DIELEKTRI?NI Supstance koje slabo provode elektri?nu energiju. Termin "dielektrik" uveo je M. Faraday za ozna?avanje tvari u koje prodire elektrostati?ko polje. Kada se stavi u elektri?no polje bilo koje supstance, elektrona i atomska jezgra do?ivljavaju snage iz ovog polja. Kao rezultat toga, dio naboja se kre?e u smjeru, stvaraju?i elektri?nu struju. Preostala naelektrisanja se preraspodijele tako da se "centri gravitacije" pozitivnih i negativnih naboja pomjere jedan u odnosu na drugi. U potonjem slu?aju se govori o polarizaciji materije. Ovisno o tome koji od ova dva procesa (polarizacija ili elektri?na provodljivost) prevladava, tvari se dijele na dielektrike (svi nejonizirani plinovi, neke teku?ine i ?vrste tvari) i provodnike (metali, elektroliti, plazma).

Elektri?na provodljivost dielektrika je veoma niska u pore?enju sa metalima. Elektri?na otpornost dielektrika je 10 8 -10 17 Ohm cm, metala - 10 -6 -10 -4 Ohm cm.

Klasi?na fizika poku?ala je kvantitativnu razliku u elektri?noj vodljivosti dielektrika i metala objasniti ?injenicom da u metalima postoje slobodni elektroni, dok su u dielektricima svi elektroni vezani (pripadaju pojedina?nim atomima) i elektri?no polje ih ne otkine, ali ih samo malo pomjera.

Kvantna teorija ?vrsto telo obja?njava razliku u elektri?nim svojstvima metala i dielektrika razli?itom distribucijom elektrona po energetskim nivoima. U dielektricima, gornji energetski nivo ispunjen elektronima poklapa se sa gornjom granicom jednog od dozvoljenih pojaseva (kod metala se nalazi unutar dozvoljenog pojasa), a najbli?i slobodni nivoi su odvojeni od onih ispunjenih pojasom, koji elektroni ne mo?e savladati pod dejstvom ne previ?e jakih elektri?nih polja (vidi Zona pojasa).teoriju). Djelovanje elektri?nog polja svodi se na preraspodjelu elektronske gusto?e, ?to dovodi do polarizacije dielektrika.

Polarizacija dielektrika. Mehanizmi polarizacije dielektrika zavise od prirode hemijske veze, odnosno distribucije elektronske gustine u dielektricima. U ionskim kristalima (na primjer, NaCl), polarizacija je rezultat pomaka jona jedan u odnosu na drugi (jonska polarizacija), kao i deformacije elektronskih ljuski pojedinih jona (elektronska polarizacija), tj. suma ionskih i elektronske polarizacije. U kristalima sa kovalentna veza(na primjer, dijamant), gdje je gustina elektrona ravnomjerno raspore?ena izme?u atoma, polarizacija je uglavnom posljedica pomaka elektrona koji vr?e hemijska veza. U takozvanim polarnim dielektricima (na primjer, ?vrsti H 2 S), grupe atoma su elektri?ni dipoli, koji su nasumi?no orijentirani u odsustvu elektri?nog polja, i dobivaju preferencijalnu orijentaciju u polju. Ova orijentacijska polarizacija je tipi?na za mnoge te?nosti i gasove. Sli?an mehanizam polarizacije povezan je sa "skokom" pod dejstvom elektri?nog polja pojedina?nih jona iz jednog polo?aja ravnote?e u re?etki u drugi. Posebno ?esto se takav mehanizam uo?ava u tvarima s vodikovom vezom (na primjer, led), gdje atomi vodika imaju nekoliko ravnote?nih polo?aja.

Polarizaciju dielektrika karakterizira vektor polarizacije P, koji je elektri?ni dipolni moment po jedinici volumena dielektrika:

gdje je p i - dipolni momenti ?estica (atoma, jona, molekula), N - broj ?estica po jedinici volumena. Vektor P zavisi od ja?ine elektri?nog polja E. U slabim poljima R = e 0 kE. Koeficijent proporcionalnosti k naziva se dielektri?na osjetljivost. ?esto se umjesto vektora P koristi vektor elektri?ne indukcije (1)

gdje je e permitivnost, e 0 je elektri?na konstanta. Vrijednosti k i e su glavne karakteristike dielektrika. U anizotropnim dielektricima (na primjer, u nekockastim kristalima), smjer P je odre?en ne samo smjerom polja E, ve? i smjerom osi simetrije kristala. Stoga ?e vektor P praviti razli?ite uglove sa vektorom E, u zavisnosti od orijentacije E u odnosu na ose simetrije kristala. U ovom slu?aju, vektor D ?e biti odre?en u terminima vektora E uz pomo? ne jedne vrijednosti e, ve? nekoliko (u op?tem slu?aju ?est) koji ?ine tenzor permitivnosti.

Dielektrici u naizmjeni?nom polju. Ako se polje E promijeni u vremenu t, tada polarizacija dielektrika nema vremena da ga prati, jer se pomaci naboja ne mogu dogoditi trenutno. Budu?i da se svako naizmjeni?no polje mo?e predstaviti kao skup polja koja se mijenjaju prema harmonijskom zakonu, dovoljno je prou?iti pona?anje dielektrika u polju E = E 0 sinot, gdje je o frekvencija naizmjeni?nog polja, E 0 je amplituda ja?ine polja. Pod uticajem ovog polja, D i P ?e tako?e oscilovati harmoni?no i sa istom frekvencijom. Me?utim, javlja se fazna razlika d izme?u oscilacija P i E, koja je uzrokovana ka?njenjem polarizacije P od polja E. Harmonski zakon se mo?e predstaviti u kompleksnom obliku E 0 . Dielektri?na konstanta u ovom slu?aju to je kompleksna veli?ina: e(o) = e’ + ie’’, e’ i e’’ zavise od frekvencije naizmjeni?nog elektri?nog polja o. Apsolutna vrijednost

odre?uje amplitudu oscilacija D, a omjer e’/e "= tgd je fazna razlika izme?u oscilacija D i E. Vrijednost d se naziva ugao dielektri?nog gubitka. U konstanti elektri?no poljeo = 0, e" = 0, e' = e.

U naizmjeni?nim elektri?nim poljima visokih frekvencija, svojstva dielektrika karakteriziraju indeksi loma n i apsorpcija k (umjesto e' i e"). jednak je omjeru brzine propagacije elektromagnetnih talasa u dielektriku i u vakuumu. Indeks apsorpcije k karakterizira slabljenje elektromagnetnih valova u dielektriku. Vrijednosti n, k, e’ i e” povezane su relacijom (2)

Polarizacija dielektrika u odsustvu elektri?nog polja. Kod ve?eg broja ?vrstih dielektrika (piroelektrika, feroelektrika, piezoelektrika, elektreta) polarizacija mo?e postojati i bez elektri?nog polja, odnosno mo?e biti uzrokovana drugim razlozima. Dakle, u piroelektricima su naelektrisanja raspore?ena toliko asimetri?no da se te?i?ta naelektrisanja suprotnog predznaka ne poklapaju, odnosno dielektrik je spontano polarizovan. Me?utim, polarizacija u piroelektricima se manifestira samo promjenom temperature, kada se kompenzira polarizacija elektri?nih naboja nisu u stanju da se prilagode. Razli?iti piroelektrici su feroelektrici ?ija se spontana polarizacija mo?e zna?ajno promijeniti pod utjecajem spoljni uticaji(temperatura, elektri?no polje). U piezoelektricima, polarizacija nastaje kada se kristal deformi?e, ?to je povezano sa karakteristikama njihove kristalne strukture. Polarizacija u odsustvu polja mo?e se uo?iti i u odre?enim supstancama kao ?to su smole i stakla, zvanim elektreti.

