области низких частот диэлектрическаяпроницаемость полярных диэлектриков остается постоянной до тех пор, пока времярелаксации дипольных молекул остается меньше полупериода электрического поля(1/2f), т.е. за это время диполи успевают полностью упорядочиться в направлении поля.При дальнейшем росте частоты, когда время полупериода становится меньше временирелаксации, которое от частоты не зависит, диэлектрическая проницаемость начинаетуменьшаться вплоть до значений, определяемых электронной поляризацией.Вопрос.
В каких материалах наблюдается ионно-релаксационная поляризация?Ответ. Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в диэлектриках с ионнымтипом химических связей, например в неорганических стеклах, имеющих неплотнуюупаковку ионов.Вопрос. В чем состоит физическая сущность ионно-релаксационной поляризации?Ответ. Слабо связанные ионы вещества под действием приложенногоэлектрического поля среди хаотических тепловых перебросов получают избыточныеперебросы в направлении поля, и смещаются на расстояния, существенно превышающиевеличину смещения ионов при упругой ионной поляризации.Вопрос.
В чем состоит физическая сущность миграционной поляризации?Ответ. Миграционная поляризация наблюдается в неоднородных диэлектриках,имеющих проводящие и полупроводящие включения, слои с различной проводимостьюи т.п. При внесении неоднородных диэлектриков в электрическое поле свободныезаряды смещаются и концентрируются на граничных слоях включений, вприэлектродных слоях и т.д., образуя пространственные заряды, поле которых внешнепроявляет себя как "дополнительный" механизм поляризации.Вопрос. Для каких материалов характерна электронно-релаксационнаяполяризация?Ответ. Электронно-релаксационная поляризация характерна для твердыхдиэлектриков, содержащих дефекты или примесные ионы, способные захватыватьэлектроны. Этот вид поляризации существенную роль играет в поликристаллическойкерамике типа рутила TiO2, перовскита CaTiO3, в керамических материалах,изготовленных на основе сложных оксидов титана, циркония, ниобия, тантала, свинца,церия, висмута, имеющих важное техническое значение.Вопрос.
Что называют сегнетоэлектрическими материалами?Ответ. Сегнетоэлектрики обладают спонтанной поляризацией - наличием у нихдоменной структуры - взаимосвязанных микрообластей, в пределах которых векторы40поляризации структурных ячеек имеют одинаковое направление и характеризуютсявысокими значениями диэлектрической проницаемости (до 1000-100000).41Потери в диэлектрикахОпределение потерь. Потери в постоянном ипеременном электрическом поляхДиэлектрические потери — та часть энергии электрического поля, котораярассеивается в диэлектрике в виде тепла.
Нагрев диэлектрика в постоянномэлектрическом поле зависит от значений удельных объемного и поверхностногосопротивлений (или удельной проводимости). Если известно сопротивлениедиэлектрика в Омах, то потери мощности Р в нем в ваттах можно подсчитать поизвестному соотношению P = U2/R , где U - напряжение в вольтах.
Для сопоставленияпотерь различных материалов лучше пользоваться удельными потерями, которыедля единичного объема диэлектрика в виде куба со стороной 1 м будут определятьсяпо формулеPуд =E /ρ или Pуд = E22γ, Вт/м3,где E − напряженность электрического поля, В/м;ρ − удельное электрическое сопротивление, Ом.м;γ − удельная электрическая проводимость, Ом-1м-1.В переменном электрическом поле диэлектрические потери (диэлектрическоепоглощение) связаны в основном с процессами установления поляризации.Упругие, быстропротекающие виды поляризации - электронная и ионнаявызывают поглощение энергии электрического поля на частотах инфракрасного иультрафиолетового диапазонов, когда частоты собственных колебаний ионов иэлектронов совпадают с частотой электрического поля.
Основным источникомдиэлектрических потерь в широкой области радиочастот в большинстве случаевявляются релаксационные виды поляризаций, связанные с тепловым движением ионов,электронов и полярных молекул, радикалов, доменов или объемных зарядов,локализованных на неоднородностях.При рассмотрении потерь на переменном напряжении закономерностиполучаются более сложные, чем на постоянном напряжении. Когда говорят одиэлектрических потерях, то, обычно, имеют в виду потери при переменномнапряжении.Тангенс угла диэлектрических потерь, схемы замещениядиэлектрикаВ электрическом конденсаторе с идеальным диэлектриком, т.е. диэлектриком безпотерь, вектор тока Ic опережает вектор напряжения на 90o.
В реальных диэлектрикахугол между током, протекающим через емкость, и напряжением меньше 90o за счетпотерь, которые вызывают протекание активного тока Ia, совпадающего по фазе снапряжением. Векторные диаграммы и схемы замещения для идеального диэлектрикаи диэлектрика с потерями показаны на рисунке 3.1.42Рис. 3.1. Схемы замещения и векторные диаграммы:- идеального диэлектрика а);- диэлектрика с потерями б), в);б) – параллельная схема; в) последовательная схемаЭлектрическая схема замещения диэлектрика с потерями (например, потерямина сквозную электропроводность) может быть выбрана из параллельно илипоследовательно соединенных емкости и активного сопротивления.Угол δ, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением до 90o,называется углом диэлектрических потерь.Из векторной диаграммы для параллельной схемы замещения диэлектрикатангенс этого угла равен отношению активного и реактивного токовtgδ = Ia/Icили отношения активной мощности Ра к реактивной Рс tgδ= Ра/Рс.Иногда для характеристики устройства с диэлектриком определяют добротность,параметр обратный тангенсу угла диэлектрических потерь:Q = 1/tgδ= ctgδ = tg ϕМатериалы, применяемые на повышенных частотах и при высоких напряженияхимеют значения tgδв пределах 10-3 - 10-4,низкочастотные диэлектрическиематериалы — полярные диэлектрики, обычно 10 - 10-2, а слабополярные - до 10-3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
