DIELEKTRICK? L?tky, ktor? zle ved? elektrick? pr?d. Term?n „dielektrikum“ zaviedol M. Faraday na ozna?enie l?tok, do ktor?ch prenik? elektrostatick? pole. Pri umiestnen? do elektrick?ho po?a akejko?vek l?tky, elektr?nov a at?mov? jadr? za?i? sily z tejto oblasti. V d?sledku toho sa ?as? n?bojov pohybuje v smere a vytv?ra elektrick? pr?d. Zvy?ok n?bojov je prerozdelen? tak, ?e „?a?isk?“ kladn?ch a z?porn?ch n?bojov s? vo?i sebe posunut?. V druhom pr?pade sa hovor? o polariz?cii hmoty. Pod?a toho, ktor? z t?chto dvoch procesov (polariz?cia alebo elektrick? vodivos?) prevl?da, sa l?tky delia na dielektrik? (v?etky neionizovan? plyny, niektor? kvapaliny a tuh? l?tky) a vodi?e (kovy, elektrolyty, plazma).

Elektrick? vodivos? dielektrika je v porovnan? s kovmi ve?mi n?zka. Elektrick? odpor dielektrika je 10 8 -10 17 Ohm cm, kovov - 10 -6 -10 -4 Ohm cm.

Klasick? fyzika sa sna?ila kvantitat?vny rozdiel v elektrickej vodivosti dielektrika a kovov vysvetli? t?m, ?e v kovoch s? vo?n? elektr?ny, k?m v dielektrik?ch s? v?etky elektr?ny viazan? (patria jednotliv?m at?mom) a elektrick? pole ich neodtrhne, preto?e v kovoch s? vo?n? elektr?ny. ale len mierne ich pos?va.

Kvantov? te?ria pevn? telo vysvet?uje rozdiel v elektrick?ch vlastnostiach kovov a dielektr?k odli?n?m rozlo?en?m elektr?nov na energetick?ch hladin?ch. V dielektrik?ch sa horn? energetick? hladina naplnen? elektr?nmi zhoduje s hornou hranicou jedn?ho z povolen?ch p?siem (v kovoch le?? vo vn?tri povolen?ho p?sma) a najbli??ie vo?n? hladiny s? oddelen? od t?ch, ktor? s? vyplnen? zak?zan?m p?smom, ktor? elektr?ny nem??e prekona? p?soben?m nie pr?li? siln?ch elektrick?ch pol? (pozri P?smov? z?na).te?ria). P?sobenie elektrick?ho po?a sa redukuje na prerozdelenie elektr?novej hustoty, ?o vedie k polariz?cii dielektrika.

Polariz?cia dielektrika. Mechanizmy polariz?cie dielektr?k z?visia od povahy chemickej v?zby, t.j. od rozlo?enia hustoty elektr?nov v dielektrik?ch. V i?nov?ch kry?t?loch (napr?klad NaCl) je polariz?cia v?sledkom vz?jomn?ho posunu i?nov (i?nov? polariz?cia), ako aj deform?cie elektr?nov?ch obalov jednotliv?ch i?nov (elektronick? polariz?cia), t.j. s??tu i?nov?ch a elektronick? polariz?cie. V kry?t?loch s kovalentn? v?zba(napr?klad diamant), kde je hustota elektr?nov rovnomerne rozlo?en? medzi at?mami, je polariz?cia sp?soben? najm? vytesnen?m elektr?nov, ktor? chemick? v?zba. V takzvan?ch pol?rnych dielektrik?ch (napr?klad tuh? H2S) s? skupiny at?mov elektrick? dip?ly, ktor? s? n?hodne orientovan? v nepr?tomnosti elektrick?ho po?a a z?skavaj? preferen?n? orient?ciu v poli. T?to orienta?n? polariz?cia je typick? pre mnoh? kvapaliny a plyny. Podobn? mechanizmus polariz?cie je spojen? s „skokom“ p?soben?m elektrick?ho po?a jednotliv?ch i?nov z jednej rovnov??nej polohy v mrie?ke do druhej. Obzvl??? ?asto sa tak?to mechanizmus pozoruje v l?tkach s vod?kovou v?zbou (napr?klad ?ad), kde maj? at?my vod?ka nieko?ko rovnov??nych pol?h.

Polariz?ciu dielektrika charakterizuje polariza?n? vektor P, ?o je elektrick? dip?lov? moment na jednotku objemu dielektrika:

kde p i - dip?lov? momenty ?ast?c (at?mov, i?nov, molek?l), N - po?et ?ast?c na jednotku objemu. Vektor P z?vis? od intenzity elektrick?ho po?a E. V slab?ch poliach R = e 0 kE. Koeficient ?mernosti k sa naz?va dielektrick? susceptibilita. ?asto sa namiesto vektora P pou??va vektor elektrickej indukcie (1)

kde e je permitivita, e 0 je elektrick? kon?tanta. Hodnoty k a e s? hlavn? charakteristiky dielektrika. V anizotropn?ch dielektrik?ch (napr?klad v nekubick?ch kry?t?loch) je smer P ur?en? nielen smerom po?a E, ale aj smerom os? symetrie kry?t?lu. Preto bude vektor P zviera? r?zne uhly s vektorom E v z?vislosti od orient?cie E vzh?adom na osi symetrie kry?t?lu. V tomto pr?pade bude vektor D ur?en? z h?adiska vektora E pomocou nie jednej hodnoty e, ale nieko?k?ch (vo v?eobecnom pr?pade ?iestich), ktor? tvoria tenzor permitivity.

Dielektrika v striedavom poli. Ak sa pole E zmen? v ?ase t, potom polariz?cia dielektrika nem? ?as na to, aby ho nasledovala, preto?e posuny n?boja nem??u nasta? okam?ite. Preto?e ka?d? striedav? pole m??e by? reprezentovan? ako mno?ina pol?, ktor? sa menia pod?a harmonick?ho z?kona, sta?? ?tudova? spr?vanie sa dielektrika v poli E \u003d E 0 sinot, kde o je frekvencia striedav?ho po?a, E0 je amplit?da intenzity po?a. Pod vplyvom tohto po?a bud? harmonicky a s rovnakou frekvenciou oscilova? aj D a P. Medzi kmitmi P a E sa v?ak objavuje f?zov? rozdiel d, ktor? je sp?soben? oneskoren?m polariz?cie P od po?a E. Harmonick? z?kon mo?no zn?zorni? v komplexnej forme E 0 . Dielektrick? kon?tanta v tomto pr?pade ide o komplexn? veli?inu: e(o) = e’ + ie’’, e’ a e’’ z?visia od frekvencie striedav?ho elektrick?ho po?a o. Absol?tna hodnota

ur?uje amplit?du kmitania D a pomer e’/e "= tgd je f?zov? rozdiel medzi kmitmi D a E. Hodnota d sa naz?va uhol dielektrickej straty. Pri kon?tantnom elektrick? poleo = 0, e" = 0, e' = e.

V striedav?ch elektrick?ch poliach vysok?ch frekvenci? s? vlastnosti dielektrika charakterizovan? indexmi lomu n a absorpciou k (namiesto e' a e "). sa rovn? pomeru r?chlosti ??renia elektromagnetick? vlny v dielektriku a vo v?kuu. Absorp?n? index k charakterizuje ?tlm elektromagnetick?ch v?n v dielektriku. Hodnoty n, k, e‘ a e“ s?visia vz?ahom (2)

Polariz?cia dielektrika v nepr?tomnosti elektrick?ho po?a. V mnoh?ch pevn?ch dielektrik?ch (pyroelektrik?ch, feroelektrik?ch, piezoelektrik?ch, elektretoch) m??e polariz?cia existova? aj bez elektrick?ho po?a, t.j. m??e by? sp?soben? in?mi pr??inami. V pyroelektrik?ch s? teda n?boje usporiadan? tak asymetricky, ?e ?a?isk? n?bojov opa?n?ho znamienka sa nezhoduj?, t.j. dielektrikum je spont?nne polarizovan?. Polariz?cia sa v?ak v pyroelektrik?ch prejavuje a? pri zmene teploty, pri polariza?no-kompenzovanom elektrick? n?boje nie s? schopn? prenastavi?. R?zne pyroelektrik? s? feroelektrik?, ktor?ch spont?nna polariz?cia sa m??e v?razne zmeni? pod vplyvom vonkaj?ie vplyvy(teplota, elektrick? pole). V piezoelektrike doch?dza k polariz?cii, ke? je kry?t?l deformovan?, ?o je spojen? s vlastnos?ami ich kry?t?lovej ?trukt?ry. Polariz?ciu v nepr?tomnosti po?a mo?no pozorova? aj v ur?it?ch l?tkach, ako s? ?ivice a skl?, naz?van? elektrety.