Elektri?na provodljivost dielektrika je mala, ali se uvijek razlikuje od nule. Mobilni nosioci naboja u dielektricima mogu biti elektroni i ioni. U normalnim uslovima, elektronska provodljivost dielektrika je mala u pore?enju sa jonskom. Jonska provodljivost mo?e biti posljedica kretanja i intrinzi?nih i ne?istih jona. Mogu?nost kretanja jona kroz kristal povezana je s prisustvom defekata u kristalima. Ako, na primjer, postoji prazno mjesto u kristalu, tada ga pod djelovanjem polja mo?e zauzeti susjedni ion, sljede?i ion mo?e se preseliti u novonastalo prazno mjesto, itd. Kao rezultat toga, prazna mjesta se pomi?u, ?to dovodi za prijenos naboja kroz cijeli kristal. Kretanje jona tako?er nastaje kao rezultat njihovih skokova du? me?uprostora. Sa pove?anjem temperature, jonska provodljivost se pove?ava. Zna?ajan doprinos elektri?noj provodljivosti dielektrika mo?e dati povr?inska provodljivost (pogledajte Povr?inski fenomeni).

raspad dielektrika. Gustina elektri?na struja j kroz dielektrik proporcionalan je jakosti elektri?nog polja E (Ohmov zakon): j = sE, gdje je s elektri?na provodljivost dielektrika. Me?utim, u dovoljno jakim poljima struja raste br?e nego prema Ohmovom zakonu. Pri odre?enoj kriti?noj vrijednosti E pr dolazi do elektri?nog sloma dielektrika. Vrijednost E pr naziva se elektri?na ?vrsto?a dielektrika. Tokom kvara, skoro sva struja te?e kroz uski kanal (pogledajte stringing struje). U ovom kanalu j dosti?e velike vrijednosti, ?to mo?e dovesti do uni?tenja dielektrika: formira se prolazna rupa ili se dielektrik topi kroz kanal. Kanal mo?e procuriti hemijske reakcije; na primjer, ugljik se talo?i u organskim dielektricima, metal se talo?i u ionskim kristalima (kanalna metalizacija) itd. Razbijanje je olak?ano nehomogenostima koje su uvijek prisutne u dielektriku, budu?i da se polje E mo?e lokalno pove?ati na mjestima nehomogenosti.

U ?vrstim dielektricima razlikuju se toplinski i elektri?ni kvarovi. Prilikom termi?kog sloma, s pove?anjem j, pove?ava se koli?ina topline koja se osloba?a u dielektriku, a samim tim i temperatura dielektrika, ?to dovodi do pove?anja broja nosilaca naboja n i smanjenja elektri?ne otpornosti r. U slu?aju elektri?nog sloma, kako se polje pove?ava, pove?ava se stvaranje nosilaca naboja pod djelovanjem polja, a r se tako?er smanjuje.

Dielektri?na ?vrsto?a teku?ih dielektrika u velikoj mjeri ovisi o ?isto?i teku?ine. Prisustvo ne?isto?a i ne?isto?a zna?ajno smanjuje E pr. Za ?iste homogene te?ne dielektrike, E pr je blizu E pr ?vrstih dielektrika. Slom u plinu povezan je s udarnom jonizacijom i manifestira se u obliku elektri?nog pra?njenja.

Nelinearne osobine dielektrika. Linearna zavisnost P = e 0 kE va?i samo za polja E, koja su mnogo manja od intrakristalnih polja E cr (E cr reda veli?ine 10 8 V/cm). Jer E pr<< Е кр, то в большинстве диэлектриков не удаётся наблюдать нелинейную зависимость Р(Е) в постоянном электрическом поле. Исключение составляют сегнетоэлектрики, в которых в сегнетоэлектрической области и вблизи точек фазовых переходов наблюдается сильная нелинейная зависимость Р(Е). При высоких частотах электрическая прочность диэлектрика повышается, поэтому нелинейные свойства любых диэлектриков проявляются в ВЧ-полях больших амплитуд. В частности, в луче лазера могут быть созданы электрические поля напряжённостью порядка 10 8 В/см, в которых становятся существенными нелинейные свойства диэлектрика, что позволяет осуществить преобразование частоты света, самофокусировку света и другие нелинейные эффекты (смотри Нелинейная оптика).

Upotreba dielektrika. Dielektrici se uglavnom koriste kao elektri?ni izolacijski materijali. Piezoelektrici se koriste za pretvaranje mehani?kih signala (pomeranja, deformacije, zvu?ne vibracije) u elektri?ne i obrnuto (vidi Piezoelektri?ni pretvara?); piroelektrici - kao termalni detektori razli?itih zra?enja, posebno infracrvenog zra?enja; feroelektrici, koji su ujedno i piezoelektrici i piroelektrici, koriste se i kao kondenzatorski materijali (zbog njihove visoke dielektri?ne konstante), kao i nelinearni i memorijski elementi u raznim ure?ajima. Ve?ina opti?kih materijala su dielektrici.

Lit .: Froelich G. Teorija dielektrika. M., 1960; Hippel A. R. Dielektrici i valovi. M., 1960; Feynman R., Layton R., Sands M. Feynman Lectures in Physics. M., 1966. Br. 5: Elektricitet i magnetizam; Kala?njikov S. G. Elektri?na energija. 5th ed. M., 1985.

A. P. Levanjuk, D. G. Sannikov.

Dielektrik je tvar koja ne provodi ili ne provodi dobro elektri?nu struju. Nosa?i naboja u dielektriku imaju gusto?u ne ve?u od 108 komada po kubnom centimetru. Jedno od glavnih svojstava takvih materijala je sposobnost polarizacije u elektri?nom polju.

Parametar koji karakterizira dielektrike naziva se permitivnost, koja mo?e imati disperziju. Dielektrici uklju?uju hemijski ?istu vodu, vazduh, plastiku, smole, staklo i razne gasove.

Svojstva dielektrika

Kad bi tvari imale svoju heraldiku, onda bi grb Rochelle soli svakako bio ukra?en vinovom lozom, histereznom petljom i simbolikom mnogih grana moderne znanosti i tehnologije.

Rodoslov soli Rochelle po?inje 1672. godine. Kada je francuski farmaceut Pierre Segnet prvi put dobio bezbojne kristale iz vinove loze i koristio ih u medicinske svrhe.

Tada je jo? uvijek bilo nemogu?e pretpostaviti da ovi kristali imaju nevjerovatna svojstva. Ova svojstva su nam dala pravo da razlikujemo posebne grupe od ogromnog broja dielektrika:

• Piezoelektrika.
• Piroelektrika.
• Feroelektrika.

Jo? od Faradejevog vremena poznato je da su dielektri?ni materijali polarizirani u vanjskom elektri?nom polju. U ovom slu?aju, svaka elementarna ?elija ima elektri?ni moment sli?an elektri?nom dipolu. A ukupni dipolni moment po jedinici zapremine odre?uje vektor polarizacije.

U konvencionalnim dielektricima, polarizacija jedinstveno i linearno ovisi o veli?ini vanjskog elektri?nog polja. Stoga je dielektri?na osjetljivost gotovo svih dielektrika konstantna.

P/E=X=konst

Kristalne re?etke ve?ine dielektrika izgra?ene su od pozitivnih i negativnih iona. Od kristalnih supstanci, kristali sa kubi?nom re?etkom imaju najve?u simetriju. Pod djelovanjem vanjskog elektri?nog polja kristal se polarizira, a njegova simetrija se smanjuje. Kada vanjsko polje nestane, kristal vra?a svoju simetriju.

