DIELEKTIKA – med?iagos, kurios prastai praleid?ia elektr?. Termin? „dielektrikas“ ?ved? M. Faraday, nor?damas ?vardyti med?iagas, ? kurias prasiskverbia elektrostatinis laukas. ?d?jus ? bet kokios med?iagos elektrin? lauk?, elektronai ir atom? branduoliai patirties paj?g? i? ?ios srities. D?l to kai kurie kr?viai juda kryptingai, sukurdami elektros srov?. Lik? kr?viai perskirstomi taip, kad teigiam? ir neigiam? kr?vi? „svorio centrai“ pasislinkt? vienas kito at?vilgiu. Pastaruoju atveju kalbame apie med?iagos poliarizacij?. Priklausomai nuo to, kuris i? ?i? dviej? proces? (poliarizacija ar elektrinis laidumas) vyrauja, med?iagos skirstomos ? dielektrikus (visos nejonizuotos dujos, kai kurie skys?iai ir kietosios med?iagos) ir laidininkus (metalus, elektrolitus, plazm?).

Dielektrik? elektrinis laidumas yra labai ma?as, palyginti su metalais. Dielektrik? savitoji var?a yra 10 8 -10 17 Ohm cm, metal? - 10 -6 -10 -4 Ohm cm.

Dielektrik? ir metal? elektrinio laidumo kiekybin? skirtum? klasikin? fizika band? paai?kinti tuo, kad metaluose yra laisv?j? elektron?, o dielektrikuose visi elektronai yra suri?ti (priklauso atskiriems atomams) ir elektrinis laukas j? neatpl??ia. , bet tik ?iek tiek juos i?stumia.

Kvantin? teorija kietas metal? ir dielektrik? elektrini? savybi? skirtum? paai?kina skirtingu elektron? pasiskirstymu energijos lygiuose. Dielektrikuose vir?utinis elektron? u?pildytas energijos lygis sutampa su vienos i? leid?iam? juost? vir?utine riba (metaluose jis yra leistinos juostos viduje), o artimiausi laisvieji lygiai yra atskirti nuo u?pildyt? draud?iama juosta, kurios elektronai negali. ?veikiamas ne per stipri? elektrini? lauk? ?takoje (?r. Juostos teorij?). Elektrinio lauko poveikis suma?inamas iki elektron? tankio perskirstymo, d?l kurio atsiranda dielektriko poliarizacija.

Dielektrik? poliarizacija. Dielektrik? poliarizacijos mechanizmai priklauso nuo cheminio ry?io pob?d?io, t.y., elektron? tankio pasiskirstymo dielektrikuose. Joniniuose kristaluose (pavyzd?iui, NaCl) poliarizacija yra jon? poslinkio vienas kito at?vilgiu (jonin? poliarizacija), taip pat atskir? jon? elektronini? apvalkal? deformacijos (elektronin? poliarizacija), t.y. jon? sumos rezultatas. ir elektronin?s poliarizacijos. Kristaluose su kovalentinis ry?ys(pavyzd?iui, deimantas), kur elektron? tankis yra tolygiai paskirstytas tarp atom?, poliarizacij? daugiausia lemia elektron? poslinkis, cheminis ry?ys. Vadinamuosiuose poliniuose dielektrikuose (pavyzd?iui, kietajame H 2 S) atom? grup?s rei?kia elektrinius dipolius, kurie, nesant elektrinio lauko, yra orientuoti atsitiktinai, o lauke ?gyja pirmenyb?. ?i orientacin? poliarizacija b?dinga daugeliui skys?i? ir duj?. Pana?us poliarizacijos mechanizmas yra susij?s su atskir? jon? elektrinio lauko „?uoliu“ i? vienos gardel?s pusiausvyros pad?ties ? kit?. ?is mechanizmas ypa? da?nai pastebimas med?iagose su vandeniliniais ry?iais (pavyzd?iui, ledu), kur vandenilio atomai turi kelet? pusiausvyros pad??i?.

Dielektrik? poliarizacija apib?dinama poliarizacijos vektoriumi P, kuris parodo elektrin? dipolio moment? dielektriko t?rio vienetui:

?ia p i – daleli? (atom?, jon?, molekuli?) dipolio momentai, N – daleli? skai?ius t?rio vienete. Vektorius P priklauso nuo elektrinio lauko stiprio E. Silpnuose laukuose R = e 0 kE. Proporcingumo koeficientas k vadinamas dielektriniu jautrumu. Da?nai vietoj vektoriaus P naudojamas elektrin?s indukcijos vektorius (1)

kur e yra dielektrin? konstanta, e 0 yra elektrin? konstanta. Dyd?iai k ir e yra pagrindin?s dielektriko charakteristikos. Anizotropiniuose dielektrikuose (pavyzd?iui, nekubiniuose kristaluose) krypt? P lemia ne tik lauko E kryptis, bet ir kristalo simetrijos a?i? kryptis. Tod?l vektorius P sudarys skirtingus kampus su vektoriumi E, priklausomai nuo E orientacijos kristalo simetrijos a?i? at?vilgiu. ?iuo atveju vektorius D bus nustatytas per vektori? E, naudojant ne vien? reik?m? e, o kelias (bendruoju atveju ?e?ias), kurios sudaro dielektrin?s konstantos tenzori?.

Dielektrikai kintamajame lauke. Jei laukas E kei?iasi laikui b?gant t, tada dielektriko poliarizacija nesp?ja jos sekti, nes kr?vio poslinkiai negali ?vykti akimirksniu. Kadangi bet kuris kintamasis laukas gali b?ti pavaizduotas kaip lauk? rinkinys, besikei?iantis pagal harmonin? d?sn?, pakanka i?tirti dielektriko elges? lauke E = E 0 sinot, kur o yra kintamo lauko da?nis, E 0 yra lauko stiprumo amplitud?. ?io lauko ?takoje D ir P taip pat harmoningai ir tuo pa?iu da?niu svyruos. Ta?iau tarp P ir E svyravim? atsiranda fazi? skirtumas d, kur? sukelia poliarizacijos P atsilikimas nuo lauko E. Harmonikos d?sn? galima pavaizduoti kompleksine forma E = E 0 e iot, tada D = D 0 e iot, o D 0 = e(o) E 0. Leid?iamumas?iuo atveju yra kompleksinis dydis: e(o) = e’ + ie’’, e’ ir e’’ priklauso nuo kintamojo elektrinio lauko o da?nio. Absoliuti vert?

nustato virpesi? D amplitud?, o santykis e’/e" = tand yra fazi? skirtumas tarp virpesi? D ir E. Reik?m? d vadinama dielektrini? nuostoli? kampu. Pastovioje elektrinis laukaso = 0, e" = 0, e' = e.

Auk?to da?nio kintamuosiuose elektriniuose laukuose dielektriko savyb?s apib?dinamos l??io rodikliu n ir sugerties rodikliu k (vietoj e’ ir e"). Pirmiausia lygus santykiui sklidimo grei?iai elektromagnetines bangas dielektrike ir vakuume. Sugerties indeksas k apib?dina elektromagnetini? bang? susilpn?jim? dielektrike. Dyd?iai n, k, e’ ir e" yra susij? (2) ry?iu.

Dielektrik? poliarizacija, kai n?ra elektrinio lauko. Kai kuriuose kietuosiuose dielektrikuose (piroelektrikuose, feroelektrikuose, pjezoelektrikuose, elektretuose) poliarizacija gali egzistuoti ir be elektrinio lauko, tai yra, j? gali sukelti kitos prie?astys. Taigi piroelektrikoje kr?viai i?sid?st? taip asimetri?kai, kad prie?ing? ?enkl? kr?vi? svorio centrai nesutampa, t.y., dielektrikas spontani?kai poliarizuojamas. Ta?iau poliarizacija piroelektrikoje atsiranda tik pasikeitus temperat?rai, kai poliarizacij? kompensuoja elektros kr?viai Jie neturi laiko persigalvoti. Piroelektrik? tipas yra feroelektrikai, kuri? spontanin? poliarizacija gali labai pasikeisti veikiant i?orini? poveiki?(temperat?ra, elektrinis laukas). Pjezoelektrikoje kristalui deformuojant ?vyksta poliarizacija, kuri siejama su j? kristalin?s strukt?ros ypatyb?mis. Poliarizacija, kai n?ra lauko, taip pat gali b?ti stebima tam tikrose med?iagose, tokiose kaip dervos ir stiklai, vadinami elektretais.