Elektrick? vodivos? dielektrika je mal?, ale v?dy sa l??i od nuly. Mobiln?mi nosi?mi n?boja v dielektrik?ch m??u by? elektr?ny a i?ny. Za norm?lnych podmienok je elektronick? vodivos? dielektrika mal? v porovnan? s i?novou. I?nov? vodivos? m??e by? sp?soben? pohybom vn?torn?ch i?nov a i?nov ne?ist?t. Mo?nos? pohybu i?nov cez kry?t?l je spojen? s pr?tomnos?ou defektov v kry?t?loch. Ak je napr?klad v kry?t?li vo?n? miesto, potom ho p?soben?m po?a m??e obsadi? susedn? i?n, ?al?? i?n sa m??e presun?? do novovytvorenej v?kua at?. V d?sledku toho sa vo?n? miesta pres?vaj?, ?o vedie na prenos n?boja cez cel? kry?t?l. K pohybu i?nov doch?dza aj v d?sledku ich skokov pozd?? medzier. So zvy?uj?cou sa teplotou sa zvy?uje i?nov? vodivos?. V?znamn?m pr?spevkom k elektrickej vodivosti dielektrika m??e by? povrchov? vodivos? (pozri Povrchov? javy).

rozpad dielektrika. Hustota elektrick? pr?d j cez dielektrikum je ?mern? sile elektrick?ho po?a E (Ohmov z?kon): j = sЕ, kde s je elektrick? vodivos? dielektrika. V dostato?ne siln?ch poliach v?ak pr?d st?pa r?chlej?ie ako pod?a Ohmovho z?kona. Pri ur?itej kritickej hodnote E pr nast?va elektrick? prieraz dielektrika. Hodnota E pr sa naz?va elektrick? pevnos? dielektrika. Po?as poruchy takmer v?etok pr?d pretek? ?zkym kan?lom (pozri Nap?janie pr?du). V tomto kan?li dosahuje j ve?k? hodnoty, ?o m??e vies? k de?trukcii dielektrika: vytvor? sa priechodn? otvor alebo sa dielektrikum pretav? cez kan?l. Kan?l m??e unika? chemick? reakcie; napr?klad uhl?k sa uklad? v organick?ch dielektrik?ch, kov sa uklad? v i?nov?ch kry?t?loch (kan?lov? metaliz?cia) at?. Rozpad u?ah?uj? nehomogenity v?dy pr?tomn? v dielektriku, preto?e pole E sa m??e v miestach nehomogen?t lok?lne zv???ova?.

V pevn?ch dielektrik?ch sa rozli?uj? tepeln? a elektrick? poruchy. Pri tepelnom rozpade sa so zvy?uj?cim sa j zvy?uje mno?stvo tepla uvo?nen?ho v dielektriku a n?sledne aj teplota dielektrika, ?o vedie k zv??eniu po?tu nosi?ov n?boja n a zn??eniu elektrick?ho odporu r. V pr?pade elektrick?ho prierazu, ke? sa pole zv???uje, generovanie nosi?ov n?boja p?soben?m po?a sa zvy?uje a r tie? kles?.

Dielektrick? pevnos? kvapaln?ch dielektr?k z?vis? vo ve?kej miere od ?istoty kvapaliny. Pr?tomnos? ne?ist?t a pr?mes? v?razne zni?uje E pr. Pre ?ist? homog?nne kvapaln? dielektrika je E pr bl?zko E pr pevn?ch dielektr?k. Rozpad plynu je spojen? s n?razovou ioniz?ciou a prejavuje sa vo forme elektrick?ho v?boja.

Neline?rne vlastnosti dielektr?k. Line?rna z?vislos? P = e 0 kE plat? len pre polia E, ktor? s? ove?a men?ie ako intrakry?talick? polia E cr (E cr r?dovo 10 8 V/cm). Preto?e 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).

Pou?itie dielektrika. Dielektrik? sa pou??vaj? hlavne ako elektroizola?n? materi?ly. Piezoelektrika sa pou??vaj? na premenu mechanick?ch sign?lov (posuny, deform?cie, zvukov? vibr?cie) na elektrick? a naopak (pozri Piezoelektrick? meni?); pyroelektrik? - ako tepeln? detektory r?znych ?iaren?, najm? infra?erven?ho ?iarenia; feroelektrik?, ktor? s? tie? piezoelektrikami a pyroelektrikami, sa tie? pou??vaj? ako kondenz?torov? materi?ly (kv?li ich vysokej dielektrickej kon?tante), ako aj neline?rne a pam??ov? prvky v r?znych zariadeniach. V???ina optick?ch materi?lov s? dielektrika.

Lit .: Froelich G. Te?ria dielektrika. M., 1960; Hippel A. R. Dielektrika a vlny. M., 1960; Feynman R., Layton R., Sands M. Feynman predn??ky z fyziky. M., 1966. Vydanie. 5: Elektrina a magnetizmus; Kala?nikov S. G. Elektrina. 5. vyd. M., 1985.

A. P. Levanyuk, D. G. Sannikov.

Dielektrikum je l?tka, ktor? nevedie alebo nevedie dobre elektrick? pr?d. Nosi?e n?boja v dielektriku maj? hustotu najviac 108 kusov na centimeter kubick?. Jednou z hlavn?ch vlastnost? tak?chto materi?lov je schopnos? polariz?cie v elektrickom poli.

Parameter, ktor? charakterizuje dielektrikum, sa naz?va permitivita, ktor? m??e ma? disperziu. Dielektrik? zah??aj? chemicky ?ist? vodu, vzduch, plasty, ?ivice, sklo a r?zne plyny.

Vlastnosti dielektrika

Ak by l?tky mali svoju heraldiku, potom by erb soli Rochelle ur?ite zdobili vini?, hyster?zna slu?ka a symbolika mnoh?ch odvetv? modernej vedy a techniky.

Rodokme? soli Rochelle sa za??na v roku 1672. Ke? franc?zsky lek?rnik Pierre Segnet prv?kr?t z?skal bezfarebn? kry?t?ly z vini?a a pou?il ich na lie?ebn? ??ely.

Potom e?te nebolo mo?n? predpoklada?, ?e tieto kry?t?ly maj? ??asn? vlastnosti. Tieto vlastnosti n?m dali pr?vo rozl??i? ?peci?lne skupiny od ve?k?ho mno?stva dielektr?k:

• Piezoelektrika.
• Pyroelektrika.
• Feroelektrika.

U? od ?ias Faradaya je zn?me, ?e dielektrick? materi?ly s? polarizovan? vo vonkaj?om elektrickom poli. V tomto pr?pade m? ka?d? element?rny ?l?nok elektrick? moment podobn? elektrick?mu dip?lu. A celkov? dip?lov? moment na jednotku objemu ur?uje polariza?n? vektor.

V konven?n?ch dielektrik?ch polariz?cia jednozna?ne a line?rne z?vis? od ve?kosti vonkaj?ieho elektrick?ho po?a. Preto je dielektrick? susceptibilita takmer v?etk?ch dielektr?k kon?tantn?.

P/E=X=kon?t

Kry?t?lov? mrie?ky v???iny dielektr?k s? postaven? z kladn?ch a z?porn?ch i?nov. Z kry?talick?ch l?tok maj? najvy??iu symetriu kry?t?ly s kubickou mrie?kou. P?soben?m vonkaj?ieho elektrick?ho po?a sa kry?t?l polarizuje a jeho symetria sa zni?uje. Ke? vonkaj?ie pole zmizne, kry?t?l obnov? svoju symetriu.

V niektor?ch kry?t?loch m??e k elektrickej polariz?cii d?js? spont?nne aj v nepr?tomnosti vonkaj?ieho po?a. Takto vyzer? kry?t?l molybden?tu gadol?nia v polarizovanom svetle. Spont?nna polariz?cia je zvy?ajne nerovnomern?. Kry?t?l je rozdelen? na dom?ny - oblasti s rovnomernou polariz?ciou. Rozvojom viacdom?novej ?trukt?ry sa zni?uje celkov? polariz?cia.

Pyroelektrika

V pyroelektrik?ch spont?nne polariza?n? ?t?ty s vo?n?mi n?bojmi, ktor? ru?ia viazan? n?boje. Zahrievanie pyroelektrika men? jeho polariz?ciu. Pri teplote topenia pyroelektrick? vlastnosti ?plne zmizn?.