U nekim kristalima elektri?na polarizacija mo?e nastati spontano ?ak i u odsustvu vanjskog polja. Ovako izgleda kristal gadolinijum molibdenata u polarizovanom svetlu. Obi?no spontana polarizacija nije ujedna?ena. Kristal je podijeljen na domene - regije sa ujedna?enom polarizacijom. Razvoj strukture sa vi?e domena smanjuje ukupnu polarizaciju.

Piroelektrika

U piroelektricima, spontani polarizacioni ?titovi sa slobodnim naelektrisanjem koji poni?tavaju vezana naelektrisanja. Zagrijavanjem piroelektrika mijenja se njegova polarizacija. Na temperaturi topljenja piroelektri?na svojstva potpuno nestaju.

Neki piroelektrici su klasifikovani kao feroelektrici. Njihov smjer polarizacije mo?e se promijeniti vanjskim elektri?nim poljem.

Postoji histerezna zavisnost izme?u orijentacije polarizacije feroelektrika i veli?ine vanjskog polja.

U dovoljno slabim poljima, polarizacija linearno zavisi od ja?ine polja. Njegovim daljim pove?anjem, svi domeni se orijenti?u du? pravca polja, prelaze?i u re?im zasi?enja. Kada se polje smanji na nulu, kristal ostaje polarizovan. Segment CO naziva se rezidualna polarizacija.

Polje u kojem se mijenja smjer polarizacije, segment DO naziva se koercitivna sila.

Kona?no, kristal potpuno obr?e smjer polarizacije. Sa sljede?om promjenom polja, kriva polarizacije se zatvara.

Me?utim, feroelektri?no stanje kristala postoji samo u odre?enom temperaturnom rasponu. Konkretno, Rochelle so ima dvije Curie ta?ke: -18 i +24 stepena, na kojima se javljaju fazni prijelazi drugog reda.

Grupe feroelektrika

Mikroskopska teorija faznih prijelaza dijeli feroelektrike u dvije grupe.

Prva grupa

Barijum titanat pripada prvoj grupi, a kako se jo? naziva, grupi feroelektrika tipa pomaka. U nepolarnom stanju, barijum titanat ima kubi?nu simetriju.

Tokom faznog prelaza u polarno stanje, jonske podre?etke se pomeraju, a simetrija kristalne strukture opada.

Druga grupa

U drugu grupu spadaju kristali tipa natrijum nitrata, koji imaju neure?enu podre?etku strukturnih elemenata u nepolarnoj fazi. Ovdje je fazni prijelaz u polarno stanje povezan s ure?enjem kristalne strukture.

?tavi?e, u razli?itim kristalima mogu postojati dva ili vi?e vjerovatnih polo?aja ravnote?e. Postoje kristali u kojima su dipolni lanci antiparalelne orijentacije. Ukupni dipolni moment takvih kristala je nula. Takvi kristali se nazivaju antiferoelektrici.

Kod njih je zavisnost polarizacije linearna, do kriti?ne vrijednosti polja.

Dalje pove?anje ja?ine polja je pra?eno prijelazom u feroelektri?nu fazu.

Tre?a grupa

Postoji jo? jedna grupa kristala - feroelektrici.

Orijentacija njihovih dipolnih momenata je takva da u jednom smjeru imaju svojstva antiferoelektrika, au drugom smjeru imaju svojstva feroelektrika. Fazni prijelazi u feroelektricima su dvije vrste.

At fazni prelaz druge vrste u to?ki Curie, spontana polarizacija postepeno opada na nulu, dok dielektri?na osjetljivost, naglo mijenjaju?i, dosti?e ogromne vrijednosti.

U faznoj tranziciji prvog reda, polarizacija naglo nestaje. Elektri?na osjetljivost se tako?er naglo mijenja.

Velika vrijednost dielektri?ne permitivnosti i elektropolarizacije feroelektrika ?ini ih perspektivnim materijalima za modernu tehnologiju. Na primjer, nelinearne osobine prozirne feroelektri?ne keramike ve? se ?iroko koriste. ?to je svjetlost svjetlija, to je vi?e upijaju specijalne nao?ale.

Ovo je efikasna za?tita o?iju za radnike u nekim industrijama u kojima su uklju?eni iznenadni i intenzivni bljeskovi svjetlosti. Za prijenos informacija pomo?u laserskog snopa koriste se feroelektri?ni kristali s elektroopti?kim efektom. Unutar linije vida, laserski snop se simulira u kristalu. Zatim snop ulazi u kompleks prijemne opreme, gdje se informacije izdvajaju i reproduciraju.

Piezoelektri?ni efekat

Godine 1880. bra?a Curie su otkrila da tokom deformacije Rochelle soli na njenoj povr?ini nastaju polarizacijski naboji. Ovaj fenomen je nazvan direktnim piezoelektri?nim efektom.

Ako je kristal izlo?en vanjskom elektri?nom polju, po?inje se deformirati, odnosno dolazi do inverznog piezoelektri?nog efekta.

Me?utim, ove promjene se ne primje?uju u kristalima koji imaju centar simetrije, na primjer, u olovnom sulfidu.

Ako je takav kristal izlo?en vanjskom elektri?nom polju, podre?etke negativnih i pozitivnih iona ?e se pomicati u suprotnim smjerovima. To dovodi do polarizacije kristala.

U ovom slu?aju opa?amo elektrostrikciju, u kojoj je deformacija proporcionalna kvadratu elektri?nog polja. Stoga se elektrostrikcija odnosi na klasu ravnomjernih efekata.

?X1=?X2

Ako je takav kristal rastegnut ili komprimiran, tada ?e elektri?ni momenti pozitivnih dipola po veli?ini biti jednaki elektri?nim momentima negativnih dipola. Odnosno, nema promjene u polarizaciji dielektrika, a piezoelektri?ni efekat se ne javlja.

U kristalima niske simetrije, dodatne sile inverznog piezoelektri?nog efekta se pojavljuju tokom deformacije, suprotstavljaju?i se vanjskim utjecajima.

Dakle, u kristalu bez centra simetrije u raspodjeli naboja, veli?ina i smjer vektora pomaka zavise od veli?ine i smjera vanjskog polja.

Zbog toga je mogu?e izvesti razli?ite vrste deformacija piezokristala. Lijepljenjem piezoelektri?nih plo?a mo?ete dobiti kompresijski element.

U ovom dizajnu, piezoelektri?na plo?a radi pri savijanju.

Piezoceramic

Ako se na takav piezoelektri?ni element primijeni promjenjivo polje, u njemu ?e se pobu?ivati elasti?ne oscilacije i javljati se zvu?ni valovi. Piezokeramika se koristi za izradu piezoelektri?nih proizvoda. Predstavlja polikristale feroelektri?nih spojeva ili ?vrste otopine na njihovoj osnovi. Promjenom sastava komponenti i geometrijskih oblika keramike mogu?e je kontrolisati njene piezoelektri?ne parametre.

Direktni i inverzni piezoelektri?ni efekti se koriste u raznim elektronskim ure?ajima. Mnoge komponente elektro-akusti?ke, radio-elektronske i mjerne opreme: valovodi, rezonatori, mno?itelji frekvencije, mikrokrugovi, filteri rade koriste?i svojstva piezokeramike.

Piezoelektri?ni motori

Aktivni element piezoelektri?nog motora je piezoelektri?ni element.

Tokom jednog perioda oscilovanja izvora naizmeni?nog elektri?nog polja, on se raste?e i stupa u interakciju sa rotorom, au drugom se vra?a u prvobitni polo?aj.