Dielektrik? elektrinis laidumas yra ma?as, bet visada skiriasi nuo nulio. Judr?s kr?vininkai dielektrikuose gali b?ti elektronai ir jonai. ?prastomis s?lygomis dielektrik? elektroninis laidumas yra ma?as, palyginti su joniniu laidumu. Jon? laidum? gali sukelti tiek vidini? jon?, tiek priemai?? jon? jud?jimas. Jon? jud?jimo per kristal? galimyb? yra susijusi su kristal? defekt? buvimu. Jei, pavyzd?iui, kristale yra laisva vieta, tai veikiant laukui j? gali u?imti kaimyninis jonas, kitas jonas gali persikelti ? naujai susidariusi? laisv? viet? ir t.t. D?l to atsiranda laisv? viet? jud?jimas, kuris veda ? kr?vio perk?lim? per vis? kristal?. Jon? jud?jimas taip pat vyksta d?l j? ?uoli? i?ilgai tarp?. Kylant temperat?rai, jon? laidumas did?ja. Pavir?inis laidumas gali ?ymiai prisid?ti prie dielektriko elektrinio laidumo (?r. Pavir?iaus rei?kiniai).

Dielektrik? skilimas. Tankis elektros srov? j per dielektrik? yra proporcingas elektrinio lauko stipriui E (Omo d?snis): j = sE, ?ia s – dielektriko elektrinis laidumas. Ta?iau pakankamai stipriuose laukuose srov? did?ja grei?iau nei pagal Ohmo d?sn?. Esant tam tikrai kritinei E pr vertei, ?vyksta dielektriko elektrinis gedimas. Reik?m? E pr vadinama dielektriko dielektriniu stipriu. Gedimo metu beveik visa srov? teka siauru kanalu (?r. Srov?s laid?). ?iame kanale j pasiekia dideles reik?mes, o tai gali sukelti dielektriko sunaikinim?: susidaro kiaurym? arba dielektrikas per kanal? i?silydo. Kanalas gali nutek?ti chemin?s reakcijos; pvz., anglis nus?da organiniuose dielektrikuose, metalas nus?da joniniuose kristaluose (kanalin? metalizacija) ir tt Skilim? palengvina dielektrike visada esantys nehomogeni?kumas, nes nehomogeni?kumo vietose E laukas gali lokaliai padid?ti.

Kietuosiuose dielektrikuose i?skiriami terminiai ir elektriniai gedimai. ?iluminio skilimo metu, did?jant j, did?ja dielektrike i?siskirian?ios ?ilumos kiekis, tod?l did?ja dielektriko temperat?ra, d?l to did?ja kr?vinink? skai?ius n ir suma??ja elektrin? var?a r. Elektros gedimo metu, did?jant laukui, lauko ?takoje did?ja kr?vinink? generacija, o taip pat ma??ja r.

Skyst? dielektrik? elektrinis stiprumas labai priklauso nuo skys?io grynumo. Priemai?? ir ter?al? buvimas ?ymiai suma?ina Epr. Skilimas dujose yra susij?s su sm?gine jonizacija ir pasirei?kia elektros i?krovos forma.

Netiesin?s dielektrik? savyb?s. Tiesin? priklausomyb? P = e 0 kE galioja tik tiems laukams E, kurie yra ?ymiai ma?esni u? intrakristalinius laukus E cr (E cr ma?daug 10 8 V/cm). Nes 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).

Dielektrik? taikymas. Dielektrikai pirmiausia naudojami kaip elektros izoliacin?s med?iagos. Pjezoelektrikai naudojami mechaniniams signalams (poslinkiams, deformacijoms, garso virpesiams) paversti elektriniais ir atvirk??iai (?r. Pjezoelektrinis keitiklis); piroelektriniai - kaip ?vairi? spinduli?, ypa? IR spinduliuot?s, ?iluminiai detektoriai; Feroelektrikai, kurie taip pat yra pjezoelektriniai ir piroelektriniai, taip pat naudojami kaip kondensatori? med?iagos (d?l j? didel?s dielektrin?s konstantos), taip pat netiesiniai elementai ir atminties elementai ?vairiuose ?renginiuose. Dauguma optini? med?iag? yra dielektrikai.

Lit.: Frelikh G. Dielektrik? teorija. M., 1960; Hippel A.R. Dielektrikai ir bangos. M., 1960; Feynman R., Layton R., Sands M. Feynman paskaitas apie fizik?. M., 1966. Laida. 5: Elektra ir magnetizmas; Kala?nikovas S.G. Elektra. 5-asis leidimas M., 1985 m.

A. P. Levanyukas, D. G. Sannikovas.

Dielektrikai yra med?iagos, kurios nepraleid?ia arba praleid?ia elektr?. ?krovimo laikikli? dielektrikuose tankis ne didesnis kaip 108 vienetai kubiniame centimetre. Viena i? pagrindini? toki? med?iag? savybi? yra geb?jimas poliarizuotis elektriniame lauke.

Dielektrikus apib?dinantis parametras vadinamas dielektrine konstanta, kuri gali tur?ti dispersij?. Dielektrikai yra chemi?kai grynas vanduo, oras, plastikai, dervos, stiklas ir ?vairios dujos.

Dielektrik? savyb?s

Jei med?iagos tur?t? savo heraldik?, Ro?elio druskos herb? tikrai puo?t? vynuog?s, histerez?s kilpa ir daugelio ?iuolaikinio mokslo ir technikos ?ak? simbolika.

Rochelle druskos kilm? siekia 1672 m. Kai pranc?z? vaistininkas Pierre'as Segnet pirm? kart? i? vynuogi? i?gavo bespalvius kristalus ir panaudojo juos medicininiais tikslais.

Tuo metu dar buvo ne?manoma ?sivaizduoti, kad ?ie kristalai turi nuostabi? savybi?. ?ios savyb?s suteik? mums teis? atskirti specialias grupes nuo daugyb?s dielektrik?:

• Pjezoelektra.
• Piroelektra.
• Ferroelektrikai.

Nuo Farad?jaus laik? buvo ?inoma, kad dielektrin?s med?iagos yra poliarizuojamos i?oriniame elektriniame lauke. ?iuo atveju kiekviena elementari l?stel? turi elektrin? moment?, pana?? ? elektrin? dipol?. O bendras dipolio momentas t?rio vienetui lemia poliarizacijos vektori?.

?prastiniuose dielektrikuose poliarizacija vienareik?mi?kai ir tiesi?kai priklauso nuo i?orinio elektrinio lauko dyd?io. Tod?l beveik vis? dielektrik? dielektrinis jautrumas yra pastovus.

P/E=X=konst

Daugumos dielektrik? kristalin?s gardel?s sudarytos i? teigiam? ir neigiam? jon?. I? kristalini? med?iag? did?iausi? simetrij? turi kristalai su kubin?mis gardel?mis. I?orinio elektrinio lauko ?takoje kristalas poliarizuojasi ir jo simetrija ma??ja. Kai i?nyksta i?orinis laukas, kristalas atkuria savo simetrij?.

Kai kuriuose kristaluose elektrin? poliarizacija gali atsirasti spontani?kai, nesant i?orinio lauko. Taip atrodo gadolinio molibdenato kristalas poliarizuotoje ?viesoje. Paprastai spontani?ka poliarizacija yra netolygi. Kristalas yra padalintas ? domenus – sritis su vienoda poliarizacija. Daugiadomen?s strukt?ros suk?rimas suma?ina bendr? poliarizacij?.