Niektor? pyroelektrik? s? klasifikovan? ako feroelektrik?. Smer ich polariz?cie je mo?n? meni? vonkaj??m elektrick?m po?om.

Existuje hyster?zna z?vislos? medzi orient?ciou polariz?cie feroelektrika a ve?kos?ou vonkaj?ieho po?a.

V dostato?ne slab?ch poliach z?vis? polariz?cia line?rne od intenzity po?a. Pri jeho ?al?om zvy?ovan? sa v?etky dom?ny orientuj? v smere po?a a prech?dzaj? do re?imu satur?cie. Ke? sa pole zn??i na nulu, kry?t?l zostane polarizovan?. Segment CO sa naz?va zvy?kov? polariz?cia.

Pole, v ktorom sa men? smer polariz?cie, segment DO sa naz?va koercit?vna sila.

Nakoniec kry?t?l ?plne obr?ti smer polariz?cie. Pri ?al?ej zmene po?a sa polariza?n? krivka uzavrie.

Feroelektrick? stav kry?t?lu v?ak existuje len v ur?itom teplotnom rozsahu. Najm? Rochelleova so? m? dva Curieho body: -18 a +24 stup?ov, pri ktor?ch doch?dza k f?zov?m prechodom druh?ho r?du.

Skupiny feroelektr?k

Mikroskopick? te?ria f?zov?ch prechodov rozde?uje feroelektrikum do dvoch skup?n.

Prv? skupina

Titani?itan b?rnat? patr? do prvej skupiny, a ako sa tie? naz?va, do skupiny feroelektr?k v?tla?n?ho typu. V nepol?rnom stave m? titani?itan b?rnat? kubick? symetriu.

Po?as f?zov?ho prechodu do pol?rneho stavu sa i?nov? podmrie?ky premiestnia a symetria kry?t?lovej ?trukt?ry sa zn??i.

Druh? skupina

Do druhej skupiny patria kry?t?ly typu dusi?nanu sodn?ho, ktor? maj? neusporiadan? podmrie?ku ?trukt?rnych prvkov v nepol?rnej f?ze. Tu je f?zov? prechod do pol?rneho stavu spojen? s usporiadan?m kry?t?lovej ?trukt?ry.

Okrem toho v r?znych kry?t?loch m??u by? dve alebo viac pravdepodobn?ch pol?h rovnov?hy. Existuj? kry?t?ly, v ktor?ch maj? dip?lov? re?azce antiparaleln? orient?ciu. Celkov? dip?lov? moment tak?chto kry?t?lov je nulov?. Tak?to kry?t?ly sa naz?vaj? antiferoelektrik?.

V nich je polariza?n? z?vislos? line?rna a? do kritickej hodnoty po?a.

?al?ie zv??enie intenzity po?a je sprev?dzan? prechodom do feroelektrickej f?zy.

Tretia skupina

Existuje ?al?ia skupina kry?t?lov - feroelektrik?.

Orient?cia ich dip?lov?ch momentov je tak?, ?e v jednom smere maj? vlastnosti antiferoelektr?k a v inom smere vlastnosti feroelektr?k. F?zov? prechody vo feroelektrik?ch s? dvojak?ho druhu.

o f?zov? prechod druh?ho druhu v Curieovom bode spont?nna polariz?cia postupne kles? na nulu, pri?om prudko sa meniaca dielektrick? susceptibilita dosahuje obrovsk? hodnoty.

Pri f?zovom prechode prv?ho r?du polariz?cia n?hle zmizne. Prudko sa zmen? aj elektrick? n?chylnos?.

Ve?k? hodnota dielektrickej permitivity a elektropolariz?cie feroelektr?k z nich rob? perspekt?vne materi?ly pre modern? technol?gie. Napr?klad neline?rne vlastnosti transparentnej feroelektrickej keramiky s? u? ?iroko pou??van?. ??m je svetlo jasnej?ie, t?m viac ho ?peci?lne okuliare pohltia.

Ide o ??inn? ochranu o?? pre pracovn?kov v niektor?ch odvetviach, kde doch?dza k n?hlym a intenz?vnym z?bleskom svetla. Na prenos inform?ci? pomocou laserov?ho l??a sa pou??vaj? feroelektrick? kry?t?ly s elektrooptick?m efektom. V zornom poli je laserov? l?? simulovan? v kry?t?li. Potom l?? vst?pi do komplexu prij?macieho zariadenia, kde sa inform?cie extrahuj? a reprodukuj?.

Piezoelektrick? efekt

V roku 1880 bratia Curieovci zistili, ?e pri deform?cii Rochelleovej soli vznikaj? na jej povrchu polariza?n? n?boje. Tento jav sa naz?va priamy piezoelektrick? efekt.

Ak je kry?t?l vystaven? vonkaj?iemu elektrick?mu po?u, za?ne sa deformova?, to znamen?, ?e d?jde k inverzn?mu piezoelektrick?mu javu.

Tieto zmeny v?ak nie s? pozorovan? v kry?t?loch so stredom symetrie, napr?klad v sulfide olovnatom.

Ak je tak?to kry?t?l vystaven? vonkaj?iemu elektrick?mu po?u, podmrie?ky negat?vnych a pozit?vnych i?nov sa posun? v opa?n?ch smeroch. To vedie k polariz?cii kry?t?lov.

V tomto pr?pade pozorujeme elektrostrikciu, pri ktorej je deform?cia ?mern? ?tvorcu elektrick?ho po?a. Preto sa elektrostrikcia ozna?uje ako trieda p?rnych efektov.

?X1=?X2

Ak je tak?to kry?t?l natiahnut? alebo stla?en?, potom bud? elektrick? momenty kladn?ch dip?lov svojou ve?kos?ou rovnak? ako elektrick? momenty z?porn?ch dip?lov. To znamen?, ?e nedoch?dza k ?iadnej zmene polariz?cie dielektrika a nedoch?dza k piezoelektrick?mu efektu.

V kry?t?loch s n?zkou symetriou sa po?as deform?cie objavuj? dodato?n? sily inverzn?ho piezoelektrick?ho javu, ktor? p?sobia proti vonkaj??m vplyvom.

V kry?t?li bez stredu symetrie v rozlo?en? n?boja teda z?vis? ve?kos? a smer vektora posunu od ve?kosti a smeru vonkaj?ieho po?a.

V?aka tomu je mo?n? vykon?va? r?zne typy deform?ci? piezokry?t?lov. Prilepen?m piezoelektrick?ch dosiek m??ete z?ska? kompresn? prvok.

V tomto preveden? pracuje piezoelektrick? doska v ohybe.

Piezokeramick?

Ak sa na tak?to piezoelektrick? prvok aplikuje striedav? pole, vybudia sa v ?om elastick? kmity a vznikn? akustick? vlny. Piezokeramika sa pou??va na v?robu piezoelektrick?ch v?robkov. Predstavuje polykry?t?ly feroelektrick?ch zl??en?n alebo tuh? roztoky na ich b?ze. Zmenou zlo?enia komponentov a geometrick?ch tvarov keramiky je mo?n? riadi? jej piezoelektrick? parametre.

Priame a inverzn? piezoelektrick? efekty sa pou??vaj? v r?znych elektronick?ch zariadeniach. Mnoh? komponenty elektroakustick?ch, r?dioelektronick?ch a merac?ch zariaden?: vlnovody, rezon?tory, frekven?n? n?sobi?e, mikroobvody, filtre pracuj? s vyu?it?m vlastnost? piezokeramiky.

Piezoelektrick? motory

Akt?vnym prvkom piezoelektrick?ho motora je piezoelektrick? prvok.

Po?as jednej peri?dy kmitania zdroja striedav?ho elektrick?ho po?a sa natiahne a interaguje s rotorom a v druhej sa vr?ti do svojej p?vodnej polohy.

Vynikaj?ce elektrick? a mechanick? vlastnosti umo??uj? piezomotoru ?spe?ne konkurova? be?n?m elektrick?m mikrostrojom.

Piezoelektrick? transform?tory

Princ?p ich fungovania je zalo?en? aj na vyu?it? vlastnost? piezokeramiky. Pri p?soben? vstupn?ho nap?tia v budi?i doch?dza k inverzn?mu piezoelektrick?mu javu.

Deforma?n? vlna sa pren??a do ?asti gener?tora, kde sa vplyvom priameho piezoelektrick?ho javu zmen? polariz?cia dielektrika, ?o vedie k zmene v?stupn?ho nap?tia.