Odli?ne elektri?ne i mehani?ke karakteristike omogu?avaju piezo motoru da se uspje?no takmi?i sa konvencionalnim elektri?nim mikroma?inama.

Piezoelektri?ni transformatori

Princip njihovog rada se tako?er zasniva na kori?tenju svojstava piezokeramike. Pod dejstvom ulaznog napona u pobudniku nastaje inverzni piezoelektri?ni efekat.

Talas deformacije se prenosi na sekciju generatora, gdje se zbog direktnog piezoelektri?nog efekta mijenja polarizacija dielektrika, ?to dovodi do promjene izlaznog napona.

Budu?i da su ulaz i izlaz piezotransformatora galvanski izolirani, funkcionalnost pretvaranja ulaznog signala naponom i strujom, uskla?ivanjem sa optere?enjem po ulazu i izlazu, bolja je od one kod konvencionalnih transformatora.

Istra?ivanja razli?itih fenomena feroelektri?nosti i piezoelektri?nosti se nastavljaju. Nema sumnje da ?e se u budu?nosti pojaviti ure?aji zasnovani na novim i iznena?uju?im fizi?kim efektima u ?vrstim materijama.

Klasifikacija dielektrika

U zavisnosti od razli?itih faktora, na razli?ite na?ine pokazuju svoja izolaciona svojstva, ?to odre?uje njihov opseg upotrebe. Dijagram ispod prikazuje klasifikacijsku strukturu dielektrika.

U nacionalnoj ekonomiji postali su popularni dielektrici koji se sastoje od neorganskih i organskih elemenata.

Neorganski materijali su jedinjenja ugljika sa raznim elementima. Ugljik ima visok kapacitet za hemijska jedinjenja.

Mineralni dielektrici

Ova vrsta dielektrika pojavila se s razvojem elektri?ne industrije. Tehnologija proizvodnje mineralnih dielektrika i njihovih vrsta zna?ajno je pobolj?ana. Stoga takvi materijali ve? zamjenjuju kemijske i prirodne dielektrike.

Mineralni dielektri?ni materijali uklju?uju:

Staklo(kondenzatori, lampe) - amorfni materijal, sastoji se od sistema slo?enih oksida: silicijum, kalcijum, aluminijum. Oni pobolj?avaju dielektri?na svojstva materijala.
stakleni emajl- nanosi se na metalnu povr?inu.
Fiberglass- stakleni filamenti od kojih se dobijaju fiberglas tkanine.
Svetlosni vodi?i- svjetlovodno stakleno vlakno, snop vlakana.
Sitally- kristalni silikati.
Keramika- porcelan, steatit.
Mica- mikalex, liskun, mikanit.
Azbest- minerali sa vlaknastom strukturom.

Razli?iti dielektrici ne zamjenjuju uvijek jedan drugog. Njihov opseg ovisi o cijeni, jednostavnosti kori?tenja, svojstvima. Osim izolacijskih svojstava, dielektricima se postavljaju toplinski i mehani?ki zahtjevi.

Te?ni dielektrici

Naftna ulja

transformatorsko ulje ulio u . Najpopularniji je u elektrotehnici.

Ulja za kablove koristi u proizvodnji. Impregniraju papirnu izolaciju kablova. Ovo pove?ava elektri?nu snagu i uklanja toplinu.

Sinteti?ki teku?i dielektrici

Za impregniranje kondenzatora potreban je teku?i dielektrik za pove?anje kapacitivnosti. Takve tvari su teku?i dielektrici na sinteti?koj bazi, koji su bolji od naftnih ulja.

Hlorisani ugljovodonici nastaju od ugljikovodika zamjenom molekula atoma vodika u njima atomima klora. Polarni proizvodi difenila, koji uklju?uju C 12 H 10 -nC Ln, veoma su popularni.

Njihova prednost je otpornost na gorenje. Me?u nedostacima mo?e se primijetiti njihova toksi?nost. Viskoznost kloriranih bifenila je visoka, pa ih je potrebno razrijediti manje viskoznim ugljovodonicima.

Silikonske te?nosti imaju nisku higroskopnost i otpornost na visoke temperature. Njihova viskoznost vrlo malo ovisi o temperaturi. Takve te?nosti su skupe.

Organofluorne teku?ine imaju sli?na svojstva. Neki te?ni uzorci mogu raditi na 2000 stepeni dugo vremena. Takve te?nosti u obliku oktola sastoje se od mje?avine izobutilenskih polimera dobivenih iz produkta plina za krekiranje nafte i niske su cijene.

prirodne smole

Rosin- Ovo je smola pove?ane krhkosti, a dobijena je od smole (borove smole). Kolofonijum se sastoji od organskih kiselina, lako rastvorljivih u naftnim uljima kada se zagreju, kao i u drugim ugljovodonicima, alkoholu i terpentinu.

Ta?ka omek?avanja kolofonija je 50-700 stepeni. Na otvorenom, kolofonijum oksidira, br?e omek?ava i lo?ije se otapa. Otopljeni kolofonij u naftnom ulju koristi se za impregnaciju kablova.

Biljna ulja

Ova ulja su viskozne teku?ine koje se dobivaju iz sjemenki raznih biljaka. Najva?nija su ulja za su?enje, koja se mogu stvrdnuti pri zagrijavanju. Tanak sloj ulja na povr?ini materijala, kada se osu?i, formira ?vrst, izdr?ljiv elektroizolacijski film.

Brzina su?enja ulja pove?ava se s pove?anjem temperature, osvjetljenja, kada se koriste katalizatori - su?a?i (spoji kobalta, kalcija, olova).

Laneno ulje ima zlatno ?utu boju. Dobija se iz sjemenki lana. Ta?ka te?enja lanenog ulja je -200 stepeni.

Tungovo ulje napravljen od semena tungovog drveta. Takvo drvo raste na Dalekom istoku, kao i na Kavkazu. Ovo ulje nije toksi?no, ali nije jestivo. Tungovo ulje stvrdnjava na temperaturi od 0-50 stepeni. Takva ulja se koriste u elektrotehnici za proizvodnju lakova, lakiranih tkanina, impregnacije drveta, a tako?er i kao teku?i dielektrici.

Ricinusovo ulje se koristi za impregniranje kondenzatora punjenih papirom. Ovo ulje se dobija iz semena ricinusovog pasulja. Zamrzava se na temperaturi od -10 -180 stepeni. Ricinusovo ulje je lako rastvorljivo u etil alkoholu, ali nerastvorljivo u benzinu.

Elektri?na svojstva

Elektri?na svojstva dielektrika uklju?uju polarizaciju, elektri?nu provodljivost, dielektri?ne gubitke i slom.

Polarizacija dielektrika. Dielektrik postavljen izme?u elektroda na koje se primjenjuje elektri?ni napon je polariziran.

polarizacija - to je proces koji se sastoji od ograni?enog pomaka ili orijentacije vezanih naboja u dielektriku kada se na njega primjenjuje elektri?no polje.

U bilo kojoj tvari, uklju?uju?i i dielektrik, bez obzira na prisutnost ili odsutnost slobodnih elektri?nih naboja u njoj, uvijek postoje vezani naboji: elektroni atomske ljuske, atomska jezgra, ioni. Pod djelovanjem vanjskog elektri?nog polja, vezani elektri?ni naboji u dielektriku pomi?u se iz svojih ravnote?nih polo?aja: pozitivni na negativnu elektrodu, a negativni - u suprotnom smjeru (slika 5.1).

