D?ELEKTR?K, elektri?i k?t? ileten maddeler. "Dielektrik" terimi, M. Faraday taraf?ndan elektrostatik alan?n n?fuz etti?i maddeleri belirtmek i?in tan?t?ld?. Herhangi bir maddenin elektrik alan?na yerle?tirildi?inde elektronlar ve atom ?ekirde?i Bu alandaki g??leri tecr?be edin. Sonu? olarak, y?klerin bir k?sm? belirli bir y?nde hareket ederek bir elektrik ak?m? olu?turur. Geri kalan y?kler, pozitif ve negatif y?klerin "a??rl?k merkezleri" birbirine g?re kayacak ?ekilde yeniden da??t?l?r. ?kinci durumda maddenin polarizasyonundan bahsediyoruz. Bu iki s?re?ten hangisinin (polarizasyon veya elektriksel iletkenlik) bask?n oldu?una ba?l? olarak, maddeler dielektriklere (iyonize olmayan t?m gazlar, baz? s?v?lar ve kat?lar) ve iletkenlere (metaller, elektrolitler, plazma) ayr?l?r.

Dielektriklerin elektriksel iletkenli?i metallere g?re ?ok d???kt?r. Dielektriklerin elektriksel direnci 10 8 -10 17 Ohm cm, metaller - 10 -6 -10 -4 Ohm cm'dir.

Klasik fizik, dielektriklerin ve metallerin elektriksel iletkenli?indeki niceliksel fark?, metallerde serbest elektronlar?n bulunmas?, dielektriklerde ise t?m elektronlar?n ba?l? olmas? (bireysel atomlara ait olmas?) ve elektrik alan?n?n onlar? koparmamas? ile a??klamaya ?al??m??t?r. , ancak onlar? yaln?zca biraz yerinden ??kar?r.

Kuantum teorisi sa?lam Metallerin ve dielektriklerin elektriksel ?zelliklerindeki farkl?l???, elektronlar?n enerji d?zeyleri aras?ndaki farkl? da??l?m?yla a??klar. Dielektriklerde, elektronlarla dolu ?st enerji seviyesi, izin verilen bantlardan birinin ?st s?n?r?yla ?ak???r (metallerde izin verilen band?n i?inde yer al?r) ve en yak?n serbest seviyeler, elektronlar?n yapamayaca?? yasak bir bantla doldurulanlardan ayr?l?r. ?ok g??l? olmayan elektrik alanlar?n?n etkisi alt?nda ?stesinden gelinir (bkz. Bant teorisi). Elektrik alan?n?n etkisi, dielektrik polarizasyonuna yol a?an elektron yo?unlu?unun yeniden da??t?m?na indirgenir.

Dielektriklerin polarizasyonu. Dielektriklerin polarizasyon mekanizmalar? kimyasal ba??n do?as?na, yani dielektriklerdeki elektron yo?unlu?unun da??l?m?na ba?l?d?r. ?yonik kristallerde (?rne?in NaCl), polarizasyon, iyonlar?n birbirine g?re kaymas?n?n (iyonik polarizasyon) yan? s?ra bireysel iyonlar?n elektronik kabuklar?n?n deformasyonunun (elektronik polarizasyon), yani iyonik toplam?n?n sonucudur. ve elektronik polarizasyonlar. ile kristaller halinde kovalent ba?(?rne?in elmas), elektron yo?unlu?unun atomlar aras?nda e?it olarak da??t?ld??? durumlarda, polarizasyon esas olarak elektronlar?n yer de?i?tirmesinden kaynaklanmaktad?r. kimyasal ba?. Polar dielektrikler olarak adland?r?lanlarda (?rne?in, kat? H2S), atom gruplar?, bir elektrik alan?n?n yoklu?unda rastgele y?nlendirilen ve alanda tercihli bir y?nelim elde eden elektrik dipollerini temsil eder. Bu y?nsel polarizasyon bir?ok s?v? ve gaz i?in tipiktir. Benzer bir polarizasyon mekanizmas?, bireysel iyonlar?n elektrik alan?n?n kafes i?indeki bir denge konumundan di?erine etkisi alt?nda bir "s??rama" ile ili?kilidir. Bu mekanizma, ?zellikle hidrojen atomlar?n?n ?e?itli denge pozisyonlar?na sahip oldu?u, hidrojen ba??na sahip maddelerde (?rne?in buz) s?kl?kla g?zlenir.