Piroelektra

Piroelektrikoje spontani?kos poliarizacijos ekranai su nemokamais ?krovimais, kurie panaikina suri?tus kr?vius. Kaitinant piroelektr?, pasikei?ia jo poliarizacija. Lydymosi temperat?roje piroelektrin?s savyb?s visi?kai i?nyksta.

Kai kurie piroelektriniai gaminiai priskiriami feroelektriniams gaminiams. J? poliarizacijos krypt? galima pakeisti i?oriniu elektriniu lauku.

Tarp feroelektro poliarizacijos orientacijos ir i?orinio lauko dyd?io yra histerez?s ry?ys.

Pakankamai silpnuose laukuose poliarizacija tiesi?kai priklauso nuo lauko stiprumo. Toliau did?jant, visi domenai orientuojami lauko kryptimi, pereinant ? prisotinimo re?im?. Kai laukas suma?inamas iki nulio, kristalas lieka poliarizuotas. CO segmentas vadinamas likutine poliarizacija.

Laukas, kuriame kinta poliarizacijos kryptis, atkarpa DO vadinamas priverstine j?ga.

Galiausiai kristalas visi?kai pakei?ia poliarizacijos krypt?. Kit? kart? pakeitus lauk?, poliarizacijos kreiv? u?sidaro.

Ta?iau feroelektrin? kristalo b?sena egzistuoja tik tam tikrame temperat?ros diapazone. Vis? pirma, Rochelle druska turi du Curie ta?kus: -18 ir +24 laipsnius, kuriuose vyksta antrosios eil?s fazi? per?jimai.

Feroelektrin?s grup?s

Mikroskopin? fazi? virsm? teorija feroelektrikus padalija ? dvi grupes.

Pirmoji grup?

Bario titanatas priklauso pirmajai grupei ir, kaip dar vadinama, poslinkio tipo feroelektrik? grupei. Nepolin?je b?senoje bario titanatas turi kubin? simetrij?.

Fazinio per?jimo ? polin? b?sen? metu jonin?s subgardel?s pasislenka ir kristalin?s strukt?ros simetrija ma??ja.

Antroji grup?

Antrajai grupei priklauso natrio nitrato tipo kristalai, kuri? nepolin? faz? turi netvarking? strukt?rini? element? gardel?. ?ia faz?s per?jimas ? polin? b?sen? yra susij?s su kristal? strukt?ros tvarka.

Be to, skirtinguose kristaluose gali b?ti dvi ar daugiau tik?tin? pusiausvyros pad??i?. Yra kristal?, kuriuose dipolio grandin?s turi antilygiagre?i? orientacij?. Bendras toki? kristal? dipolio momentas lygus nuliui. Tokie kristalai vadinami antiferoelektriniais.

Juose poliarizacijos priklausomyb? yra tiesin?, iki kritin?s lauko reik?m?s.

Tolesn? lauko stiprumo padid?jim? lydi per?jimas prie feroelektrin?s faz?s.

Tre?ioji grup?

Yra ir kita kristal? grup? – feroelektrikai.

J? dipoli? moment? orientacija yra tokia, kad viena kryptimi jie turi antiferoelektrik?, o kita kryptimi – feroelektrik? savybes. Faziniai per?jimai feroelektrikoje yra dviej? tip?.

At antros eil?s faz?s per?jimas Curie ta?ke spontani?ka poliarizacija skland?iai suma??ja iki nulio, o dielektrinis jautrumas, smarkiai kintantis, pasiekia mil?ini?kas reik?mes.

Pirmos eil?s faz?s per?jimo metu poliarizacija staiga i?nyksta. Elektros jautrumas taip pat staigiai kei?iasi.

Didel? feroelektrik? dielektrin? konstanta ir elektrin? poliarizacija daro juos perspektyviomis med?iagomis ?iuolaikin?ms technologijoms. Pavyzd?iui, skaidrios feroelektrin?s keramikos netiesin?s savyb?s jau pla?iai naudojamos. Kuo ?viesesn? ?viesa, tuo labiau j? sugeria special?s akiniai.

Tai veiksmingai padeda apsaugoti darbuotoj? reg?jim? kai kuriose pramon?s ?akose, kurios apima staigius ir intensyvius ?viesos blyksnius. Feroelektriniai kristalai, turintys elektrooptin? efekt?, naudojami informacijai perduoti naudojant lazerio spindul?. Matymo linijos ribose kristale imituojamas lazerio spindulys. Tada spindulys patenka ? pri?mimo ?rangos kompleks?, kuriame informacija izoliuojama ir atkuriama.

Pjezoelektrinis efektas

1880 metais broliai Curie i?siai?kino, kad Ro?elio druskos deformacijos metu jos pavir?iuje atsirado poliarizacijos kr?vi?. ?is rei?kinys buvo vadinamas tiesioginiu pjezoelektriniu efektu.

Jei kristal? veikia i?orinis elektrinis laukas, jis pradeda deformuotis, tai yra, atsiranda atvirk?tinis pjezoelektrinis efektas.

Ta?iau ?ie poky?iai nepastebimi kristaluose, kuri? simetrijos centras yra, pavyzd?iui, ?vino sulfide.

Jei tok? kristal? veikia i?orinis elektrinis laukas, neigiam? ir teigiam? jon? subgardel?s pasislinks prie?ingomis kryptimis. Tai veda ? kristal? poliarizacij?.

?iuo atveju stebime elektrostrikcij?, kurios metu deformacija yra proporcinga elektrinio lauko kvadratui. Tod?l elektrostrikcija priskiriama lygiam efektui.

DX1=DX2

Jei toks kristalas yra i?temptas arba suspaustas, tada teigiam? dipoli? elektriniai momentai bus lyg?s neigiam? dipoli? elektriniams momentams. Tai yra, dielektriko poliarizacija nekinta, o pjezoelektrinis efektas nepasirei?kia.

Ma?os simetrijos kristaluose deformacijos metu atsiranda papildomos atvirk?tinio pjezoelektrinio efekto j?gos, neutralizuojan?ios i?orinius poveikius.

Taigi kristale, kuriame n?ra kr?vio pasiskirstymo simetrijos centro, poslinkio vektoriaus dydis ir kryptis priklauso nuo i?orinio lauko dyd?io ir krypties.

D?l to galima atlikti ?vairi? tip? pjezokristal? deformacijas. Suklijuodami pjezoelektrines plok?tes galite gauti element?, kuris veikia suspaud?iant.

?ioje konstrukcijoje pjezoelektrin? plok?t? susilenkia.

Pjezokeramika

Jei tokiam pjezoelektriniam elementui taikomas kintamasis laukas, jame bus su?adinami elastingi virpesiai ir kils akustin?s bangos. Pjezokeramika naudojama pjezoelektriniams gaminiams gaminti. Tai feroelektrini? jungini? polikristalai arba j? pagrindu pagaminti kietieji tirpalai. Kei?iant keramikos komponent? sud?t? ir geometrines formas, galima valdyti jos pjezoelektrinius parametrus.

Tiesioginiai ir atvirk?tiniai pjezoelektriniai efektai naudojami ?vairioje elektronin?je ?rangoje. Daugelis elektroakustin?s, radioelektronin?s ir matavimo ?rangos komponent?: bangolaid?iai, rezonatoriai, da?ni? daugikliai, mikroschemos, filtrai veikia naudodami pjezokeramikos savybes.

Pjezoelektriniai varikliai

Aktyvusis pjezoelektrinio variklio elementas yra pjezoelektrinis elementas.

Vienu kintamojo elektrinio lauko ?altinio virpesi? periodu jis i?sitempia ir s?veikauja su rotoriumi, o kitu gr??ta ? pradin? pad?t?.

Puikios elektrin?s ir mechanin?s charakteristikos leid?ia pjezo varikliui s?kmingai konkuruoti su ?prastomis elektrin?mis mikroma?inomis.

Pjezoelektriniai transformatoriai

J? veikimo principas taip pat pagr?stas pjezokeramikos savybi? panaudojimu. Veikiant ??jimo ?tampai, ?adintuve atsiranda atvirk?tinis pjezoelektrinis efektas.