Ke??e vstup a v?stup piezotransform?tora s? galvanicky oddelen?, funk?nos? prevodu vstupn?ho sign?lu nap?t?m a pr?dom, jeho prisp?sobenie z??a?i vstupom a v?stupom, je lep?ia ako u be?n?ch transform?torov.

V?skum r?znych fenom?nov feroelektriky a piezoelektriky pokra?uje. Niet poch?b o tom, ?e v bud?cnosti sa objavia zariadenia zalo?en? na nov?ch a prekvapiv?ch fyzik?lnych efektoch v pevn?ch l?tkach.

Klasifik?cia dielektr?k

V z?vislosti od r?znych faktorov vykazuj? svoje izola?n? vlastnosti r?znymi sp?sobmi, ktor? ur?uj? rozsah ich pou?itia. Ni??ie uveden? diagram ukazuje klasifika?n? ?trukt?ru dielektr?k.

V n?rodnom hospod?rstve sa stalo popul?rnym dielektrik? pozost?vaj?ce z anorganick?ch a organick?ch prvkov.

Anorganick? materi?ly s? zl??eniny uhl?ka s r?znymi prvkami. Uhl?k m? vysok? kapacitu pre chemick? zl??eniny.

Miner?lne dielektrika

Tento typ dielektrika sa objavil s rozvojom elektrotechnick?ho priemyslu. Technol?gia v?roby miner?lnych dielektr?k a ich typov sa v?razne zlep?ila. Preto tak?to materi?ly u? nahr?dzaj? chemick? a pr?rodn? dielektrik?.

Medzi miner?lne dielektrick? materi?ly patria:

sklo(kondenz?tory, lampy) - amorfn? materi?l, pozost?va zo syst?mu komplexn?ch oxidov: krem?k, v?pnik, hlin?k. Zlep?uj? dielektrick? vlastnosti materi?lu.
smaltovan? sklo- nan??a sa na kovov? povrch.
Sklolamin?t- sklenen? vl?kna, z ktor?ch sa z?skavaj? tkaniny zo sklenen?ch vl?kien.
Svetlovody- svetlovodiv? sklenen? vl?kno, zv?zok vl?kien.
Sital?lne- kry?talick? kremi?itany.
Keramika- porcel?n, steatit.
S?uda- mikalex, s?uda, mikanit.
Azbest- miner?ly s vl?knitou ?trukt?rou.

R?zne dielektrika sa nie v?dy navz?jom nahradia. Ich rozsah z?vis? od n?kladov, jednoduchosti pou?itia, vlastnost?. Okrem izola?n?ch vlastnost? s? na dielektrikum kladen? tepeln? a mechanick? po?iadavky.

Kvapaln? dielektrik?

Ropn? oleje

transform?torov? olej nalial do . Najpopul?rnej?? je v elektrotechnike.

K?blov? oleje pou??van? vo v?robe. Impregnuj? papierov? izol?ciu k?blov. To zvy?uje elektrick? pevnos? a odstra?uje teplo.

Syntetick? kvapaln? dielektrikum

Na impregn?ciu kondenz?torov je potrebn? tekut? dielektrikum na zv??enie kapacity. Tak?mito l?tkami s? tekut? dielektrik? na syntetickej b?ze, ktor? s? lep?ie ako ropn? oleje.

Chl?rovan? uh?ovod?ky vznikaj? z uh?ovod?kov nahraden?m molek?l at?mov vod?ka v nich at?mami chl?ru. Pol?rne produkty difenylu, medzi ktor? patr? C12H10-nC Ln, s? ve?mi ob??ben?.

Ich v?hodou je odolnos? proti prip?leniu. Medzi nedostatky mo?no zaznamena? ich toxicitu. Viskozita chl?rovan?ch bifenylov je vysok?, preto sa musia riedi? menej visk?znymi uh?ovod?kmi.

Silik?nov? kvapaliny maj? n?zku hygroskopickos? a odolnos? vo?i vysok?m teplot?m. Ich viskozita ve?mi m?lo z?vis? od teploty. Tak?to kvapaliny s? drah?.

Organoflu?rov? kvapaliny maj? podobn? vlastnosti. Niektor? kvapaln? vzorky m??u pracova? pri 2000 stup?och po dlh? dobu. Tak?to kvapaliny vo forme oktolu pozost?vaj? zo zmesi izobutyl?nov?ch polym?rov z?skan?ch z produktov krakovania ropy a s? lacn?.

pr?rodn? ?ivice

Kolof?nia- Je to ?ivica so zv??enou krehkos?ou a z?skan? zo ?ivice (borovicov? ?ivica). Kolof?nia pozost?va z organick?ch kysel?n, ?ahko rozpustn?ch v ropn?ch olejoch pri zahrievan?, ako aj v in?ch uh?ovod?koch, alkohole a terpent?ne.

Bod m?knutia kolof?nie je 50-700 stup?ov. Na ?erstvom vzduchu kolof?nia oxiduje, r?chlej?ie m?kne a hor?ie sa rozp???a. Kolof?nia rozpusten? v ropnom oleji sa pou??va na impregn?ciu k?blov.

Rastlinn? oleje

Tieto oleje s? visk?zne kvapaliny, ktor? sa z?skavaj? z r?znych semien rastl?n. Najd?le?itej?ie s? su?iace oleje, ktor? pri zahriat? m??u stuhn??. Tenk? vrstva oleja na povrchu materi?lu po vysu?en? vytvor? pevn?, odoln? elektroizola?n? film.

R?chlos? su?enia oleja sa zvy?uje so zvy?uj?cou sa teplotou, osvetlen?m, pri pou?it? katalyz?torov - su?iacich l?tok (zl??eniny kobaltu, v?pnika, olova).

Olej z ?anov?ch semienok m? zlato?lt? farbu. Z?skava sa z ?anov?ch semien. Bod tuhnutia ?anov?ho oleja je -200 stup?ov.

Tungov? olej vyroben? zo semien tungov?ho stromu. Tak?to strom rastie na ?alekom v?chode, ako aj na Kaukaze. Tento olej je netoxick?, ale nie je jedl?. Tungov? olej tuhne pri teplote 0-50 stup?ov. Tak?to oleje sa pou??vaj? v elektrotechnike na v?robu lakov, lakovan?ch l?tok, impregn?ciu dreva a tie? ako tekut? dielektrik?.

Ric?nov? olej sa pou??va na impregn?ciu kondenz?torov naplnen?ch papierom. Tento olej sa z?skava zo semien ric?nov?ch b?bov. Mraz? pri teplote -10 -180 stup?ov. Ric?nov? olej je ?ahko rozpustn? v etylalkohole, ale nerozpustn? v benz?ne.

Elektrick? vlastnosti

Elektrick? vlastnosti dielektr?k zah??aj? polariz?ciu, elektrick? vodivos?, dielektrick? straty a prieraz.

Polariz?cia dielektrika. Dielektrikum umiestnen? medzi elektr?dami, na ktor? je priveden? elektrick? nap?tie, je polarizovan?.

Polariz?cia - je to proces spo??vaj?ci v obmedzenom premiestnen? alebo orient?cii viazan?ch n?bojov v dielektriku, ke? na? p?sob? elektrick? pole.

V akejko?vek l?tke vr?tane dielektrika, bez oh?adu na pr?tomnos? alebo nepr?tomnos? vo?n?ch elektrick?ch n?bojov v nej, s? v?dy viazan? n?boje: elektr?ny at?mov?ch obalov, at?mov? jadr?, i?ny. P?soben?m vonkaj?ieho elektrick?ho po?a s? viazan? elektrick? n?boje v dielektriku posunut? z ich rovnov??nych pol?h: kladn? na z?porn? elektr?du a z?porn? - v opa?nom smere (obr. 5.1).

V dielektrik?ch obsahuj?cich dip?lov? molekuly sa pri polariz?cii pozoruje orient?cia dip?lov v elektrickom poli. Polariz?cia vedie k vytvoreniu dielektrika v ka?dom element?rnom objeme dV indukovan? (indukovan?) elektrick? moment dp.

Stupe? polariz?cie dielektrika sa odhaduje pomocou relat?vnej permitivity.??m je jej hodnota vy??ia, t?m silnej?ie je dielektrikum polarizovan?.

Relat?vna permitivita je pomer n?boja kondenz?tora s dan?m dielektrikom k n?boju 0 v?kuov? kondenz?tor rovnak?ch rozmerov, rovnakej konfigur?cie elektr?d, pri rovnakom nap?t?:

kde je n?boj kondenz?tora, ke? je medzi doskami dielektrikum; 0 - n?boj kondenz?tora, v ktorom je dielektrikom v?kuum; je n?boj sp?soben? polariz?ciou.