Dielektriklerin polarizasyonu, dielektrik birim hacmi ba??na elektrik dipol momentini temsil eden polarizasyon vekt?r? P ile karakterize edilir:

burada pi par?ac?klar?n (atomlar, iyonlar, molek?ller) dipol momentleridir, N birim hacim ba??na par?ac?k say?s?d?r. Vekt?r P, elektrik alan kuvveti E'ye ba?l?d?r. Zay?f alanlarda R = e 0 kE. Orant?l?l?k katsay?s? k'ye dielektrik duyarl?l?k denir. ?o?unlukla P vekt?r? yerine elektriksel ind?ksiyon vekt?r? kullan?l?r (1)

burada e dielektrik sabitidir, e 0 ise elektrik sabitidir. k ve e miktarlar? dielektrikin ana ?zellikleridir. Anizotropik dielektriklerde (?rne?in k?bik olmayan kristallerde), P y?n? yaln?zca E alan?n?n y?n? ile de?il, ayn? zamanda kristalin simetri eksenlerinin y?n? ile de belirlenir. Bu nedenle, P vekt?r?, E'nin kristalin simetri eksenlerine g?re y?n?ne ba?l? olarak E vekt?r? ile farkl? a??lar yapacakt?r. Bu durumda, D vekt?r?, dielektrik sabiti tens?r?n? olu?turan bir e de?eri de?il, birka? (genel durumda alt?) de?eri kullan?larak E vekt?r? arac?l???yla belirlenecektir.

Alternatif bir alanda dielektrikler. E alan? t s?resiyle de?i?irse dielektrik polarizasyonunun bunu takip edecek zaman? olmaz, ??nk? y?k yer de?i?tirmeleri an?nda ger?ekle?emez. Herhangi bir alternatif alan, bir harmonik yasaya g?re de?i?en alanlar k?mesi olarak temsil edilebildi?inden, dielektrik davran???n?n E = E 0 sinot alan?ndaki davran???n? incelemek yeterlidir; burada o, alternatif alan?n frekans?d?r, E 0 alan g?c?n?n genli?idir. Bu alan?n etkisi alt?nda D ve P de uyumlu ve ayn? frekansta sal?n?m yapacakt?r. Bununla birlikte, P ve E'nin sal?n?mlar? aras?nda, P polarizasyonunun E alan?ndan gecikmesinden kaynaklanan bir faz fark? d ortaya ??kar. Harmonik yasas?, E = E 0 e iot karma??k formunda temsil edilebilir, bu durumda D = D 0 e iot ve D 0 = e(o) E 0. ge?irgenlik bu durumda karma??k bir niceliktir: e(o) = e' + ie'', e' ve e'' alternatif elektrik alan?n?n o frekans?na ba?l?d?r. Mutlak de?er

D sal?n?m?n?n genli?ini belirler ve e’/e" = tand oran? D ve E sal?n?mlar? aras?ndaki faz fark?d?r. d de?erine dielektrik kay?p a??s? denir. Sabit olarak elektrik alan?o = 0, e" = 0, e' = e.

Y?ksek frekansl? alternatif elektrik alanlar?nda, dielektrik ?zellikleri k?r?lma indeksi n ve so?urma indeksi k (e' ve e" yerine) ile karakterize edilir. orana e?it yay?lma h?zlar? elektromanyetik dalgalar bir dielektrikte ve bir vakumda. Absorbsiyon indeksi k, bir dielektrikteki elektromanyetik dalgalar?n zay?flamas?n? karakterize eder. n, k, e’ ve e" b?y?kl?kleri ili?ki (2) ile ili?kilidir

Elektrik alan? yoklu?unda dielektriklerin polarizasyonu. Bir dizi kat? dielektrikte (piroelektrik, ferroelektrik, piezoelektrik, elektret), polarizasyon elektrik alan? olmadan mevcut olabilir, yani ba?ka nedenlerden kaynaklanabilir. B?ylece, piroelektriklerde y?kler, z?t i?aretli y?klerin a??rl?k merkezleri ?ak??mayacak ?ekilde asimetrik olarak d?zenlenir, yani dielektrik kendili?inden polarize olur. Bununla birlikte, piroelektriklerde polarizasyon yaln?zca s?cakl?k de?i?ti?inde, polarizasyon telafisi ger?ekle?ti?inde ortaya ??kar. elektrik ?cretleri Fikirlerini de?i?tirecek zamanlar? yok. Bir t?r piroelektrik, etki alt?nda kendili?inden polarizasyonu ?nemli ?l??de de?i?ebilen ferroelektriklerdir. d?? etkiler(s?cakl?k, elektrik alan?). Piezoelektriklerde, kristal yap?lar?n?n ?zellikleriyle ili?kili olarak kristal deforme oldu?unda polarizasyon meydana gelir. Alan?n yoklu?unda polarizasyon, re?ine ve cam gibi elektret ad? verilen baz? maddelerde de g?zlemlenebilir.