Deformacin?s bangos perduodamos ? generatoriaus sekcij?, kur d?l tiesioginio pjezoelektrinio poveikio kinta dielektriko poliarizacija, d?l to pasikei?ia i??jimo ?tampa.

Kadangi pjezotransformatoriaus ??jimas ir i??jimas yra galvani?kai izoliuoti, ?vesties signalo konvertavimo ? ?tamp? ir srov? funkcionalumas, suderinant j? su ??jimo ir i??jimo apkrova, yra geresnis nei ?prast? transformatori?.

T?siami ?vairi? feroelektros ir pjezoelektros rei?kini? tyrimai. Neabejotina, kad ateityje atsiras ?rengini?, pagr?st? naujais ir stebinan?iais fiziniais efektais kietose med?iagose.

Dielektrik? klasifikacija

Priklausomai nuo ?vairi? veiksni?, j? izoliacin?s savyb?s skiriasi, o tai lemia j? naudojimo srit?. ?emiau esan?ioje diagramoje parodyta dielektrik? klasifikacijos strukt?ra.

Dielektrikai, susidedantys i? neorganini? ir organini? element?, i?populiar?jo ?alies ekonomikoje.

Neorganin?s med?iagos – Tai anglies junginiai su ?vairiais elementais. Anglis pasi?ymi dideliu geb?jimu sudaryti cheminius junginius.

Mineraliniai dielektrikai

?io tipo dielektrikai atsirado vystantis elektros pramonei. Gerokai patobulinta mineralini? dielektrik? ir j? r??i? gamybos technologija. Tod?l tokios med?iagos jau pakei?ia cheminius ir nat?ralius dielektrikus.

Mineralin?s dielektrin?s med?iagos apima:

Stiklas(kondensatoriai, lempos) – amorfin? med?iaga, susidedanti i? sud?ting? oksid? sistemos: silicio, kalcio, aliuminio. Jie pagerina med?iagos dielektrines savybes.
Stiklo emalis– tepamas ant metalinio pavir?iaus.
Stiklo pluo?tas– stiklo si?lai, i? kuri? gaminami stiklo pluo?to audiniai.
?viesos vadovai– ?viesai laidus stiklo pluo?tas, pluo?t? pluo?tas.
Sitalsai– kristaliniai silikatai.
Keramika– porcelianas, steatitas.
??rutis– mikaleksas, ??ru?io plastikas, mikanitas.
Asbestas– skaidulin?s strukt?ros mineralai.

?vair?s dielektrikai ne visada pakei?ia vienas kit?. J? taikymo sritis priklauso nuo kainos, naudojimo paprastumo ir savybi?. Be izoliacini? savybi?, dielektrikams taikomi ?iluminiai ir mechaniniai reikalavimai.

Skysti dielektrikai

Naftos alyvos

Transformatoriaus alyva pilamas ? . Tai populiariausia elektros in?inerijoje.

Kabeli? alyvos naudojamas gamyboje. Jie impregnuoja popierin? kabeli? izoliacij?. Tai padidina elektros stiprum? ir i?sklaido ?ilum?.

Sintetiniai skysti dielektrikai

Norint impregnuoti kondensatorius, norint padidinti talp?, reikia skysto dielektriko. Tokios med?iagos yra skysti dielektrikai sintetiniu pagrindu, prana?esni u? naftos alyvas.

Chlorinti angliavandeniliai susidaro i? angliavandenili?, vandenilio atom? molekules pakeitus chloro atomais. Labai populiar?s yra poliarinio bifenilo gaminiai, kuriuose yra C 12 H 10 -nC Ln.

J? prana?umas yra atsparumas degimui. Vienas i? tr?kum? yra j? toksi?kumas. Chlorint? bifenil? klampumas yra didelis, tod?l juos tenka skiesti ma?iau klampiais angliavandeniliais.

Organiniai silicio skys?iai turi ma?? higroskopi?kum? ir atsparum? auk?tai temperat?rai. J? klampumas labai ma?ai priklauso nuo temperat?ros. Tokie skys?iai yra brang?s.

Fluororganiniai skys?iai turi pana?ias savybes. Kai kurie skys?i? m?giniai gali ilg? laik? veikti 2000 laipsni? temperat?roje. Tokie oktolio pavidalo skys?iai susideda i? izobutileno polimer? mi?inio, gauto i? naftos krekingo duj? produkt?, ir yra pig?s.

Nat?ralios dervos

Kanifolija yra padidinto trapumo derva, gaunama i? dervos (pu?ies dervos). Kanifolija susideda i? organini? r?g??i?, kaitinant lengvai tirpsta naftos alyvose, taip pat kituose angliavandeniliuose, alkoholyje ir terpentine.

Kanifolijos mink?t?jimo temperat?ra yra 50-700 laipsni?. Lauke kanifolija oksiduojasi, grei?iau sumink?t?ja, pras?iau tirpsta. Kabeliams impregnuoti naudojama kanifolija, i?tirpinta naftos alyvoje.

Augaliniai aliejai

?ie aliejai yra klamp?s skys?iai, gaunami i? ?vairi? augal? s?kl?. Svarbiausi yra d?iovinimo aliejai, kurie kaitinami gali sukiet?ti. Plonas alyvos sluoksnis ant med?iagos pavir?iaus i?d?i?vus sudaro kiet?, patvari? elektros izoliacin? pl?vel?.

Alyvos d?iovinimo greitis did?ja did?jant temperat?rai, ap?vietimui ir naudojant katalizatorius-d?iovintuvus (kobalto, kalcio ir ?vino junginius).

S?men? aliejus turi aukso geltonumo spalv?. Jis gaunamas i? lin? s?kl?. S?men? aliejaus stingimo temperat?ra yra -200 laipsni?.

Tungo aliejus pagamintas i? tungo med?io s?kl?. ?is medis auga Tolimuosiuose Rytuose, taip pat Kaukaze. ?is aliejus yra netoksi?kas, bet ne maistinis. Tungo aliejus kiet?ja 0-50 laipsni? temperat?roje. Tokios alyvos naudojamos elektrotechnikoje lakams, lakuotiems audiniams gaminti, medienai impregnuoti, taip pat kaip skysti dielektrikai.

Ricinos aliejus naudojamas kondensatoriams impregnuoti popieriniu dielektriku. ?is aliejus gaunamas i? ricinos pupeli? s?kl?. Kiet?ja -10 -180 laipsni? temperat?roje. Ricinos aliejus lengvai tirpsta etilo alkoholyje, bet netirpsta benzine.

Elektrin?s savyb?s

Dielektrik? elektrin?s savyb?s apima poliarizacij?, elektrin? laidum?, dielektrinius nuostolius ir gedim?.

Dielektrik? poliarizacija. Dielektrikas, esantis tarp elektrod?, ? kuriuos tiekiama elektros ?tampa, yra poliarizuotas.

Poliarizacija - yra procesas, susidedantis i? riboto suri?t?j? kr?vi? poslinkio arba orientacijos dielektrikoje, kai juos veikia elektrinis laukas.

Bet kurioje med?iagoje, ?skaitant dielektrik?, nepriklausomai nuo to, ar joje yra laisv? elektros kr?vi?, ar j? nebuvimo, visada yra suri?t? kr?vi?: atomini? apvalkal? elektron?, atom? branduoli?, jon?. Veikiant i?oriniam elektriniam laukui, susij? elektros kr?viai dielektrike pasislenka i? savo pusiausvyros pad??i?: teigiami ? neigiam? elektrod?, o neigiami – prie?inga kryptimi (5.1 pav.).

Dielektrikuose, kuriuose yra dipoli? molekuli?, kai jie yra poliarizuoti, stebima dipoli? orientacija elektriniame lauke. Poliarizacija lemia dielektriko susidarym? kiekviename elementiniame t?ryje dV sukeltas (indukuotas) elektrinis sukimo momentas dp.