Ry?a. 5.1 Sch?ma usporiadania n?bojov v polarizovanom dielektriku: 1- dielektrikum; 2- kryty elektr?d; S je plocha ka?dej pod??vky; h- vzdialenos? medzi elektr?dami (hr?bka dielektrickej vrstvy).

Touto cestou

(37)

Dielektrick? kon?tanta je kvantitat?vna charakteristika, je v?dy v???ia ako jedna.

Ke? je medzi doskami kondenz?tora v?kuum,

kde - permitivita v?kua.

Kapacita kondenz?tora, v ktorom je dielektrikum v?kuum, Od 0 sa ur?uje pod?a nasleduj?ceho vzorca:

Kapacita kondenz?tora rovnak?ch rozmerov s dielektrikom

kde h- hr?bka dielektrika, m

Preto relat?vna permitivita:

Zv??enie dielektrickej kon?tanty nazna?uje, ?e kapacita kondenz?tora s dan?m dielektrikom sa zvy?uje v porovnan? s kapacitou kondenz?tora, medzi doskami ktor?ho je v?kuum.

V z?vislosti od ?trukt?ry dielektrika a stavu jeho agreg?cie sa rozli?uje elektr?nov?, i?nov?, dip?lov?, migra?n?, spont?nna a rezonan?n? polariz?cia.

Elektronick? polariz?cia je posunutie obe?n?ch dr?h elektr?nov vzh?adom na kladne nabit? jadro pod vplyvom vonkaj?ieho elektrick?ho po?a. Vznik? vo ve?mi kr?tkom ?ase po aplik?cii elektrick?ho po?a a je s. S rast?cou ve?kos?ou at?mu sa zvy?uje elektr?nov? polariz?cia.

Elektronick? polariz?cia sa vyskytuje vo v?etk?ch at?moch akejko?vek l?tky a n?sledne vo v?etk?ch dielektrik?ch, bez oh?adu na pr?tomnos? in?ch typov polariz?cie v nich. Pre l?tky s i?novou ?trukt?rou nie je elektr?nov? polariz?cia at?mov, ale i?nov.

Oneskorenie pri vytv?ran? statickej rovnov?hy pohybuj?cich sa n?bojov vzh?adom na elektrick? pole sa naz?va relax?cia polariz?cia.

Elektronicko-relaxa?n? polariz?cia sa prejavuje v materi?loch s defektmi v elektr?novej ?trukt?re.

I?nov? polariz?cia je vz?jomn? posunutie opa?ne nabit?ch i?nov z rovnov??nej polohy do vzdialenosti men?ej ako je kon?tanta kry?t?lovej mrie?ky v l?tkach s i?nov?mi v?zbami. Ustanovuje sa tie? v kr?tkom, ale predsa len dlh?om ako pri elektronickej polariz?cii, ?ase s.

I?nov? polariz?cia, podobne ako elektronick? polariz?cia, nie je spojen? so stratami energie a nez?vis? od frekvencie.

I?novo-relaxa?n? polariz?cia je vlastn? i?nov?m dielektrik?m s relat?vne slab?m ukotven?m ?trukt?rnych ?ast?c (napr?klad izola?n? porcel?n, tepelne odoln? keramika, alkalick? izola?n? skl?). Je sprev?dzan? rozptylom elektrickej energie a z?vis? od teploty a frekvencie pr?du.

Dip?lov? polariz?cia spo??va v rot?cii (orient?cii) molek?l dip?lu v smere vonkaj?ieho elektrick?ho po?a.

Polariz?cia pri polariz?cii dip?lu kles? po odstr?nen? priveden?ho nap?tia, t.j. prebieha dip?lovo-relaxa?n? polariz?cia.

Migra?n? polariz?cia je sp?soben? pr?tomnos?ou vodiv?ch a polovodiv?ch inkl?zi? a vrstiev s r?znou vodivos?ou v technick?ch dielektrik?ch.

Ke? sa do elektrick?ho po?a zaved? nehomog?nne materi?ly, vo?n? elektr?ny a i?ny sa za?n? pohybova? (migrova?) v r?mci ka?dej inkl?zie a hromadia sa na hraniciach, pri?om vytv?raj? polarizovan? oblasti.

Spont?nnu (spont?nnu) polariz?ciu pozorujeme v dielektrik?ch s dom?novou ?trukt?rou, ke? u? pred aplik?ciou vonkaj?ieho elektrick?ho po?a s? v tak?chto materi?loch mal? polarizovan? oblasti.

Vonkaj?ie pole orientuje dom?ny, ktor?ch vektory elektrick?ho momentu s? n?hodne orientovan? a kompenzovan? v objeme materi?lu a dielektrikum je polarizovan?.

Pri spont?nnej polariz?cii sa pozoruj? ve?k? dielektrick? straty a v?razn? z?vislos? dielektrickej kon?tanty od teploty a intenzity elektrick?ho po?a. V tomto pr?pade m??e dielektrick? kon?tanta dosiahnu? ve?mi vysok? hodnoty (a? 100 000).

Materi?ly s t?mto typom polariz?cie sa naz?vaj? feroelektrik?(Rochellova so?, titani?itan b?rnat? BaTiO2, titani?itan strontnat? SrTiO3 at?.).

Rezonan?n? polariz?cia sa prejavuje v oblasti mikrovlnn?ch frekvenci? v plynoch a pevn?ch dielektrik?ch s poruchami v kry?t?lovej ?trukt?re.

V z?vislosti od mechanizmu polariz?cie mo?no v?etky dielektrik? rozdeli? na pol?rne a nepol?rne.

Pol?rne dielektrik? tvoria skupinu materi?lov obsahuj?cich permanentn? elektrick? dip?ly, ktor? s? schopn? preorientova? sa vo vonkaj?om elektrickom poli.

V pol?rnych dielektrik?ch sa pozoruje elektronick? a dip?lovo-relaxa?n? polariz?cia. Maj? hor?ie elektrick? vlastnosti ako nepol?rne dielektrika a pou??vaj? sa ako elektrick? izola?n? materi?ly v oblasti n?zkych frekvenci?.

Pol?rne s? polyvinylchlorid, epoxidov? ?ivice, fluoroplast - 3, organick? sklo at?.

Nepol?rne dielektrik? tvoria skupinu materi?lov, ktor? neobsahuj? dielektrick? dip?ly, ktor? s? schopn? preorientova? sa vo vonkaj?om elektrickom poli.

V nepol?rnych dielektrik?ch sa pozoruje hlavne elektronick? polariz?cia. Pou??vaj? sa ako vysokokvalitn? elektroizola?n? materi?ly vo vysokofrekven?nej a ultravysokofrekven?nej technol?gii.

Vzduch, polystyr?n, polyetyl?n, fluoroplast-4, benz?n at?. s? nepol?rne.

Elektrick? vodivos? dielektr?k. Dielektrick? materi?ly maj? ur?it? elektrick? vodivos?, ktor? je spojen? so smerov?m pohybom nabit?ch ?ast?c (elektr?nov, i?nov, mol?nov).

Elektrick? vodivos? dielektr?k je vo v???ine pr?padov i?novej povahy, t.j. i?ny s? nosi?mi n?boja.

Elektrick? vodivos? dielektrika sa odhaduje pod?a ?pecifick?ho elektrick?ho odporu vo?i jednosmern?mu pr?du, Ohm * m,

kde pri- mern? elektrick? vodivos?, S/m.

Ke? je dielektrikum zapnut? v obvode jednosmern?ho nap?tia, d?jde k prudk?mu skoku pr?du a potom sa zn??i na kon?tantn? hodnotu. T?to kon?tantn? hodnota sa naz?va pr?d. cez vodivos? I sk.

S??asn? zni?ovanie v ?ase, v d?sledku prerozde?ovania bezplatn?ch poplatkov, sa be?ne naz?va absorpcia I ab.

Pr?d sprev?dzaj?ci polariz?ciu elektr?nov a i?nov sa naz?va pr?d ofsety; jeho okam?it? hodnota ozna?uje I cm.

Pr?d prech?dzaj?ci dielektrikom je teda s??tom posuvn?ch pr?dov I cm, absorpcia ja ab a cez ja sc.