Dielektriklerin elektriksel iletkenli?i k???kt?r ancak her zaman s?f?rdan farkl?d?r. Dielektriklerdeki hareketli y?k ta??y?c?lar? elektronlar ve iyonlar olabilir. Normal ko?ullar alt?nda dielektriklerin elektronik iletkenli?i iyonik iletkenli?e k?yasla k???kt?r. ?yonik iletkenlik hem i?sel iyonlar?n hem de safs?zl?k iyonlar?n?n hareketinden kaynaklanabilir. ?yonlar?n bir kristal boyunca hareket etme olas?l???, kristallerdeki kusurlar?n varl???yla ili?kilidir. ?rne?in, bir kristalde bir bo?luk varsa, o zaman bir alan?n etkisi alt?nda kom?u bir iyon onu i?gal edebilir, bir sonraki iyon yeni olu?an bo?lu?a vb. Hareket edebilir. Sonu? olarak, bo?luklar?n hareketi meydana gelir, bu da kristalin tamam? boyunca y?k aktar?m?na yol a?ar. ?yonlar?n hareketi ayn? zamanda aral?klar boyunca s??ramalar?n?n bir sonucu olarak da meydana gelir. S?cakl?k artt?k?a iyonik iletkenlik artar. Y?zey iletkenli?i, bir dielektrik maddenin elektriksel iletkenli?ine g?zle g?r?l?r bir katk? sa?layabilir (bkz. Y?zey olaylar?).

Dielektriklerin par?alanmas?. Yo?unluk elektrik ak?m? j, dielektrik boyunca elektrik alan kuvveti E ile orant?l?d?r (Ohm yasas?): j = sE, burada s, dielektrik maddenin elektriksel iletkenli?idir. Ancak yeterince g??l? alanlarda ak?m, Ohm kanununa g?re daha h?zl? artar. E pr'nin belirli bir kritik de?erinde, dielektrikte elektriksel bozulma meydana gelir. E pr de?erine dielektrik maddenin dielektrik dayan?m? denir. Bir ar?za s?ras?nda ak?m?n neredeyse tamam? dar bir kanaldan akar (bkz. Ak?m Kablosu). Bu kanalda j b?y?k de?erlere ula??r ve bu da dielektrikin tahrip olmas?na yol a?abilir: bir a??k delik olu?turulur veya dielektrik kanal boyunca eritilir. Kanal s?z?nt? yapabilir kimyasal reaksiyonlar; ?rne?in, karbon organik dielektriklerde biriktirilir, metal iyonik kristallerde biriktirilir (kanal metalizasyonu), vb. Homojen olmayan yerlerde E alan? yerel olarak artabilece?inden, dielektrikte her zaman mevcut olan homojensizlikler ar?zay? kolayla?t?r?r.

Kat? dielektriklerde termal ve elektriksel ar?zalar ay?rt edilir. Termal bozulma s?ras?nda, j artt?k?a dielektrikte a???a ??kan ?s? miktar? artar ve bunun sonucunda dielektrik s?cakl??? artar, bu da y?k ta??y?c?lar?n?n say?s?nda bir art??a n ve elektriksel diren? r'de bir azalmaya yol a?ar. Elektriksel ar?za s?ras?nda alan artt?k?a alan?n etkisi alt?ndaki y?k ta??y?c?lar?n?n ?retimi artar ve r da azal?r.

S?v? dielektriklerin elektriksel mukavemeti b?y?k ?l??de s?v?n?n safl???na ba?l?d?r. Safs?zl?klar?n ve kirletici maddelerin varl??? Epr'yi ?nemli ?l??de azalt?r. Saf homojen s?v? dielektrikler i?in Epr, kat? dielektriklerin Epr'sine yak?nd?r. Bir gaz?n par?alanmas?, darbeli iyonizasyonla ili?kilidir ve kendisini bir elektrik de?arj? ?eklinde g?sterir.