U dielektricima koji sadr?e dipolne molekule, tokom polarizacije, uo?ava se orijentacija dipola u elektri?nom polju. Polarizacija dovodi do stvaranja dielektrika u svakom elementarnom volumenu dV inducirani (inducirani) elektri?ni moment dp.

Stepen polarizacije dielektrika procjenjuje se relativnom permitivno??u.?to je njena vrijednost ve?a, to je dielektrik ja?i.

Relativna permitivnost je omjer naboja kondenzatora sa datim dielektrikom i naboja 0 vakuumski kondenzator istih dimenzija, iste konfiguracije elektroda, na istom naponu:

gdje je naboj kondenzatora kada se izme?u plo?a nalazi dielektrik; 0 - naboj kondenzatora u kojem je vakuum dielektrik; je naboj zbog polarizacije.

Rice. 5.1 ?ema rasporeda naelektrisanja u polarizovanom dielektriku: 1- dielektrik; 2- poklopci elektroda; S je povr?ina svake obloge; h- razmak izme?u elektroda (debljina dielektri?nog sloja).

Na ovaj na?in

(37)

Dielektri?na konstanta je kvantitativna karakteristika, uvijek je ve?a od jedan.

Kada postoji vakuum izme?u plo?a kondenzatora,

gdje - permitivnost vakuuma.

Kapacitet kondenzatora u kojem je dielektrik vakuum, Od 0 odre?uje se sljede?om formulom:

Kapacitet kondenzatora istih dimenzija sa dielektrikom

gdje h- dielektri?na debljina, m

Otuda relativna permitivnost:

Pove?anje dielektri?ne konstante ukazuje da se kapacitet kondenzatora sa datim dielektrikom pove?ava u odnosu na kapacitet kondenzatora, izme?u ?ijih plo?a postoji vakuum.

U zavisnosti od strukture dielektrika i njegovog agregacionog stanja, razlikuju se elektronska, jonska, dipolna, migratorna, spontana i rezonantna polarizacija.

Elektronska polarizacija je pomicanje orbita elektrona u odnosu na pozitivno nabijeno jezgro pod utjecajem vanjskog elektri?nog polja. Uspostavlja se u vrlo kratkom vremenu nakon primjene elektri?nog polja i iznosi s. Kako se veli?ina atoma pove?ava, elektronska polarizabilnost se pove?ava.

Elektronska polarizacija se javlja u svim atomima bilo koje tvari i, posljedi?no, u svim dielektricima, bez obzira na prisutnost drugih vrsta polarizacije u njima. Za supstance jonske strukture, elektronska polarizabilnost nije atoma, ve? jona.

Ka?njenje u uspostavljanju stati?ke ravnote?e pokretnih naelektrisanja u odnosu na elektri?no polje naziva se opu?tanje polarizacija.

Elektronsko-relaksaciona polarizacija se manifestuje u materijalima sa defektima elektronske strukture.

Jonska polarizacija je pomicanje jedno u odnosu na drugo iz ravnote?nog polo?aja suprotno nabijenih jona na udaljenost manju od konstante kristalne re?etke u supstancama s ionskim vezama. Tako?er se uspostavlja u kratkom, ali ipak du?em nego kod elektronske polarizacije, vremenu s.

Jonska polarizacija, kao i elektronska polarizacija, nije povezana s gubicima energije i ne ovisi o frekvenciji.

Ion-relaksaciona polarizacija svojstvena je ionskim dielektricima s relativno slabim sidrenjem strukturnih ?estica (na primjer, izolacijski porculan, keramika otporna na toplinu, alkalna izolacijska stakla). Ona je pra?ena disipacijom elektri?ne energije i zavisi od temperature i frekvencije struje.

Dipolna polarizacija se sastoji u rotaciji (orijentaciji) dipolnih molekula u smjeru vanjskog elektri?nog polja.

Polarizacija tokom dipolne polarizacije opada nakon ?to se ukloni primijenjeni napon, tj. dolazi do dipolno-relaksacione polarizacije.

Migraciona polarizacija je posljedica prisustva provodnih i poluvodi?kih inkluzija i slojeva razli?ite provodljivosti u tehni?kim dielektricima.

Kada se nehomogeni materijali uvedu u elektri?no polje, slobodni elektroni i ioni po?inju da se kre?u (migriraju) unutar svake inkluzije i akumuliraju se na granicama, formiraju?i polarizirane regije.

Spontana (spontana) polarizacija se opa?a kod dielektrika sa domenskom strukturom, kada u takvim materijalima ve? postoje male polarizirane regije prije primjene vanjskog elektri?nog polja.

Eksterno polje orijenti?e domene ?iji su vektori elektri?nog momenta nasumi?no orijentisani i kompenzovani u masi materijala, a dielektrik je polarizovan.

Kod spontane polarizacije uo?avaju se veliki dielektri?ni gubici i izra?ena ovisnost dielektri?ne konstante o temperaturi i jakosti elektri?nog polja. U ovom slu?aju, permitivnost mo?e dose?i vrlo visoke vrijednosti (do 100.000).

Materijali sa ovom vrstom polarizacije nazivaju se feroelektrika(Rochelle so, barijum titanat BaTiO2, stroncijum titanat SrTiO3, itd.).

Rezonantna polarizacija se manifestira u podru?ju mikrovalnih frekvencija u plinovima i ?vrstim dielektricima s defektima u kristalnoj strukturi.

Ovisno o mehanizmu polarizacije, svi dielektrici se mogu podijeliti na polarne i nepolarne.

Polarni dielektrici su grupa materijala koji sadr?e trajne elektri?ne dipole koji su sposobni za preorijentaciju u vanjskom elektri?nom polju.

Kod polarnih dielektrika uo?ena je elektronska i dipolno-relaksaciona polarizacija. Imaju lo?ija elektri?na svojstva od nepolarnih dielektrika i koriste se kao elektri?ni izolacijski materijali u podru?ju niske frekvencije.

Polivinil hlorid, epoksidne smole, fluoroplast - 3, organsko staklo, itd. su polarni.

Nepolarni dielektrici ?ine grupu materijala koji ne sadr?e dielektri?ne dipole, koji su sposobni za preorijentaciju u vanjskom elektri?nom polju.

Kod nepolarnih dielektrika uglavnom se opa?a elektronska polarizacija. Koriste se kao visokokvalitetni elektri?ni izolacijski materijali u tehnologiji visoke i ultravisoke frekvencije.

Vazduh, polistiren, polietilen, fluoroplast-4, benzen, itd. su nepolarni.

Elektri?na provodljivost dielektrika. Dielektri?ni materijali imaju odre?enu elektri?nu provodljivost, koja je povezana sa usmjerenim kretanjem nabijenih ?estica (elektrona, jona, moliona).

Elektri?na provodljivost dielektrika u ve?ini slu?ajeva je jonske prirode, tj. joni su nosioci naboja.

Elektri?na provodljivost dielektrika procjenjuje se specifi?nim elektri?nim otporom na istosmjernu struju, Ohm * m,

gdje at- specifi?na elektri?na provodljivost, S/m.

Kada se dielektrik uklju?i u krug istosmjernog napona, dolazi do o?trog skoka struje, a zatim se smanjuje na konstantnu vrijednost. Ova konstantna vrijednost se naziva struja. kroz provodljivost I sk.

Struja koja se smanjuje u vremenu, zbog preraspodjele besplatnih naknada, obi?no se naziva apsorpcija I ab.

Struja koja prati polarizaciju elektrona i jona naziva se struja offsets; njegov trenutna vrijednost ozna?ava I cm.

Dakle, struja koja prolazi kroz dielektrik je zbir struja pomaka I cm, apsorpcija I ab i kroz I sc.