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

Preto?e absorp?n? pr?d r?chlo kles?, elektrick? vodivos? izola?n?ch materi?lov pri kon?tantnom nap?t? sa ur?uje z priechodn?ho pr?du:

kde I sc \u003d I - I cm - I ab- cez vodiv? pr?d; ja- celkov? pr?d, A;

U- aplikovan? nap?tie, V.

Pri ur?ovan? elektrickej vodivosti dielektrika je potrebn? mera? pr?d kedy I cm + I ab = 0

V z?vislosti od kon?trukcie elektrick?ch v?robkov je zvykom rozli?ova? medzi ?pecifick?m objemov?m elektrick?m odporom a ?pecifick?m povrchov?m elektrick?m odporom. .

Elektrick? odpor ?pecifick?ho objemu pv definuje vlastnosti izol?cie, ke? k hlavn?mu ?niku pr?du doch?dza cez v???inu materi?lu, napr?klad v tienenom elektrickom vodi?i.

Elektrick? odpor ?pecifick?ho objemu pv, sa ??selne rovn? odporu vzorky materi?lov vo forme kocky s hranou jednotkov?ch ve?kost?, ke? je na jej dve proti?ahl? strany priveden? nap?tie. Pre ploch? vzorky:

, (Ohm*m) (45)

kde RV- objemov? odpor vzorky vo?i jednosmern?mu pr?du. Ohm; S- plocha elektr?d v kontakte so sk??obnou vzorkou, m 2 ; b- hr?bka vzorky, m

?pecifick? povrchov? elektrick? odpor R s je najd?le?itej?ia charakteristika pri hodnoten? izola?n?ch materi?lov v detailoch, ako s? izol?tory vedenia.

?pecifick? povrchov? odpor R s sa numericky rovn? odporu vzorky materi?lu vo forme ?tvorca so stranou jednotkov?ch rozmerov, ke? pr?d prech?dza cez jeho dve proti?ahl? strany:

, (Ohm*m) (46)

kde R- povrchov? odpor materi?lu vzorky umiestnen?ho medzi elektr?dami, Ohm; / - d??ka elektr?d; h- vzdialenos? medzi elektr?dami, m

?pecifick? objemov? a povrchov? elektrick? odpory p pevn?ch dielektr?k z?visia od teploty, vlhkosti a ve?kosti pou?it?ho nap?tia.

Elektrick? vodivos? mnoh?ch izola?n?ch materi?lov z?vis? nielen od ?trukt?ry a chemick?ho zlo?enia, ale aj od technol?gie ich v?roby.

Povrchov? elektrick? vodivos? pevn?ch dielektr?k je ur?en? pr?tomnos?ou adsorbovan?ch vodno-koloidn?ch filmov v ich ?trukt?re. Vo vz?ahu k vode sa izola?n? materi?ly delia na nezm??an? a zm??an?. Medzi nezm??av? materi?ly patria napr?klad vosky, jant?r, polystyr?n a pod. Ich povrchov? vodivos? je n?zka a nez?vis? od vlhkosti vzduchu. Vlh?en? materi?ly zah??aj? izola?n? sklo, mramor, papier a mnoho druhov plastov. Ich elektrick? vodivos? z?vis? od vlhkosti prostredia.

dielektrick? straty. Dielektrick? straty s? spojen? s komplexn?mi javmi, ktor? sa vyskytuj? v materi?li, ke? sa na? aplikuje elektrick? pole. Objavuj? sa na jednosmernom a striedavom pr?de. Kvalita dielektrika pri jednosmernom pr?de je v?ak zvy?ajne charakterizovan? nie dielektrick?mi stratami, ale ?pecifick?mi objemov?mi a povrchov?mi odpormi.

Ke? sa elektrick? pole aplikuje na ak?ko?vek l?tku, ?as? n?m spotrebovanej elektrickej energie sa premen? na teplo a rozpt?li sa.

Rozpt?len? ?as? elektrickej energie absorbovanej dielektrikom sa naz?va dielektrick? strata.

Ry?a. 5.2. Vektorov? diagram pr?dovej hustoty v dielektriku:

Uhol posunu celkov?ho pr?du vzh?adom na pr?d ide?lneho dielektrika; pri- f?zov? uhol medzi pr?dom a nap?t?m;

Jcm- hustota posuvn?ho pr?du;

Jpr je hustota vodiv?ho pr?du; J- celkov? pr?dov? hustota

V dielektriku umiestnenom v striedavom elektrickom poli s intenzitou E a uhlovej frekvencie , vznik? posuvn? pr?d a vodiv? pr?d (obr. 5.2). Uhol medzi vektormi dielektrickej hustoty striedav?ho pr?du J a predp?t? pr?d J na komplexnej rovine je tzv uhol dielektrickej straty. Tangenta tohto uhla je jedn?m z najd?le?itej??ch parametrov nielen dielektr?k, ale aj kondenz?torov, izolantov a in?ch elektroizola?n?ch materi?lov. Tangenta dielektrickej straty ur?uje akt?vny v?kon, ktor? sa str?ca v dielektriku pracuj?com pod striedav?m nap?t?m. Vyjadruje sa pomerom hustoty vodiv?ho pr?du J pr na predp?tie hustoty pr?du J cm:

Zavedenie bezrozmern?ho parametra je v?hodn?, preto?e nez?vis? od tvaru a ve?kosti izola?n?ho ?seku, ale je ur?en? iba vlastnos?ami dielektrick?ho materi?lu.

??m vy??ia je tangenta dielektrickej straty, t?m v???ie je zahrievanie dielektrika v elektrickom poli danej frekvencie a nap?tia.

Zlomi?. Fenom?n vzniku vodiv?ho kan?la v dielektriku p?soben?m elektrick?ho po?a sa naz?va zlomi?.

Ak vodiv? kan?l prech?dza z jednej elektr?dy do druhej a uzatv?ra ich, d?jde k ?pln?mu rozpadu.

Ak vodiv? kan?l nedosiahne aspo? jednu z elektr?d, d?jde k ne?pln?mu rozpadu.

Pri ?iasto?nom rozpade prenik? iba plynn? alebo kvapaln? inkl?zia pevn?ho dielektrika.

V pr?pade pevn?ch dielektr?k je okrem rozpadu objemu mo?n? aj rozpad po povrchu; tak?to rozpad sa naz?va povrchov? rozpad.

Minim?lne nap?tie, ktor? vedie k rozpadu dielektrika, sa naz?va priebojn? Nap?tie Upr. Prierazn? nap?tie Upr sa zvy?uje so zvy?uj?cou sa hr?bkou dielektrika h. Na charakteriz?ciu schopnosti materi?lu odol?va? de?trukcii v elektrickom poli pou?ite intenzitu elektrick?ho po?a, pri ktorej doch?dza k poruche, mV/m,

kde Up - ve?kos? kladn?ho nap?tia na dielektrikum, pri ktorom do?lo k prierazu, kV; h- hr?bka materi?lu v mieste rozpadu, m

Intenzita rovnomern?ho elektrick?ho po?a ved?ceho k rozpadu sa naz?va elektrick? pevnos?.

Mechanizmy rozkladu plynn?ch, kvapaln?ch a pevn?ch dielektr?k maj? v?znamn? rozdiely.

Testovacie ot?zky:

1. Do ak?ch skup?n mo?no rozdeli? dielektrika pod?a ??elu, stavu agreg?cie a chemick?ho z?kladu?

2. Ak? je polariz?cia dielektrika?

3. Ako sa odhaduje stupe? polariz?cie dielektrika?

4. Ako ur?i? relat?vnu permitivitu prostredn?ctvom n?boja a kapacity kondenz?tora?

5. Uve?te typy polariz?cie. Ak? je ich podstata?

6. Ako sa ur?uje objemov? a povrchov? vodivos? dielektrika?

7. ?o je to dielektrick? strata?

8. ?o je absorp?n? pr?d, posuvn? pr?d, dielektrikum cez pr?d?

9. ?o je tangens dielektrick?ch str?t?

10. ?o je to dielektrick? pevnos??

V roku 1729 anglick? fyzik Stephen Gray zistil, ?e elektrick? n?boj sa m??e pohybova? cez niektor? teles? a nie cez in?. Napr?klad elektrina sa pri jeho pokusoch ??rila cez kovov? dr?t, ale nie cez hodv?bnu ni?. Odvtedy sa v?etky l?tky za?ali deli? na vodi?e a nevodi?e elektriny. Posledne menovan? Faraday nazval dielektrik?.