Dielektriklerin do?rusal olmayan ?zellikleri. Do?rusal ba??ml?l?k P = e 0 kE yaln?zca kristal i?i alanlardan E cr (10 8 V/cm d?zeyinde E cr) ?nemli ?l??de daha d???k olan E alanlar? i?in ge?erlidir. ??nk? 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).

Dielektriklerin uygulanmas?. Dielektrikler ?ncelikle elektrik yal?t?m malzemeleri olarak kullan?l?r. Piezoelektrikler, mekanik sinyalleri (yer de?i?tirmeler, deformasyonlar, ses titre?imleri) elektriksel sinyallere (veya tersi) d?n??t?rmek i?in kullan?l?r (bkz. Piezoelektrik d?n??t?r?c?); piroelektrikler - ?e?itli radyasyonlar?n, ?zellikle IR radyasyonunun termal dedekt?rleri olarak; Ayn? zamanda piezoelektrik ve piroelektrik olan ferroelektrikler, ?e?itli cihazlarda do?rusal olmayan elemanlar ve haf?za elemanlar?n?n yan? s?ra kapasit?r malzemeleri (y?ksek dielektrik sabitleri nedeniyle) olarak da kullan?l?r. ?o?u optik malzeme dielektriktir.

Yand?: Frelikh G. Dielektrik teorisi. M., 1960; Hippel A.R. Dielektrikler ve dalgalar. M., 1960; Feynman R., Layton R., Sands M. Feynman fizik dersleri veriyor. M., 1966. Say?. 5: Elektrik ve manyetizma; Kala?nikof S.G. Elektrik. 5. bask?. M., 1985.

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

Dielektrikler, elektri?i k?t? iletmeyen veya iletmeyen maddelerdir. Bir dielektrikteki y?k ta??y?c?lar?n?n yo?unlu?u santimetrek?p ba??na 108 par?adan fazla de?ildir. Bu t?r malzemelerin ana ?zelliklerinden biri, elektrik alan?nda polarizasyon yetene?idir.

Dielektrikleri karakterize eden parametreye dielektrik sabiti denir ve bu da da??l?ma sahip olabilir. Dielektrikler kimyasal olarak saf su, hava, plastikler, re?ineler, cam ve ?e?itli gazlar? i?erir.

Dielektriklerin ?zellikleri

Maddelerin kendi hanedanl?k armalar? olsayd?, Rochelle tuzunun armas? kesinlikle asmalarla, bir histerezis d?ng?s?yle ve modern bilim ve teknolojinin bir?ok dal?n?n sembolizmiyle s?slenirdi.

Rochelle tuzunun soya?ac? 1672 y?l?na dayanmaktad?r. Frans?z eczac? Pierre Segnet ilk kez asmalardan renksiz kristaller elde edip bunlar? t?bbi ama?larla kulland???nda.

O zamanlar bu kristallerin ?a??rt?c? ?zelliklere sahip oldu?unu hayal etmek h?l? imkans?zd?. Bu ?zellikler bize ?zel gruplar? ?ok say?da dielektrikten ay?rma hakk?n? verdi:

• Piezoelektrikler.
• Piroelektrik.
• Ferroelektrikler.

Faraday'?n zaman?ndan beri dielektrik malzemelerin harici bir elektrik alan?nda polarize oldu?u bilinmektedir. Bu durumda her temel h?crenin elektrik dipol?ne benzer bir elektrik momenti vard?r. Ve birim hacim ba??na toplam dipol momenti polarizasyon vekt?r?n? belirler.

Geleneksel dielektriklerde polarizasyon benzersiz ve do?rusal olarak d?? elektrik alan?n?n b?y?kl???ne ba?l?d?r. Bu nedenle hemen hemen t?m dielektriklerin dielektrik duyarl?l??? sabittir.

F/K=X=sabit

Dielektriklerin ?o?unun kristal kafesleri pozitif ve negatif iyonlardan olu?ur. Kristalli maddeler aras?nda k?bik kafesli kristaller en y?ksek simetriye sahiptir. Harici bir elektrik alan?n?n etkisi alt?nda kristal polarize olur ve simetrisi azal?r. D?? alan ortadan kalkt???nda kristal simetrisini yeniden kazan?r.

Baz? kristallerde, harici bir alan?n yoklu?unda elektrik polarizasyonu kendili?inden ortaya ??kabilir. Gadolinyum molibdenat kristali polarize ???kta b?yle g?r?n?yor. Tipik olarak spontan polarizasyon tek bi?imli de?ildir. Kristal, alanlara (?niform polarizasyona sahip alanlara) b?l?nm??t?r. ?ok alanl? bir yap?n?n geli?tirilmesi toplam kutupla?may? azalt?r.