I = I cm +I ab +I sc(43)

Budu?i da struja apsorpcije brzo opada, elektri?na provodljivost izolacijskih materijala pri konstantnom naponu odre?uje se iz prolazne struje:

gdje I sc \u003d I - I cm - I ab- kroz provodnu struju; I- ukupna struja, A;

U- primijenjeni napon, V.

Prilikom odre?ivanja elektri?ne provodljivosti dielektrika potrebno je izmjeriti struju kada I cm + I ab = 0

Ovisno o dizajnu elektri?nih proizvoda, uobi?ajeno je razlikovati specifi?ni volumetrijski elektri?ni otpor i specifi?ni povr?inski elektri?ni otpor. .

Elektri?ni otpor specifi?ne zapremine pv definira svojstva izolacije kada se glavno curenje struje javlja kroz ve?i dio materijala, na primjer u za?ti?enoj elektri?noj ?ici.

Elektri?ni otpor specifi?ne zapremine pv, je broj?ano jednak otporu uzorka materijala u obliku kocke s rubom jedini?nih veli?ina, kada se napon dovede na njegove dvije suprotne strane. Za ravne uzorke:

, (Ohm*m) (45)

gdje RV- zapreminski otpor uzorka na jednosmernu struju. Ohm; S- povr?ina elektroda u kontaktu sa ispitnim uzorkom, m 2 ; b- debljina uzorka, m

Specifi?ni povr?inski elektri?ni otpor R s je najva?nija karakteristika pri ocjenjivanju izolacijskih materijala u detaljima kao ?to su izolatori vodova.

Specifi?na povr?inska otpornost R s je numeri?ki jednak otporu uzorka materijala u obliku kvadrata sa stranicom jedini?nih dimenzija kada struja prolazi kroz njegove dvije suprotne strane:

, (Ohm*m) (46)

gdje R- povr?inski otpor materijala uzorka koji se nalazi izme?u elektroda, Ohm; / - du?ina elektroda; h- razmak izme?u elektroda, m

Specifi?ni volumen i povr?inski elektri?ni otpori p ?vrstih dielektrika zavise od temperature, vla?nosti i veli?ine primijenjenog napona.

Elektri?na provodljivost mnogih izolacijskih materijala ovisi ne samo o strukturi i kemijskom sastavu, ve? i o tehnologiji njihove proizvodnje.

Povr?inska elektri?na vodljivost ?vrstih dielektrika odre?ena je prisustvom adsorbiranih vodeno-koloidnih filmova u njihovoj strukturi. U odnosu na vodu, izolacijski materijali se dijele na nemokrene i vla?ne. Nemo?ivi materijali uklju?uju, na primjer, voskove, ?ilibar, polistiren, itd. Njihova povr?inska provodljivost je niska i ne ovisi o vla?nosti zraka. Ovla?eni materijali uklju?uju izolacijsko staklo, mramor, papir i mnoge vrste plastike. Njihova elektri?na provodljivost zavisi od vla?nosti okoline.

dielektri?ni gubici. Dielektri?ni gubici su povezani sa slo?enim fenomenima koji se javljaju u materijalu kada se na njega primjenjuje elektri?no polje. Pojavljuju se na istosmjernoj i naizmjeni?noj struji. Me?utim, kvalitetu dielektrika pri jednosmjernoj struji obi?no ne karakteriziraju dielektri?ni gubici, ve? specifi?ni volumen i povr?inski otpori.

Kada se elektri?no polje primeni na bilo koju tvar, dio elektri?ne energije koju tro?i pretvara se u toplinu i raspr?uje.

Raspr?eni dio elektri?ne energije koju apsorbira dielektrik naziva se dielektri?ni gubici.

Rice. 5.2. Vektorski dijagram gustine struje u dielektriku:

Ugao pomaka ukupne struje u odnosu na struju idealnog dielektrika; at- fazni ugao izme?u struje i napona;

Jcm- gustina struje pomaka;

Jpr je gustina struje provodljivosti; J- ukupna gustina struje

U dielektriku smje?tenom u naizmjeni?nom elektri?nom polju s intenzitetom E i ugaone frekvencije , nastaju struja pomaka i struja provodljivosti (slika 5.2). Ugao izme?u dielektri?nih vektora gustine naizmeni?ne struje J i struja pristrasnosti J na kompleksnoj ravni se zove ugao dielektri?nog gubitka. Tangens ovog ugla je jedan od najva?nijih parametara ne samo dielektrika, ve? i kondenzatora, izolatora i drugih elektri?nih izolacionih materijala. Tangens dielektri?nog gubitka odre?uje aktivnu snagu koja se gubi u dielektriku koji radi pod naizmeni?nim naponom. Izra?ava se omjerom gustine struje provodljivosti J pr na gustinu struje pristrasnosti J cm:

Uvo?enje bezdimenzionalnog parametra je pogodno jer ne ovisi o obliku i veli?ini izolacijskog dijela, ve? je odre?eno samo svojstvima dielektri?nog materijala.

?to je ve?i tangent dielektri?nog gubitka, to je ve?e zagrijavanje dielektrika u elektri?nom polju date frekvencije i napona.

Slom. Fenomen formiranja provodnog kanala u dielektriku pod dejstvom elektri?nog polja naziva se slom.

Ako vodljivi kanal prije?e s jedne elektrode na drugu i zatvori ih, dolazi do potpunog sloma.

Ako provodni kanal ne do?e do barem jedne od elektroda, dolazi do nepotpunog sloma.

S djelomi?nim slomom, probija se samo plin ili teku?ina inkluzija ?vrstog dielektrika.

Za ?vrste dielektrike, osim sloma u zapremini, mogu? je i slom preko povr?ine; takav slom se naziva povr?inski slom.

Minimalni napon koji dovodi do sloma dielektrika naziva se punchy tenzija Upr. Probojni napon Upr raste sa pove?anjem debljine dielektrika h. Da biste okarakterisali sposobnost materijala da se odupre razaranju u elektri?nom polju, koristite ja?inu elektri?nog polja pri kojoj dolazi do sloma, mV/m,

gdje up - veli?ina pozitivnog napona na dielektrik pri kojem je do?lo do sloma, kV; h- debljina materijala na mjestu sloma, m

Intenzitet jednolikog elektri?nog polja koje dovodi do sloma naziva se elektri?na snaga.

Mehanizmi raspada gasovitih, te?nih i ?vrstih dielektrika imaju zna?ajne razlike.

Test pitanja:

1. U koje grupe se dielektrici mogu podijeliti prema namjeni, agregatnom stanju i hemijskoj osnovi?

2. Koja je polarizacija dielektrika?

3. Kako se procjenjuje stepen polarizacije dielektrika?

4. Kako odrediti relativnu permitivnost kroz naboj i kapacitet kondenzatora?

5. Navedite tipove polarizacije. ?ta je njihova su?tina?

6. Kako se odre?uju zapremina i povr?inska vodljivost dielektrika?

7. ?ta je dielektri?ni gubitak?

8. Koja je struja apsorpcije, struja pomaka, dielektri?na struja?

9. ?to je tangenta dielektri?nog gubitka?

10. ?ta je dielektri?na ?vrsto?a?

Godine 1729. engleski fizi?ar Stephen Grey otkrio je da se elektri?ni naboj mo?e kretati kroz neka tijela, a ne kroz druga. Na primjer, elektri?na energija se u njegovim eksperimentima ?irila kroz metalnu ?icu, ali ne kroz svilenu nit. Od tada su se sve tvari po?ele dijeliti na provodnike i neprovodnike struje. Potonje je Faraday nazvao dielektricima.