Term?n „dielektrikum“, ktor? zaviedol Faraday v roku 1837, sa sklad? z dvoch slov – gr?ckeho „dia“ (?o znamen? „cez“) a anglick?ho electric (elektrick?).

dielektrikum naz?van? l?tka, ktor? nevedie elektrick? pr?d, preto v tejto l?tke nie s? ?iadne vo?n? nabit? ?astice( tie. tak? nabit? ?astice, ktor? sa m??u vo?ne pohybova? po celom objeme tela). Tak?mito ?asticami by mohli by? elektr?ny, ale v ide?lnom dielektriku s? v?etky elektr?ny spojen? s at?mov?m jadrom, t.j. patria jednotliv?m at?mom a nem??u sa vo?ne pohybova? po tele. Na preru?enie tohto spojenia s? potrebn? siln? ovplyv?uj?ce faktory.

Dielektrik? maj? schopnos? prech?dza? cez ne elektrostatick? pole. Prenikan?m cez dielektrikum sa elektrostatick? pole oslabuje, ale st?le nie na nulu, ako sa to deje v kovoch.

Dielektrik? m??u by? l?tky v troch skupenstv?ch agreg?cie: plynn? (dus?k, vod?k), kvapaln? (?ist? voda), pevn? (jant?r, porcel?n, kreme?).

Ka?d? molekula je syst?m s celkov?m n?bojom rovn?m nule. Spr?vanie sa molekuly vo vonkaj?om elektrickom poli je ekvivalentn? dip?lu. Kladn? n?boj tak?hoto dip?lu sa rovn? celkov?mu n?boju jadier umiestnen?ch v „?a?isku“ kladn?ch n?bojov; z?porn? n?boj sa rovn? celkov?mu n?boju elektr?nov a je umiestnen? v "?a?isku" z?porn?ch n?bojov.

V?etky dielektrik? s? rozdelen? do troch skup?n: pol?rne, nepol?rne a kry?talick?.

Kry?talick? dielektrikum maj? i?nov? ?trukt?ru, s? slabo pol?rne dielektrika. Patria sem NaCl, KCl.

Pri umiestnen? dielektrika do elektrick?ho po?a sa v jeho objeme a na povrchu objavia makroskopick? n?boje. Tieto n?boje vznikaj? v d?sledku polariz?cie dielektr?k.

Dielektrick? polariz?cia sa naz?va proces orient?cie dip?lu, t.j. posunutie kladn?ch a z?porn?ch n?bojov vo vn?tri dielektrika v opa?n?ch smeroch.

Tri skupiny dielektr?k zodpovedaj? trom typom polariz?cie.

Dip?lov? (orienta?n?) polariz?cia. Pri absencii vonkaj?ieho po?a s? dip?lov? momenty pol?rnych molek?l v d?sledku tepeln?ho pohybu n?hodne orientovan? v priestore a ich v?sledn? moment je nulov? (obr. 12.22, a). Ak je tak?to dielektrikum umiestnen? vo vonkaj?om poli (obr. 12.22, b), potom sily tohto po?a bud? ma? tendenciu ot??a? dip?ly pozd?? po?a a vznik? nenulov? v?sledn? moment. T?to orient?cia dip?lov?ch momentov molek?l pozd?? po?a je t?m silnej?ia, ??m v???ia je intenzita elektrick?ho po?a a ??m ni??ia je teplota.

Elektronick? polariz?cia . Ak je nepol?rna molekula umiestnen? vo vonkaj?om elektrickom poli E 0, p?soben?m elektrick?ho po?a sa jej elektronick? dr?hy deformuj? a dielektrick? molekuly sa menia na dip?ly bezprostredne orientovan? pozd?? vonkaj?ieho po?a (jadr? molekuly s? posunut? pozd?? po?a a elektr?nov? obal sa natiahne proti po?u a molekula z?ska dip?lov? moment

(obr. 12.23).

I?nov? polariz?cia . Ak sa kry?talick? dielektrikum (NaCl) s kry?t?lovou mrie?kou, v ktorej uzloch sa spr?vne striedaj? kladn? a z?porn? i?ny, umiestni do vonkaj?ieho elektrick?ho po?a E 0, kladn? i?ny mrie?ky sa bud? pos?va? v smere po?a, a z?porn? i?ny - v opa?nom smere. V d?sledku toho je dielektrikum polarizovan?.

Tento druh polariz?cie sa naz?va i?nov?. Stupe? i?novej polariz?cie z?vis? od vlastnost? dielektrika a od intenzity po?a.

5.8.2. Kvapaln? dielektrik?

S? rozdelen? do 3 skup?n:

1) ropn? oleje;

2) syntetick? kvapaliny;

3) rastlinn? oleje.

Kvapaln? dielektrik? sa pou??vaj? na impregn?ciu vysokonap??ov?ch k?blov, kondenz?torov, na plnenie transform?torov, sp?na?ov a v?vodiek. Okrem toho plnia funkcie chladiacej kvapaliny v transform?toroch, zh??a?a obl?ka v isti?och at?.

Ropn? oleje

Ropn? oleje s? zmesou paraf?nov?ch uh?ovod?kov ( CnH2n+2) a naft?nov? (CnH2n ) riadkov. S? ?iroko pou??van? v elektrotechnike ako transform?torov?, k?blov? a kondenz?torov? oleje. Olej, ktor? vyp??a medzery a p?ry vo vn?tri elektrick?ch in?tal?ci? a v?robkov, zvy?uje dielektrick? pevnos? izol?cie a zlep?uje odvod tepla z v?robkov.

transform?torov? olej z?skan? z ropy destil?ciou. Elektrick? vlastnosti transform?torov?ho oleja do zna?nej miery z?visia od kvality ?istenia oleja od ne?ist?t, obsahu vody v ?om a stup?a odplynenia. Dielektrick? kon?tanta oleja 2,2, elektrick? odpor 10 13 ohmov m.

??elom transform?torov?ch olejov je zv??i? dielektrick? pevnos? izol?cie; odstr?ni? teplo; podporova? zh??anie obl?ka v olejov?ch isti?och, zlep?ova? kvalitu elektrick? izol?cia v elektrotechnick?ch v?robkoch: reostaty, papierov? kondenz?tory, papierovo izolovan? k?ble, silov? k?ble - zalievan?m a impregn?ciou.

Transform?torov? olej po?as prev?dzky starne, ??m sa zhor?uje jeho kvalita. Starnutie oleja je u?ah?en?: kontaktom oleja so vzduchom, zv??en?mi teplotami, kontaktom s kovmi (Cu, Рb, Fe), vystavenie svetlu. Pre zv??enie ?ivotnosti sa olej regeneruje ?isten?m a odstra?ovan?m produktov starnutia, prid?van?m inhib?torov.

K?bela kondenz?tor oleje sa l??ia od transform?torov?ch olejov vy??ou kvalitou ?istenia.

Syntetick? kvapaln? dielektrikum

Syntetick? kvapaln? dielektrik? s? v niektor?ch vlastnostiach lep?ie ako ropn? izola?n? oleje.

Chl?rovan? uh?ovod?ky

Sovol – pentachl?rbifenyl C6H2CI3 - C6H3CI2 , z?skan? chlor?ciou difenylu C12H10

C6H5 - C6H5 + 5 Cl2 -> C6H2Cl3 - C6H3Cl2 + 5 HCl

Sovolpou??va sa na impregn?ciu a plnenie kondenz?torov. V porovnan? s ropn?mi olejmi m? vy??iu dielektrick? kon?tantu. Sovol permitivita 5,0, elektrick? odpor 10 11 , 10 12 ohmov m. Sovol sa pou??va na impregn?ciu papiera moc a r?diov? kondenz?tory so zv??enou ?pecifickou kapacitou a n?zkym prev?dzkov?m nap?t?m.

Sovtol - zmes sovolu s trichl?rbenz?n. Pou??va sa na izol?ciu transform?torov odoln?ch vo?i v?buchu.

Silik?nov? kvapaliny

Najroz??renej?ie s? polydimetylsilox?n, polydietylsilox?n, polymetylfenylsilox?n kvapaliny.

Polysilox?nov? kvapaliny - tekut? silik?nov? polym?ry ( polyorganosilox?ny), maj? tak? cenn? vlastnosti ako: vysok? tepeln? odolnos?, chemick? inertnos?, n?zka hygroskopickos?, n?zky bod tuhnutia, vysok? elektrick? charakteristiky v ?irokom rozsahu frekvenci? a tepl?t.