Dielektriko poliarizacijos laipsnis apskai?iuojamas pagal santykin? dielektrin? konstant?. Kuo didesn? jo vert?, tuo dielektrikas labiau poliarizuotas.

Santykin? dielektrin? konstanta yra tam tikru dielektriku turin?io kondensatoriaus ?krovos ir ?krovos santykis 0 t? pa?i? matmen? vakuuminis kondensatorius, ta pati elektrodo konfig?racija, esant tokiai pat ?tampai:

kur yra kondensatoriaus ?krova, kai tarp plok??i? yra dielektrikas; 0 - kondensatoriaus, kuriame dielektrikas yra vakuuminis, ?krova; - ?krovimas d?l poliarizacijos.

Ry?iai. 5.1 Kr?vi? i?sid?stymo poliarizuotame dielektrike diagrama: 1 - dielektrikas; 2- elektrod? gaubtai; S yra kiekvienos plok?t?s plotas; h- atstumas tarp elektrod? (dielektrinio sluoksnio storis).

Taigi

(37)

Dielektrin? konstanta yra kiekybin? charakteristika, ji visada didesn? u? vienet?.

Kai tarp kondensatoriaus plok??i? yra vakuumas,

Kur - vakuumo dielektrin? konstanta.

Kondensatoriaus, kuriame dielektrikas yra vakuuminis, talpa yra Nuo 0 nustatoma pagal ?i? formul?:

Vienod? matmen? kondensatoriaus su dielektriku talpa

Kur h- dielektrinis storis, m.

Taigi santykin? dielektrin? konstanta:

Dielektrin?s konstantos padid?jimas rodo, kad kondensatoriaus, turin?io tam tikr? dielektrik?, talpa padid?ja, palyginti su kondensatoriaus, kurio tarp plok??i? yra vakuumas, talpa.

Priklausomai nuo dielektriko sandaros ir jo agregacijos b?senos, i?skiriama elektronin?, jonin?, dipolin?, migracin?, spontanin? ir rezonansin? poliarizacija.

Elektronin? poliarizacija yra elektron? orbit? poslinkis teigiamai ?krauto branduolio at?vilgiu, veikiant i?oriniam elektriniam laukui. Jis nustatomas per labai trump? laik? pritaikius elektrin? lauk? ir siekia c. Did?jant atom? dyd?iui, did?ja elektroninis poliarizavimas.

Elektronin? poliarizacija vyksta visuose bet kurios med?iagos atomuose, taigi ir visuose dielektrikuose, neatsi?velgiant ? tai, ar juose yra kit? tip? poliarizacijos. Jonin?s strukt?ros med?iagoms b?tinas ne atom?, o jon? elektroninis poliarizavimas.

Judan?i? kr?vi? statin?s pusiausvyros nustatymo elektrinio lauko at?vilgiu v?lavimas vadinamas atsipalaidavimas poliarizacija.

Elektronin? relaksacin? poliarizacija pasirei?kia med?iagose, turin?iose elektronin?s strukt?ros defekt?.

Jonin? poliarizacija yra poslinkis vienas kito at?vilgiu i? prie?ingai ?kraut? jon? pusiausvyros pad?ties iki ma?esnio nei kristalin?s gardel?s konstantos atstumo med?iagose su joniniais ry?iais. Jis taip pat nustatomas per trump?, bet vis tiek ilgesn? nei naudojant elektronin? poliarizacij?, laik? s.

Jonin? poliarizacija, kaip ir elektronin?, nesusijusi su energijos nuostoliais ir nepriklauso nuo da?nio.

Jon? relaksacin? poliarizacija b?dinga joniniams dielektrikams, kuri? strukt?rini? daleli? fiksacija yra gana silpna (pavyzd?iui, izoliacinis porcelianas, kar??iui atspari keramika, ?arminis izoliacinis stiklas). J? lydi elektros energijos i?sklaidymas ir priklauso nuo srov?s temperat?ros bei da?nio.

Dipolio poliarizacija susideda i? dipolio molekuli? sukimosi (orientacijos) i?orinio elektrinio lauko kryptimi.

Poliarizacija dipolio poliarizacijoje ma??ja po to, kai pa?alinama taikoma ?tampa, t.y. vyksta dipolio relaksacin? poliarizacija.

Migracin? poliarizacij? sukelia laid?i? ir puslaidininki? intarp? ir sluoksni? su skirtingu laidumu techniniuose dielektrikuose.

Kai nehomogenin?s med?iagos patenka ? elektrin? lauk?, laisvieji elektronai ir jonai pradeda jud?ti (migruoti) kiekviename intarpe ir kaupiasi prie ribos, sudarydami poliarizuotus regionus.

Spontani?ka (spontani?ka) poliarizacija stebima dielektrikuose su domeno strukt?ra, kai, prie? taikant i?orin? elektrin? lauk?, tokios med?iagos jau turi ma?as poliarizuotas sritis.

I?orinis laukas orientuoja sritis, kuri? elektrini? moment? vektoriai yra atsitiktinai orientuoti ir kompensuojami med?iagos t?ryje, o dielektrikas yra poliarizuotas.

Esant spontaninei poliarizacijai, pastebimi dideli dielektriniai nuostoliai ir ry?ki dielektrin?s konstantos priklausomyb? nuo temperat?ros ir elektrinio lauko stiprumo. Dielektrin? konstanta gali pasiekti labai auk?tas vertes (iki 100 000).

Tokio tipo poliarizacij? turin?ios med?iagos vadinamos ferodielektrikai(Rochelle druska, bario titanatas BaTiO2, stroncio titanatas SrTiO3 ir kt.).

Rezonansin? poliarizacija pasirei?kia ypa? auk?t? da?ni? dujose ir kietuose dielektrikuose su kristalin?s strukt?ros defektais.

Priklausomai nuo poliarizacijos mechanizmo, visi dielektrikai gali b?ti suskirstyti ? polinius ir nepolinius.

Poliariniai dielektrikai sudaro med?iag? grup?, kurioje yra nuolatini? elektrini? dipoli?, kurie gali persiorientuoti i?oriniame elektriniame lauke.

Poliariniuose dielektrikuose stebima elektronin? ir dipolio relaksacin? poliarizacija. Jie turi blogesnes elektrines savybes, palyginti su nepoliniais dielektrikais, ir yra naudojami kaip elektros izoliacin?s med?iagos ?emo da?nio diapazone.

Polivinilchloridas, epoksidin?s dervos, fluoroplastas - 3, organinis stiklas ir kt. yra poliniai.

Nepoliniai dielektrikai sudaro grup? med?iag?, kuriose n?ra dielektrini? dipoli?, kurie gali persiorientuoti i?oriniame elektriniame lauke.

Nepoliniuose dielektrikuose daugiausia stebima elektronin? poliarizacija. Jos naudojamos kaip auk?tos kokyb?s elektros izoliacin?s med?iagos auk?to ir itin auk?to da?nio technologijose.

Nepoliniai yra oras, polistirenas, polietilenas, fluoroplastas-4, benzenas ir kt.

Dielektrik? elektrinis laidumas. Dielektrin?s med?iagos turi tam tikr? elektrin? laidum?, kuris yra susij?s su kryptingu ?kraut? daleli? (elektron?, jon?, molion?) jud?jimu.

Dielektrik? elektrinis laidumas daugeliu atvej? yra joninio pob?d?io, t.y. kr?vininkai yra jonai.

Dielektrik? elektrinis laidumas apskai?iuojamas pagal savit?j? elektrin? var?? nuolatinei srovei, Ohm*m,

Kur adresu- savitasis elektros laidumas, S/m.

Kai dielektrikas yra prijungtas prie pastovios ?tampos grandin?s, ?vyksta staigus srov?s ?uolis, o tada jis suma??ja iki pastovios vert?s. ?i pastovi vert? vadinama srove per laidum? I sk.

Paprastai vadinama laikui b?gant ma??janti srov?, kuri? sukelia nemokam? mokes?i? perskirstymas absorbcija I ab.