Termin "dielektrici" koji je uveo Faraday 1837. godine formiran je od dvije rije?i - gr?ke "dia" (?to zna?i "kroz") i engleske electric (elektri?ni).

dielektrik naziva se tvar koja ne provodi elektri?nu struju, stoga u ovoj tvari nema slobodnih nabijenih ?estica( one. takve nabijene ?estice koje se mogu slobodno kretati po cijelom volumenu tijela). Takve ?estice mogu biti elektroni, ali u idealnom dielektriku svi elektroni su povezani sa atomskim jezgrom, tj. pripadaju pojedina?nim atomima i ne mogu se slobodno kretati kroz tijelo. Da bi se ova veza prekinula, potrebni su jaki faktori uticaja.

Dielektrici imaju sposobnost da prolaze kroz njih elektrostati?ko polje. Prodiru?i kroz dielektrike, elektrostati?ko polje slabi, ali jo? uvijek ne na nulu, kao ?to se doga?a u metalima.

Dielektrici mogu biti supstance u tri agregatna stanja: gasovito (azot, vodonik), te?no (?ista voda), ?vrsto (?ilibar, porculan, kvarc).

Svaki molekul je sistem sa ukupnim nabojem jednakim nuli. Pona?anje molekula u vanjskom elektri?nom polju je ekvivalentno dipolu. Pozitivan naboj takvog dipola jednak je ukupnom naboju jezgara, smje?tenih u "centar gravitacije" pozitivnih naboja; negativni naboj je jednak ukupnom naelektrisanju elektrona i nalazi se u "centru gravitacije" negativnih naelektrisanja.

Svi dielektrici su podijeljeni u tri grupe: polarne, nepolarne i kristalne.

Kristalni dielektrici imaju jonsku strukturu, slabo su polarni dielektrici. To uklju?uje NaCl, KCl.

Kada se dielektrik stavi u elektri?no polje, u njegovom volumenu i na povr?ini pojavljuju se makroskopski naboji. Ovi naboji nastaju kao rezultat polarizacije dielektrika.

Dielektri?na polarizacija naziva se proces dipolne orijentacije, tj. pomicanje pozitivnih i negativnih naboja unutar dielektrika u suprotnim smjerovima.

Tri grupe dielektrika odgovaraju trima vrstama polarizacije.

Dipolna (orijentaciona) polarizacija. U odsustvu vanjskog polja, dipolni momenti polarnih molekula zbog termi?kog kretanja su nasumi?no orijentirani u prostoru i njihov rezultuju?i moment je nula (slika 12.22, a). Ako se takav dielektrik stavi u vanjsko polje (slika 12.22, b), tada ?e sile ovog polja te?iti da rotiraju dipole du? polja i nastaje rezultuju?i moment razli?it od nule. Ova orijentacija dipolnih momenata molekula du? polja je ja?a, ?to je ja?ina elektri?nog polja ve?a i temperatura je ni?a.

Elektronska polarizacija . Ako se nepolarna molekula stavi u vanjsko elektri?no polje E 0, tada se pod djelovanjem elektri?nog polja njene elektronske orbite deformiraju i dielektri?ne molekule pretvaraju u dipole neposredno orijentirane du? vanjskog polja (jezgra molekule su pomera se du? polja, a elektronska ljuska se raste?e u odnosu na polje i molekula dobija dipolni moment

(Sl. 12.23).

Jonska polarizacija . Ako se kristalni dielektrik (NaCl) koji ima kristalnu re?etku, u ?ijim se ?vorovima pravilno izmjenjuju pozitivni i negativni ioni, stavi u vanjsko elektri?no polje E 0, tada ?e se pozitivni ioni re?etke pomaknuti du? smjera polja, a negativni ioni - u suprotnom smjeru. Kao rezultat, dielektrik je polariziran.

Ova vrsta polarizacije naziva se jonska. Stepen ionske polarizacije zavisi od svojstava dielektrika i od ja?ine polja.

5.8.2. Te?ni dielektrici

Podijeljeni su u 3 grupe:

1) naftna ulja;

2) sinteti?ke teku?ine;

3) biljna ulja.

Te?ni dielektrici se koriste za impregniranje visokonaponskih kablova, kondenzatora, za punjenje transformatora, prekida?a i ?aura. Osim toga, obavljaju funkcije rashladnog sredstva u transformatorima, aparata za ga?enje luka u prekida?ima itd.

Naftna ulja

Naftna ulja su mje?avina parafinskih ugljovodonika ( C n H 2 n+ 2 ) i naftenski (C n H 2 n ) redovi. U elektrotehnici se ?iroko koriste kao ulja za transformatore, kablove i kondenzatore. Ulje, ispunjavaju?i praznine i pore unutar elektri?nih instalacija i proizvoda, pove?ava dielektri?nu ?vrsto?u izolacije i pobolj?ava odvo?enje topline iz proizvoda.

transformatorsko ulje dobiven iz nafte destilacijom. Elektri?na svojstva transformatorskog ulja u velikoj mjeri zavise od kvaliteta pre?i??avanja ulja od ne?isto?a, sadr?aja vode u njemu i stepena ispu?tanja gasa. Dielektri?na konstanta ulja 2,2, elektri?na otpornost 10 13 ohma m.

Svrha transformatorskih ulja je pove?anje dielektri?ne ?vrsto?e izolacije; ukloniti toplinu; promovirati ga?enje luka u uljnim prekida?ima, pobolj?ati kvalitetu elektri?na izolacija u elektri?nim proizvodima: reostati, papirni kondenzatori, kablovi izolovani papirom, energetski kablovi - izlivanjem i impregnacijom.

Transformatorsko ulje stari tokom rada, ?to pogor?ava njegov kvalitet. Starenje ulja olak?avaju: kontakt ulja sa vazduhom, povi?ene temperature, kontakt sa metalima (Cu, Rb, Fe), izlaganje svetlosti. Da bi se produ?io vijek trajanja, ulje se regenerira ?i??enjem i uklanjanjem produkata starenja, dodavanjem inhibitora.

Kabli kondenzator ulja se od transformatorskih ulja razlikuju po ve?oj kvaliteti pre?i??avanja.

Sinteti?ki teku?i dielektrici

Sinteti?ki teku?i dielektrici su superiorniji u nekim svojstvima od ulja za izolaciju nafte.

Hlorisani ugljovodonici

Sovol – pentaklorobifenil C 6 H 2 Cl 3 - C 6 H 3 Cl 2 , dobiven hloriranjem difenila C 12 H 10

C 6 H 5 - C 6 H 5 + 5 Cl 2 -> C 6 H 2 Cl 3 - C 6 H 3 Cl 2 + 5 HCl

Sovolkoristi se za impregnaciju i punjenje kondenzatora. Ima ve?u dielektri?nu konstantu u odnosu na naftna ulja. Sovolova permitivnost 5,0, elektri?na otpornost 10 11 , 10 12 ohma m. Sovol se koristi za impregnaciju papirne snage i radio kondenzatori sa pove?anim specifi?nim kapacitetom i niskim radnim naponom.

Sovtol - mje?avina sovol sa triklorobenzen. Koristi se za izolaciju transformatora otpornih na eksploziju.

Silikonske te?nosti

Najrasprostranjenije su polidimetilsiloksan, polidietilsiloksan, polimetilfenilsiloksan te?nosti.

Polisiloksanske te?nosti - te?ni silikonski polimeri ( poliorganosiloksani), imaju tako vrijedna svojstva kao ?to su: visoka otpornost na toplotu, hemijska inertnost, niska higroskopnost, niska ta?ka te?enja, visoke elektri?ne karakteristike u ?irokom rasponu frekvencija i temperatura.