Kvapaln? polyorganosilox?ny s? polym?rne zl??eniny s n?zkym stup?om polymeriz?cie, ktor?ch molekuly obsahuj? silox?nov? zoskupenie at?mov

,

kde s? at?my krem?ka viazan? na organick? radik?ly R: metyl CH3, etyl C2H5, fenyl C6H5 . Molekuly polyorganosilox?nov?ch kvapal?n m??u ma? line?rnu, line?rne rozvetven? a cyklick? ?trukt?ru.

Kvapalina polymetylsilox?ny z?skan? hydrol?zou dimetyldichl?rsil?n zmie?an? s trimetylchl?rsil?n .

V?sledn? kvapaliny s? bezfarebn?, rozpustn? v aromatick?ch uh?ovod?koch, dichl?ret?ne a mno?stve ?al??ch organick?ch rozp???adiel, nerozpustn? v alkoholoch a acet?ne. Polymetylsilox?ny s? chemicky inertn?, nep?sobia agres?vne na kovy a neinteraguj? s v???inou organick?ch dielektr?k a kau?ukov. Dielektrick? kon?tanta 2,0, 2.8, elektrick? odpor 10 12 Ohm m, dielektrick? pevnos? 12, 20 MV/m

Vzorec polydimetylsilox?n a m? formu

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

Kvapaln? silik?nov? polym?ry sa pou??vaj? ako:

Polydietylsilox?ny – z?skan? hydrol?zou dietyldichl?rsil?n a trietylchl?rsil?n . Maj? ?irok? rozsah bodov varu. ?trukt?ra je vyjadren? vzorcom:

Vlastnosti z?visia od bodu varu. Elektrick? vlastnosti s? rovnak? polydimetylsilox?n.

Kvapalina polymetylfenylsilox?ny maj? ?trukt?ru vyjadren? vzorcom

Z?skan? hydrol?zou fenylmetyldichl?rsil?ny at?. Olej je visk?zny. Po spracovan?NaOHViskozita sa zv??i 3-kr?t. Odol?va ohrevu 1000 hod?n a? do 250 °C. Elektrick? vlastnosti s? rovnak? polydimetylsilox?n.

o g – o?iaren?m sa v?razne zvy?uje viskozita organokremi?it?ch kvapal?n a prudko sa zhor?uj? dielektrick? vlastnosti. Pri vysokej d?vke ?iarenia sa kvapaliny menia na gumov? hmoty, a potom do pevn?ho krehk?ho korpusu.

Flu?rorganick? kvapaliny

Flu?rorganick? kvapaliny - C 8 F 16 - nehor?av? a odoln? proti v?buchu, vysoko tepelne odoln?(200 °C), maj? n?zku hygroskopickos?. Ich p?ry maj? vysok? elektrick? silu. Kvapaliny maj? n?zku viskozitu a s? prchav?. Maj? lep?? odvod tepla ako ropn? oleje a silik?nov? kvapaliny.–) n,

je nepol?rny polym?r line?rnej ?trukt?ry. Vyr?ba sa polymeriz?ciou plynn?ho etyl?nu C2H4 pri vysokom tlaku (do 300 MPa), alebo pri n?zkom tlaku (do 0,6 MPa). Molekulov? hmotnos? vysokotlakov?ho polyetyl?nu je 18 000 - 40 000, n?zka - 60 000 - 800 000.

Molekuly polyetyl?nu maj? schopnos? vytv?ra? ?seky materi?lu s usporiadan?m usporiadan?m re?azcov (kry?tality), preto sa polyetyl?n sklad? z dvoch f?z (kry?talickej a amorfnej), ktor?ch pomer ur?uje jeho mechanick? a tepeln? vlastnosti. Amorfn? d?va materi?lu elastick? vlastnosti a kry?talick? d?va tuhos?. Amorfn? f?za m? teplotu sklen?ho prechodu +80 °C. Kry?talick? f?za m? vy??iu tepeln? odolnos?.

Agreg?ty polyetyl?nov?ch molek?l kry?talickej f?zy s? sf?rolity s ortorombickou ?trukt?rou. Obsah kry?talickej f?zy (a? 90 %) v n?zkotlakovom polyetyl?ne je vy??? ako vo vysokotlakovom polyetyl?ne (a? 60 %). N?zkotlakov? polyetyl?n m? v?aka svojej vysokej kry?talinite vy??iu teplotu topenia (120-125 °C) a vy??iu pevnos? v ?ahu. ?trukt?ra polyetyl?nu do zna?nej miery z?vis? od sp?sobu chladenia. Pri jeho r?chlom ochladzovan? vznikaj? mal? sf?rolity, pri pomalom ochladzovan? ve?k?. R?chlo chladen? polyetyl?n je pru?nej?? a menej tvrd?.

Vlastnosti polyetyl?nu z?visia od molekulovej hmotnosti, ?istoty a ne?ist?t. Mechanick? vlastnosti z?visia od stup?a polymeriz?cie. Polyetyl?n m? vysok? chemick? odolnos?. Ako elektroizola?n? materi?l je ?iroko pou??van? v k?blovom priemysle a pri v?robe izolovan?ch dr?tov.

V s??asnosti sa vyr?baj? tieto typy polyetyl?nu a polyetyl?nov?ch v?robkov:

1. polyetyl?n n?zkeho a vysok?ho tlaku - (n.d.) a (h.d.);

2. n?zkotlakov? polyetyl?n pre k?blov? priemysel;

3. polyetyl?n s n?zkou molekulovou hmotnos?ou s vysok?m alebo stredn?m tlakom;

4. por?zny polyetyl?n;

5. polyetyl?nov? ?peci?lna hadicov? zmes;

6. polyetyl?n na v?robu vysokofrekven?n?ch k?blov;

7. Elektricky vodiv? polyetyl?n pre k?blov? priemysel;

8. polyetyl?n plnen? sadzami;

9. chl?rsulf?novan? polyetyl?n;

10. polyetyl?nov? film.

Fluoroplasty

Existuje nieko?ko typov flu?rovan?ch uh?ovod?kov?ch polym?rov, ktor? m??u by? pol?rne alebo nepol?rne.

Zv??te vlastnosti produktu polymeriza?nej reakcie plynu tetraflu?retyl?nu

(F 2 C \u003d CF 2).

Fluoroplast - 4(polytetraflu?retyl?n) je sypk? biely pr??ok. ?trukt?ra molek?l m? tvar

Molekuly fluoroplastov maj? symetrick? ?trukt?ru. Preto je fluoroplast nepol?rne dielektrikum

Symetria molekuly a vysok? ?istota zais?uj? vysok? ?rove? elektrick?ho v?konu. Ve?k? sp?jacia energia medzi nimi C a F d?va mu vysok? odolnos? vo?i chladu a tepeln? odolnos?. R?diov? komponenty z neho m??u pracova? od -195 ? +250 ° С. Nehor?av?, chemicky odoln?, nehygroskopick?, hydrof?bny, nezasiahnut? ples?ou. Elektrick? odpor je 10 15 , 10 18 Ohm m, dielektrick? kon?tanta 1,9, 2.2, dielektrick? pevnos? 20, 30 MV/m

R?diov? komponenty s? vyroben? z fluoroplastov?ho pr??ku lisovan?m za studena. V?lisky sa spekaj? v peciach pri 360 - 380°C. Pri r?chlom ochladzovan? sa v?robky vytvrdzuj? s vysokou mechanickou pevnos?ou. Pri pomalom chladnut? - netvrdne. S? ?ah?ie spracovate?n?, menej tvrd?, maj? vysok? ?rove? elektrick?ch charakterist?k. Ke? sa ?asti zahrej? na 370 ° z kry?talick?ho stavu, prech?dzaj? do amorfn?ho stavu a st?vaj? sa prieh?adn?mi. Tepeln? rozklad materi?lu za??na pri > 400°. V ?om vznik? toxick? flu?r.

Nev?hodou fluoroplastu je jeho tekutos? pri mechanickom za?a?en?. M? n?zku odolnos? vo?i ?iareniu a pri spracovan? na produkty je n?ro?n? na pr?cu. Jedno z najlep??ch dielektr?k pre RF a mikrovlnn? technol?giu. Vyr?baj? elektrotechnick? a r?diotechnick? v?robky vo forme dosiek, kot??ov, kr??kov, valcov. Izolujte vysokofrekven?n? k?ble tenk?m filmom, zhutnen?m po?as zmr??ovania.

Fluoroplast je mo?n? upravova? pomocou pln?v - sklenen? vl?kno, nitrid b?ru, sadze at?., ?o umo??uje z?ska? materi?ly s nov?mi vlastnos?ami a zlep?i? existuj?ce vlastnosti.