Srov? lydinti elektronin? ir jon? poliarizacija vadinama srove kompensacijos; jo momentin? vert? rei?kia A? cm.

Taigi srov?, einanti per dielektrik?, yra poslinkio srovi? suma A? cm, absorbcija A? ab ir nuo galo iki galo A? sc.

I = I cm +A? ab +a? sk(43)

Kadangi sugerties srov? greitai ma??ja, izoliacini? med?iag? elektrin? laidum? esant pastoviai ?tampai lemia srove:

Kur I sk = I – I cm – I ab- per laidumo srov?; a?- bendra srov?, A;

U- taikoma ?tampa, V.

Nustatant dielektriko elektrin? laidum?, reikia i?matuoti srov? kada I cm + I ab = 0

Atsi?velgiant ? elektros gamini? konstrukcij?, ?prasta atskirti specifin? t?rin? elektrin? var?? ir specifin? pavir?iaus elektrin? var?? .

Savitoji t?rin? elektrin? var?a pv nustato izoliacijos savybes, kai pagrindin? srov? nutek?ja per didel? med?iag?, pavyzd?iui, ekranuotu elektros laidu.

Savitoji t?rin? elektrin? var?a pv, yra skaitine prasme lygi med?iag? pavyzd?io var?ai kubo formos su vieneto dyd?io briauna, kai ?tampa yra tiekiama dviem prie?ingiems jo pavir?iams. Plok?ti pavyzd?iai:

, (om?*m) (45)

Kur RV- m?ginio t?rin? var?a nuolatinei srovei. Ohm; S- elektrod?, besilie?ian?i? su tiriamuoju pavyzd?iu, plotas, m 2 ; b- bandini? storis, m.

Savitoji pavir?iaus elektrin? var?a r s yra kritin? charakteristika vertinant izoliacines med?iagas komponentuose, tokiuose kaip linijos izoliatoriai.

Specifinis pavir?iaus atsparumas r s yra skaitine prasme lygus med?iagos pavyzd?io var?ai kvadrato formos, kurios kra?tin? yra vieneto dyd?io, kai srov? teka per dvi prie?ingas puses:

, (om?*m) (46)

Kur R- m?ginio med?iagos, esan?ios tarp elektrod?, pavir?iaus var?a, Ohm; / - elektrod? ilgis; h- atstumas tarp elektrod?, m.

Kiet?j? dielektrik? savitasis t?ris ir pavir?iaus elektrin? var?a p priklauso nuo temperat?ros, dr?gm?s ir taikomos ?tampos dyd?io.

Daugelio izoliacini? med?iag? elektrinis laidumas priklauso ne tik nuo strukt?ros ir chemin?s sud?ties, bet ir nuo j? gamybos technologijos.

Kiet?j? dielektrik? pavir?iaus elektrin? laidum? lemia adsorbuot? vandens koloidini? pl?veli? buvimas j? strukt?roje. Vandens at?vilgiu izoliacin?s med?iagos skirstomos ? ne?lapias ir dr?kinamas. Nedr?kstan?ioms med?iagoms priskiriami, pavyzd?iui, va?kai, gintaras, polistirenas ir kt. J? pavir?iaus laidumas yra ma?as ir nepriklauso nuo oro dr?gm?s. Dr?kinamos med?iagos yra elektr? izoliuojantis stiklas, marmuras, popierius ir daugelio r??i? plastikai. J? elektrinis laidumas priklauso nuo aplinkos dr?gm?s.

Dielektriniai nuostoliai. Dielektriniai nuostoliai yra susij? su sud?tingais rei?kiniais, kurie atsiranda med?iagoje, kai j? veikia elektrinis laukas. Jie pasirodo esant nuolatinei ir kintamajai srovei. Ta?iau dielektriko kokybei esant nuolatinei srovei da?niausiai b?dingi ne dielektriniai nuostoliai, o savitasis t?ris ir pavir?iaus var?os.

Kai bet kuri med?iaga veikia elektrin? lauk?, dalis jos sunaudojamos elektros energijos paver?iama ?iluma ir i?sisklaido.

I?sklaidyta dielektriko sugertos elektros energijos dalis vadinama dielektriniai nuostoliai.

Ry?iai. 5.2. Srov?s tankio dielektrike vektorin? diagrama:

Visos srov?s poslinkio kampas idealaus dielektriko srov?s at?vilgiu; adresu- faz?s poslinkio kampas tarp srov?s ir ?tampos;

Jcm- poslinkio srov?s tankis;

Jpr- laidumo srov?s tankis; J- bendras srov?s tankis

Dielektrike, esan?iame ? kintam?j? elektrin? lauk?, kurio stiprumas E ir kampinio da?nio, atsiranda poslinkio srov? ir laidumo srov? (5.2 pav.). Kampas tarp dielektrini? kintamosios srov?s tankio vektori? J ir poslinkio srov? J kompleksin?je plok?tumoje vadinamas dielektrini? nuostoli? kampas.?io kampo liestin? yra vienas svarbiausi? ne tik dielektrik?, bet ir kondensatori?, izoliatori? bei kit? elektros izoliacini? med?iag? parametr?. Dielektrini? nuostoli? liestin? nustato aktyvi?j? gali?, kuri prarandama dielektrikoje, veikian?ioje esant kintamajai ?tampai. Jis i?rei?kiamas laidumo srov?s tankio santykiu J pr pakeisti srov?s tank? J cm:

Bedimensinio parametro ?vedimas yra patogus, nes jis nepriklauso nuo izoliacijos sekcijos formos ir dyd?io, o lemia tik dielektrin?s med?iagos savyb?s.

Kuo didesnis dielektrini? nuostoli? tangentas, tuo didesnis dielektriko ?kaitimas tam tikro da?nio ir ?tampos elektriniame lauke.

Suskirstymas. Laid?io kanalo susidarymo dielektrike veikiant elektriniam laukui rei?kinys vadinamas suskirstymas.

Jei laidus kanalas pereina nuo vieno elektrodo prie kito ir juos trumpai sujungia, ?vyksta visi?kas gedimas.

Jei laidus kanalas nepasiekia bent vieno i? elektrod?, ?vyksta nepilnas gedimas.

Dalinio gedimo metu prasiskverbia tik kieto dielektriko duj? arba skys?io intarpas.

Kietuosiuose dielektrikuose, be skilimo pagal t?r?, galimas skilimas i?ilgai pavir?iaus.

Minimali ?tampa, sukelianti dielektrin? gedim?, vadinama stulbinantis?tampa Upr. Pertraukimo ?tampa Upr did?ja did?jant dielektriko storiui h. Nor?dami apib?dinti med?iagos geb?jim? atsispirti sunaikinimui elektriniame lauke, naudokite elektrinio lauko stiprum?, kuriam esant vyksta gedimas, mV/m,

Kur Auk?tyn – teigiamos dielektriko ?tampos, kuriai esant ?vyko gedimas, dydis, kV; h- med?iagos storis gedimo vietoje, m.

Vienodo elektrinio lauko, sukelian?io gedim?, intensyvumas vadinamas elektrinis stiprumas.

Dujini?, skyst?j? ir kiet?j? dielektrik? skilimo mechanizmai turi dideli? skirtum?.

Saugumo klausimai:

1. ? kokias grupes galima skirstyti dielektrikus pagal paskirt?, agregacijos b?sen? ir chemin? pagrind??

2. Kas yra dielektriko poliarizacija?

3. Kaip vertinamas dielektriko poliarizacijos laipsnis?

4. Kaip pagal kondensatoriaus ?krov? ir talp? nustatyti santykin? dielektrin? konstant??

5. I?vardykite poliarizacijos tipus. Kokia j? esm??

6. Kaip nustatomas dielektriko t?ris ir pavir?iaus laidumas?

7. Kas yra dielektriniai nuostoliai?

8. Kas yra sugerties srov?, poslinkio srov?, einanti per dielektrin? srov??

9. Kas yra dielektrini? nuostoli? liestin??

10. Kas yra dielektrin? stipris?

1729 m. angl? fizikas Stephenas Gray'us atrado, kad elektros kr?vis gali jud?ti per vienus k?nus, o ne per kitus. Pavyzd?iui, jo eksperimentuose elektra sklinda per metalin? viel?, bet ne per ?ilko si?l?. Nuo tada visos med?iagos prad?tos skirstyti ? elektros laidininkus ir nelaidininkus. Pastaruosius Farad?jus vadino dielektrika.