Te?ni poliorganosiloksani su polimerna jedinjenja niskog stepena polimerizacije, ?ije molekule sadr?e siloksansku grupu atoma

,

gdje su atomi silicija vezani za organske radikale R: metil CH 3, etil C 2 H 5, fenil C 6 H 5 . Molekuli poliorganosiloksanskih teku?ina mogu imati linearnu, linearno razgranatu i cikli?nu strukturu.

Te?nost polimetilsiloksani dobijene hidrolizom dimetildiklorosilan pomije?an sa trimetilklorosilan .

Nastale te?nosti su bezbojne, rastvorljive u aromati?nim ugljovodonicima, dihloretanu i nizu drugih organskih rastvara?a, nerastvorljive u alkoholima i acetonu. Polimetilsiloksani hemijski su inertni, nemaju agresivan u?inak na metale i ne stupaju u interakciju s ve?inom organskih dielektrika i guma. Dielektri?na konstanta 2.0, 2.8, elektri?na otpornost 10 12 Ohm m, dielektri?na ?vrsto?a 12, 20 MV/m

Formula polidimetilsiloksan a ima oblik

– Si(CH 3) 3 - O - [ Si(CH 3) 2 - O] n-Si(CH 3) \u003d O

Te?ni silikonski polimeri se koriste kao:

Polidietilsiloksani – dobijene hidrolizom dietildiklorosilan i trietilklorosilan . Imaju ?irok raspon ta?aka klju?anja. Struktura je izra?ena formulom:

Svojstva zavise od ta?ke klju?anja. Elektri?na svojstva su ista polidimetilsiloksan.

Te?nost polimetilfenilsiloksani imaju strukturu izra?enu formulom

Dobija se hidrolizom fenilmetildiklorosilani itd. Ulje je viskozno. Nakon obradeNaOHviskoznost se pove?ava za 3 puta. Izdr?ava zagrijavanje 1000 sati do 250 °C. Elektri?na svojstva su ista polidimetilsiloksan.

At g – zra?enjem, viskoznost organosilicijumskih te?nosti se zna?ajno pove?ava, a dielektri?ne karakteristike se naglo pogor?avaju. Pri velikoj dozi zra?enja te?nosti se pretvaraju u gumeni mase, a zatim u ?vrsto krto tijelo.

Fluororganske te?nosti

Fluororganske te?nosti - C 8 F 16 - nezapaljiv i otporan na eksploziju, visoko otporan na toplotu(200 °C), imaju nisku higroskopnost. Njihovi parovi imaju visoku elektri?nu snagu. Te?nosti su niske viskoznosti i isparljive su. Imaju bolje rasipanje topline od naftnih ulja i silikonskih teku?ina.–) n,

je nepolarni polimer linearne strukture. Proizveden polimerizacijom gasa etilena C 2 H 4 pri visokom pritisku (do 300 MPa), ili pri niskom pritisku (do 0,6 MPa). Molekularna te?ina polietilena visokog pritiska je 18000 - 40000, niskog - 60000 - 800000.

Molekuli polietilena imaju sposobnost formiranja dijelova materijala s ure?enim rasporedom lanaca (kristalita), pa se polietilen sastoji od dvije faze (kristalne i amorfne), ?iji odnos odre?uje njegova mehani?ka i termi?ka svojstva. Amorfna daje materijalu elasti?na svojstva, a kristalna daje krutost. Amorfna faza ima temperaturu staklastog prelaza od +80°C. Kristalna faza ima vi?u otpornost na toplotu.

Agregati polietilenskih molekula kristalne faze su sferuliti ortorombne strukture. Sadr?aj kristalne faze (do 90%) u polietilenu niskog pritiska je ve?i nego u polietilenu visokog pritiska (do 60%). Zbog svoje visoke kristalnosti, polietilen niskog pritiska ima vi?u ta?ku topljenja (120-125 °C) i ve?u vla?nu ?vrsto?u. Struktura polietilena u velikoj mjeri ovisi o na?inu hla?enja. Njegovim brzim hla?enjem nastaju mali sferuliti, a sporim hla?enjem - veliki. Brzo hla?eni polietilen je fleksibilniji i manje tvrd.

Svojstva polietilena zavise od molekulske te?ine, ?isto?e i ne?isto?a. Mehani?ka svojstva zavise od stepena polimerizacije. Polietilen ima veliku hemijsku otpornost. Kao elektri?ni izolacijski materijal, ?iroko se koristi u industriji kablova i u proizvodnji izoliranih ?ica.

Trenutno se proizvode sljede?e vrste polietilena i polietilenskih proizvoda:

1. polietilen niskog i visokog pritiska - (n.d.) i (h.d.);

2. polietilen niskog pritiska za industriju kablova;

3. polietilen niske molekularne te?ine visokog ili srednjeg pritiska;

4. porozni polietilen;

5. polietilenska specijalna smjesa za crijevo;

6. polietilen za proizvodnju VF kablova;

7. elektri?no vodljivi polietilen za industriju kablova;

8. polietilen punjen ?a?om;

9. klorosulfonirani polietilen;

10. polietilenska folija.

Fluoroplastika

Postoji nekoliko tipova fluorokarbonskih polimera, koji mogu biti polarni ili nepolarni.

Razmotrite svojstva proizvoda reakcije polimerizacije gasa tetrafluoroetilena

(F 2 C \u003d CF 2).

Fluoroplast - 4(politetrafluoroetilen) je rastresiti bijeli prah. Struktura molekula ima oblik

Molekuli fluoroplasta imaju simetri?nu strukturu. Stoga je fluoroplastika nepolarni dielektrik

Simetrija molekula i visoka ?isto?a osiguravaju visok nivo elektri?nih performansi. Velika energija povezivanja izme?u C i F daje visoku otpornost na hladno?u i otpornost na toplotu. Radio komponente iz njega mogu raditi od -195 ? +250 ° C. Nezapaljiv, hemijski otporan, nehigroskopan, hidrofoban, nije pod utjecajem plijesni. Elektri?na otpornost je 10 15 , 10 18 Ohm m, dielektri?na konstanta 1.9, 2.2, dielektri?na ?vrsto?a 20, 30 MV/m

Radio komponente se izra?uju od praha fluoroplasta hladnim presovanjem. Presovani proizvodi se sinteruju u pe?ima na 360 - 380°C. Uz brzo hla?enje, proizvodi su oja?ani sa visokom mehani?kom ?vrsto?om. Sa sporim hla?enjem - nije otvrdnut. Lak?i su za obradu, manje tvrdi, imaju visok nivo elektri?nih karakteristika. Kada se dijelovi zagriju na 370° iz kristalnog stanja, oni prelaze u amorfno stanje i postaju prozirni. Termi?ko raspadanje materijala po?inje na > 400°. Gde nastaje otrovan fluor.

Nedostatak fluoroplasta je njegova fluidnost pod mehani?kim optere?enjem. Ima nisku otpornost na zra?enje i radno je intenzivan kada se prera?uje u proizvode. Jedan od najboljih dielektrika za RF i mikrovalnu tehnologiju. Proizvode elektri?ne i radiotehni?ke proizvode u obliku plo?a, diskova, prstenova, cilindara. Visokofrekventne kablove izolovati tankim filmom, sabijenim tokom skupljanja.

Fluoroplast se mo?e modificirati pomo?u punila - fiberglasa, bor nitrida, ?a?e itd., ?to omogu?ava dobivanje materijala s novim svojstvima i pobolj?anje postoje?ih svojstava.