2. Диэлектрики.

   1. Характерные особенности диэлектриков.

• ΔW>3 эВ;

• Огромное удельное сопротивление. Ρ=10⁸..10¹⁸ Ом∙м;

• Огромное тепловое сопротивление;

• Свойство поляризоваться и образовывать тем самым электрическую ёмкость.

2. Области применения диэлектриков.

1. Д

   Рисунок 2.2

   Рисунок 2.1

   ля создания электрической изоляции между проводниками, находящимися под различными потенциалами.

I_кз>>I_ном – аварийный режим.

2. Для создания ёмкости в электрических конденсаторах. Электрический конденсатор – это устройство с сосредоточенной ёмкостью С. ; S – площадь обкладок конденсатора, h – толщина диэлектрика между обкладками. А также распределения ёмкости между проводами (в линиях электропередач, кабелях, между витками катушек т.д.)

3. Для термоизоляции

4. В

   Рисунок 2.3

   других устройствах (сегнетоэлектрики /вариконды С=f(U)/, тонкоплёночные диоды, кварцевые транзисторы и т.д.)

3. Электрические характеристики диэлектриков.

   Характеристика	Описание	Единицы измерения
   ε	Диэлектрическая проницаемость	-
   ρv	Удельное объёмное сопротивление	Ом∙м
   ρs	Удельное поверхностное сопротивление	Ом
   tgδ	Тангенс угла диэлектрических потерь	-
   Епр	Пробивная напряжённость электрического поля, электрическая прочность

4. Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая прочность.

Поляризация диэлектриков – это упругое смещение связанных зарядов или ориентация диполей под действием электрического поля.

Связанные заряды могут смещаться в пределах молекулы и образовывать ток смещения под действием электрического поля.

Ток смещения (поляризации) – направленное смещение связанных зарядов.

Свободные заряды могут перемещаться на значительные расстояния и образовывать ток проводимости. В диэлектриках он называется сквозной ток.

Сквозной ток, ток проводимости – направленное движение свободных зарядов.

В диэлектриках сквозной ток образуют ионы примесей или слабозакреплённые ионы самого диэлектрика.

В металлах и полупроводниках электрический ток образуют свободные электроны. В диэлектриках – ионная проводимость.

При поляризации связанные заряды как бы «обнажаются», скапливаются у электродов с противоположным зарядом.

П

Рисунок 2.4

ри поляризации образуется внутреннее электрическое поле, направленное против внешнего электрического поля. Оно называется электрическим смещением:

– абсолютная диэлектрическая проницаемость.

ε_а=const – для диэлектриков (искл. сегнетолэлектрики).

– относительная диэлектрическая проницаемость, показывает во сколько раз ε_а>ε₀.

ε₀ – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (ε₀=8,86∙10^-12 Ф/м).

– вакуумный конденсатор.

­– показывает во сколько раз увеличивается ёмкость конденсатора, если вместо вакуума использовать диэлектрик .

1. Виды поляризаций.

Мгновенная поляризация подразделяется на электронную и ионную.

τ_мгн≈0; τ­_мгн=10^-16..10^-13с. Диэлектрики высокочастотные. Потери энергии на поляризацию примерно равны нулю Р_а=0.

Замедленная (релаксационная) поляризация подразделяется на дипольную, ионную и структурную.

τ_зам>>τ_мгн.

Замедленная поляризация сопровождается потерями энергии на поляризацию, которая выделяется в виде тепла. Диэлектрики с такой поляризацией низкочастотные.

Электронная поляризация – это упругое смещение электронов и деформация электронных оболочек. Под действием напряжённости электрон вращается по эллипсоидной орбите, возникает дипольный электрический момент.

Электронная поляризация в чистом виде характерна для нейтральных диэлектриков, у молекул которых дипольный электрический момент равен нулю при отсутствии электрического поля. Это высокочастотные диэлектрики, tgδ<0.001 (полиэтилен, полистерол, фторопласт4, полипропилен, полиизобутилен). К высокочастотным диэлектрикам относятся также воск, парафин и др.

Ионная поляризация – это упругое смещение ионов. Характерна для диэлектриков ионного строения.

Дипольно-релаксационная поляризация характерна для диэлектриков, молекулы которых обладают дипольным электрическим моментом. Это, прежде всего, полярные диэлектрики.

Под действием внешнего электрического поля происходит ориентация, поворот диполей.

Дипольно-релаксационная поляризация нарастает и убывает замедленно, сопровождается потерями на поляризацию. Такие диэлектрики низкочастотные.

Релаксация – ослабление.

Диполь – релаксация – ориентация диполей под действием электрического момента.

P=ql

Под действием электрического поля диэлектрики делятся на

- нейтральные /при Е=0 Р=0 (водород, газы, полиэтилен, полистирол, пенопласт4) /

- нейтральные высокочастотные tgδ<0.001

- слабополярные

- полярные

Ионно-релаксационная поляризация – избыточный переброс ионов под действием напряжённости электрического поля на расстояние больше кристаллической решётки.

Структурная поляризация – у материалов неоднородной структуры, с наличием полупроводящих примесей, значительные потери на поляризацию.

Спонтанная – у сегнетоэлектриков, имеющих домены макрообласти обладающие электрическим моментом – ΔМ , под действием напряжённости электрического поля электрические моменты доменов ориентируются в направлении внешнего электрического поля (очень сильный эффект поляризации). εmax до10.000, ε=f(E).

Электреты – отдельная группа материалов – диэлектрики у которых смещение под действием постоянного напряжения сохраняются длительное время смещение и заряд при отсутствии внешнего поля.