1837 m. Farad?jaus ?vestas terminas „dielektrikai“ yra kil?s i? dviej? ?od?i? – graiki?ko „dia“ (tai rei?kia „per“) ir angli?ko elektrinio (elektrinis).

Dielektrinis vadinama med?iaga, kuri nelaid?ia elektros srov?s, tod?l ?ioje med?iagoje n?ra laisv? ?kraut? daleli?( tie. tokios ?krautos dalel?s, kurios gali laisvai jud?ti per vis? k?no t?r?). Tokios dalel?s gal?t? b?ti elektronai, ta?iau idealiame dielektrike visi elektronai susieti su atomo branduoliu, t.y. priklauso atskiriems atomams ir negali laisvai jud?ti visame k?ne. Norint nutraukti ?? ry??, reikia stipri? ?takojan?i? veiksni?.

Dielektrikai turi galimyb? per save perduoti elektrostatin? lauk?. Prasiskverb?s per dielektrikus, elektrostatinis laukas susilpn?ja, bet vis tiek ne iki nulio, kaip nutinka metaluose.

Dielektrikai gali b?ti trij? agregacijos b?sen? med?iagos: dujin?s (azotas, vandenilis), skystos (grynas vanduo), kietos (gintaras, porcelianas, kvarcas).

Kiekviena molekul? yra sistema, kurios bendras kr?vis lygus nuliui. Molekul?s elgesys i?oriniame elektriniame lauke prilygsta dipoliui. Teigiamas tokio dipolio kr?vis yra lygus bendram branduoli? kr?viui ir yra teigiam? kr?vi? „svorio centre“; neigiamas kr?vis yra lygus bendram elektron? kr?viui ir yra neigiam? kr?vi? „svorio centre“.

Visi dielektrikai skirstomi ? tris grupes: polinius, nepolinius ir kristalinius.

Kristaliniai dielektrikai turi jonin? strukt?r? ir yra silpnai poliniai dielektrikai.

Tai apima NaCl, KCl.

?d?jus dielektrik? ? elektrin? lauk?, jo t?ryje ir pavir?iuje atsiranda makroskopiniai kr?viai. ?ie kr?viai atsiranda d?l dielektrik? poliarizacijos. Dielektrin? poliarizacija

Dipolio orientacijos procesas vadinamas, t.y. teigiam? ir neigiam? kr?vi? poslinkis dielektriko viduje prie?ingomis kryptimis.

Trys poliarizacijos tipai atitinka tris dielektrik? grupes. Dipolio (orientacin?) poliarizacija.

Elektronin? poliarizacija . Jei nepolin? molekul? patalpinama ? i?orin? elektrin? lauk? E 0, tai veikiant elektriniam laukui jos elektron? orbitos deformuojasi ir dielektrik? molekul?s virsta dipoliais, i? karto orientuotais i?ilgai i?orinio lauko (molekul?s branduoliai pasislenka). palei lauk?, o elektron? apvalkalas i?tiestas prie? lauk? ir molekul? ?gauna dipolio moment?

(12.23 pav.).

Jonin? poliarizacija . Jei kristalinis dielektrikas (NaCl), turintis kristalin? gardel?, kurio mazguose reguliariai kaitaliojasi teigiami ir neigiami jonai, patalpintas ? i?orin? elektrin? lauk? E 0, tai teigiami gardel?s jonai pasislinks lauko kryptimi, o neigiami jonai pasislinks prie?inga kryptimi. D?l to dielektrikas tampa poliarizuotas.

Tokia poliarizacija vadinama jonine. Jonin?s poliarizacijos laipsnis priklauso nuo dielektriko savybi? ir lauko stiprumo.

5.8.2. Skysti dielektrikai

Padalinta ? 3 grupes:

1) Naftos alyvos;

2) sintetiniai skys?iai;

3) augaliniai aliejai.

Skysti dielektrikai naudojami auk?tos ?tampos kabeli?, kondensatori? impregnavimui, transformatori?, jungikli? ir ?vori? u?pildymui. Be to, jie atlieka au?inimo skys?io transformatoriuose, lankinio gesintuvo jungikliuose ir kt.

Naftos alyvos

Naftos alyvos yra parafino angliavandenili? mi?inys ( C n H 2 n+ 2) ir nafteninis (C n H 2 n ) eilutes. Elektros in?inerijoje jos pla?iai naudojamos kaip transformatori?, kabeli? ir kondensatori? alyvos. Alyva, u?pildanti elektros instaliacijos ir gamini? tarpus ir poras, padidina izoliacijos elektrin? stiprum? ir pagerina ?ilumos pa?alinim? i? gamini?.

Transformatoriaus alyva gaunamas i? naftos distiliuojant. Transformatori? alyvos elektrin?s savyb?s labai priklauso nuo alyvos valymo nuo priemai?? kokyb?s, vandens kiekio ir degazavimo laipsnio. Alyvos dielektrin? konstanta 2,2, elektrin? var?a 10 13 om? m.

Transformatori? alyv? paskirtis – padidinti izoliacijos elektrin? stiprum?; pa?alinti ?ilum?; skatinti lanko gesinim? alyvos grandin?s pertraukikliuose, gerinti kokyb? elektros izoliacija elektros gaminiuose: reostatuose, popieriniuose kondensatoriuose, kabeliuose su popierine izoliacija, maitinimo kabeliuose – liejant ir impregnuojant.

Transformatoriaus alyva eksploatacijos metu sensta, tod?l blog?ja jos kokyb?. Alyvos sen?jim? skatina: alyvos s?lytis su oru, pakilusi temperat?ra, kontaktas su metalais (Cu, Рb, Fe), ?viesos poveikis. Siekiant padidinti tarnavimo laik?, aliejus regeneruojamas i?valant ir pa?alinant senstan?ius produktus bei pridedant inhibitori?.

KabelisIr kondensatorius Alyvos skiriasi nuo transformatori? alyv? auk?tesne valymo kokybe.

Sintetiniai skysti dielektrikai

Sintetiniai skysti dielektrikai turi tam tikr? savybi?, kurios yra prana?esn?s u? naftos pagrindu pagamintas elektros izoliacines alyvas.

Chlorinti angliavandeniliai

Sovol – pentachlorbifenilas C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 , gaunamas chloruojant bifenil? 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

Sovolnaudojamas kondensatori? impregnavimui ir u?pildymui. Jis turi didesn? dielektrin? konstant?, palyginti su naftos alyvomis. Sovol dielektrin? konstanta 5,0, elektrin? var?a 10 11 , 10 12 om? m Sovol naudojamas popieriaus stiprumo impregnavimui ir radijo kondensatoriai su padidinta specifine galia ir ?ema darbine ?tampa.

Sovtol – pel?dos mi?inys su trichlorbenzenas. Naudojamas sprogimui atspariems transformatoriams izoliuoti.

Organiniai silicio skys?iai

Labiausiai paplit? yra polidimetilsiloksanas, polidietilsiloksanas, polimetilfenilsiloksanas skys?i?.

Polisiloksano skys?iai - skysti organiniai silicio polimerai ( poliorganosiloksanai), turi tokias vertingas savybes kaip: auk?tas atsparumas kar??iui, cheminis inerti?kumas, ma?as higroskopi?kumas, ?ema stingimo temperat?ra, auk?tos elektrin?s charakteristikos ?vairiuose da?ni? ir temperat?r? diapazonuose.

Skysti poliorganosiloksanai yra ?emo polimerizacijos laipsnio polimeriniai junginiai, kuri? molekul?se yra siloksano atom? grup?

,

kur silicio atomai yra prijungti prie organini? radikal? R: metilo CH3, etilo C2H5, fenilo C6H5 . Poliorganosiloksano skys?i? molekul?s gali tur?ti linijin?, tiesi?kai ?akot? ir ciklin? strukt?r?.

Skystis polimetilsiloksanai gaunamas hidroliz?s b?du dimetildichlorsilanas sumai?ytas su trimetilchlorsilanas .

Gauti skys?iai yra bespalviai, tirp?s aromatiniuose angliavandeniliuose, dichloretane ir daugelyje kit? organini? tirpikli?, netirp?s alkoholiuose ir acetone. Polimetilsiloksanai Jie yra chemi?kai inerti?ki, neturi agresyvaus poveikio metalams ir nes?veikauja su dauguma organini? dielektrik? ir gum?. Dielektrin? konstanta 2,0, 2,8, elektrin? var?a 10 12 Om m, elektrinis stiprumas 12, 20 MV/m

Formul? polidimetilsiloksanas A atrodo kaip

– Si(CH3)3 – O – [ Si(CH 3 ) 2 – O ] n –Si(CH3) = O

Skysti organinio silicio polimerai naudojami kaip:

Polidietilsiloksanai – gaunamas hidroliz?s b?du dietildichlorsilanas Ir trietilchlorsilanas . Jie turi plat? virimo temperat?r? diapazon?. Strukt?ra i?rei?kiama formule:

Savyb?s priklauso nuo virimo temperat?ros. Elektrin?s savyb?s yra tokios pa?ios kaip ir polidimetilsiloksanas.

Skystis polimetilfenilsiloksanai tur?ti strukt?r?, i?reik?t? formule

Gaunamas hidroliz?s b?du fenilmetildichlorsilanai ir tt klampus aliejus. Po apdorojimoNaOHklampumas padid?ja 3 kartus. Atlaiko kaitinim? 1000 valand? iki 250 °C. Elektrin?s savyb?s yra tokios pa?ios kaip ir polidimetilsiloksanas.

At g – ap?vitinimas, organini? silicio skys?i? klampumas labai padid?ja, o dielektrin?s charakteristikos smarkiai pablog?ja. Esant didelei radiacijos dozei, skys?iai virsta guminis mas?s, o po to ? vientis?, trap? k?n?.

Organiniai fluoro skys?iai

Organiniai fluoro skys?iai - Nuo 8 F 16 – nedegios ir atsparios sprogimui, labai atsparus kar??iui(200 °C), turi ma?? higroskopi?kum?. J? poros turi didel? elektrin? gali?. Skys?iai turi ma?? klampum? ir yra lak?s. Jie geriau i?sklaido ?ilum? nei naftos alyvos ir silikoniniai skys?iai.–) n,

yra nepolinis polimeras, turintis linijin? strukt?r?. Gaunamas etileno duj? polimerizacijos b?du C 2 H 4 esant auk?tam sl?giui (iki 300 MPa), arba esant ?emam sl?giui (iki 0,6 MPa). Auk?to sl?gio polietileno molekulin? mas? yra 18000–40000, ma?o tankio polietileno – 60000–800000.

Polietileno molekul?s turi galimyb? suformuoti med?iagos plotus su tvarkingu grandini? i?sid?stymu (kristalitais), tod?l polietilenas susideda i? dviej? fazi? (kristalin?s ir amorfin?s), kuri? santykis lemia jo mechanines ir ?ilumines savybes. Amorfinis suteikia med?iagai elastingumo, o kristalinis – standum?. Amorfin?s faz?s stikl?jimo temperat?ra yra +80 °C. Kristalin? faz? turi auk?tesn? atsparumas kar??iui.

Kristalin?s faz?s polietileno molekuli? agregatai yra ortorombin?s strukt?ros sferulitai. Kristalin?s faz?s kiekis (iki 90%) ma?o tankio polietilene yra didesnis nei didelio tankio polietilene (iki 60%). D?l didelio kristali?kumo ma?o tankio polietilenas turi auk?tesn? lydymosi temperat?r? (120 -125 °C) ir didesn? atsparum? tempimui. Polietileno strukt?ra labai priklauso nuo au?inimo re?imo. Greitai au?inant, susidaro ma?i sferulitai, o l?tai – dideli. Greitai au?inamas polietilenas yra lankstesnis ir ma?iau kietas.

Polietileno savyb?s priklauso nuo molekulin?s mas?s, grynumo ir pa?alini? priemai??. Mechanin?s savyb?s priklauso nuo polimerizacijos laipsnio. Polietilenas pasi?ymi dideliu cheminiu atsparumu. Kaip elektros izoliacin? med?iaga, ji pla?iai naudojama kabeli? pramon?je ir izoliuot? laid? gamyboje.

?iuo metu gaminami ?ie polietileno ir polietileno gamini? tipai:

1. ?emo ir auk?to sl?gio polietilenas - (n.d.) ir (v.d.);

2. ma?o tankio polietilenas kabeli? pramonei;

3. ma?os molekulin?s mas?s didelio arba vidutinio sl?gio polietilenas;

4. akytasis polietilenas;

5. polietileno specialios ?arnos plastikas;

6. polietilenas, skirtas HF kabeli? gamybai;

7. elektrai laidus polietilenas kabeli? pramonei;

8. polietilenas, u?pildytas suod?iais;

9. chlorosulfonuotas polietilenas;

10. polietileno pl?vel?.

Fluoroplastikai

Yra keletas fluoroangliavandeni? polimer? tip?, kurie gali b?ti poliniai arba nepoliniai.

Panagrin?kime tetrafluoretileno duj? polimerizacijos reakcijos produkto savybes

(F 2 C = CF 2).

Fluoroplastika – 4(politetrafluoretilenas) – bir?s balti milteliai. Molekuli? strukt?ra atrodo taip

PTFE molekul?s turi simetri?k? strukt?r?. Tod?l fluoroplastas yra nepolinis dielektrikas

Molekul?s simetrija ir didelis grynumas u?tikrina auk?t? elektrini? savybi? lyg?. Didesn? ry?io energija tarp C ir F suteikia jam didel? atsparum? ?al?iui ir atsparumas kar??iui. I? jo pagaminti radijo komponentai gali veikti nuo -195 ? +250°C. Nedegi, chemi?kai atspari, nehigroskopi?ka, hidrofobi?ka ir nepaveikta pel?sio. Elektrin? var?a yra 10 15 , 10 18 Om m, dielektrin? konstanta 1,9, 2.2, elektrinis stiprumas 20, 30 MV/m

Radijo komponentai gaminami i? fluoroplastini? milteli? ?alto spaudimo b?du. Presuoti gaminiai sukepinami krosnyse 360 - 380°C temperat?roje. Greitai au?inant, gaminiai sukiet?ja dideliu mechaniniu stiprumu. L?tai au?inant – nesukiet?j?s. Jie yra lengviau apdorojami, ma?iau kieti ir turi auk?t? elektrini? charakteristik? lyg?. Kai dalys ?kaitinamos iki 370°, jos i? kristalin?s b?senos pereina ? amorfin? b?sen? ir tampa skaidrios. Terminis med?iagos skilimas prasideda > 400°. Tuo pa?iu metu Susidaro toksi?kas fluoras.

Fluoroplasto tr?kumas yra jo sklandumas esant mechaninei apkrovai. Jis turi ma?? atsparum? spinduliuotei ir yra daug darbo reikalaujantis perdirbimas ? produktus. Vienas geriausi? RF ir mikrobang? technologij? dielektrik?. Jie gamina elektros ir radijo in?inerijos gaminius plok??i?, disk?, ?ied? ir cilindr? pavidalu. HF kabeliai izoliuoti plona pl?vele, kuri susitraukimo metu sutankinama.

Fluoroplastik? galima modifikuoti naudojant u?pildus – stiklo pluo?t?, boro nitrid?, suod?ius ir kt., tod?l galima gauti nauj? savybi? turin?ias med?iagas ir pagerinti esamas savybes.