Piroelektrikler

Piroelektriklerde, ba?l? y?kleri iptal eden serbest y?klere sahip kendili?inden polarizasyon ekranlar?. Bir piroelektri?in ?s?t?lmas? polarizasyonunu de?i?tirir. Erime s?cakl???nda piroelektrik ?zellikler tamamen kaybolur.

Baz? piroelektrikler ferroelektrik olarak s?n?fland?r?l?r. Polarizasyon y?nleri harici bir elektrik alan? taraf?ndan de?i?tirilebilir.

Ferroelektri?in polarizasyon y?nelimi ile d?? alan?n b?y?kl??? aras?nda bir histerezis ili?kisi vard?r.

Yeterince zay?f alanlarda polarizasyon, alan g?c?ne do?rusal olarak ba?l?d?r. Daha da artmas?yla birlikte, t?m alanlar alan y?n?nde y?nlendirilerek doygunluk moduna girer. Alan s?f?ra indirildi?inde kristal polarize kal?r. CO segmentine art?k polarizasyon denir.

Polarizasyon y?n?n?n de?i?ti?i alan, DO segmentine zorlay?c? kuvvet denir.

Son olarak kristal, polarizasyon y?n?n? tamamen tersine ?evirir. Alandaki bir sonraki de?i?iklikle polarizasyon e?risi kapan?r.

Ancak bir kristalin ferroelektrik durumu yaln?zca belirli bir s?cakl?k aral???nda mevcuttur. ?zellikle Rochelle tuzunun iki Curie noktas? vard?r: -18 ve +24 derece, burada ikinci dereceden faz ge?i?leri meydana gelir.

Ferroelektrik gruplar

Faz ge?i?lerinin mikroskobik teorisi ferroelektrikleri iki gruba ay?r?r.

Birinci grup

Baryum titanat birinci gruba ve ayn? zamanda ?ngerilim tipi ferroelektrikler olarak da adland?r?ld??? gruba aittir. Polar olmayan durumunda baryum titanat k?bik simetriye sahiptir.

Polar duruma faz ge?i?i s?ras?nda iyonik alt ?rg?ler yer de?i?tirir ve kristal yap?n?n simetrisi azal?r.

?kinci grup

?kinci grup, polar olmayan faz?n d?zensiz bir yap?sal eleman alt ?rg?s?ne sahip oldu?u sodyum nitrat tipi kristalleri i?erir. Burada faz?n polar duruma ge?i?i kristal yap?n?n d?zeniyle ili?kilidir.

Ayr?ca farkl? kristallerde iki veya daha fazla olas? denge konumu bulunabilir. Dipol zincirlerinin antiparalel y?nelimlere sahip oldu?u kristaller vard?r. Bu t?r kristallerin toplam dipol momenti s?f?rd?r. Bu t?r kristallere antiferroelektrikler denir.

Bunlarda polarizasyon ba??ml?l??? kritik alan de?erine kadar do?rusald?r.

Alan g?c?ndeki daha fazla art??a ferroelektrik faza ge?i? e?lik eder.

???nc? grup

Ba?ka bir kristal grubu daha var - ferroelektrikler.

Dipol momentlerinin y?nelimi, bir y?nde antiferroelektrik, di?er y?nde ise ferroelektrik ?zelliklerine sahip olacak ?ekildedir. Ferroelektriklerde faz ge?i?leri iki tiptir.

?u tarihte: ikinci dereceden faz ge?i?i Curie noktas?nda kendili?inden polarizasyon sorunsuz bir ?ekilde s?f?ra d??er ve dielektrik duyarl?l??? keskin bir ?ekilde de?i?erek muazzam de?erlere ula??r.

Birinci dereceden faz ge?i?i s?ras?nda polarizasyon aniden kaybolur. Elektriksel duyarl?l?k da aniden de?i?ir.

Ferroelektriklerin b?y?k dielektrik sabiti ve elektriksel polarizasyonu onlar? modern teknoloji i?in umut verici malzemeler haline getiriyor. ?rne?in ?effaf ferroelektrik seramiklerin do?rusal olmayan ?zellikleri halihaz?rda yayg?n olarak kullan?lmaktad?r. I??k ne kadar parlaksa ?zel camlar taraf?ndan o kadar fazla emilir.

Bu, ani ve yo?un ???k parlamalar?n?n oldu?u baz? end?strilerde ?al??anlar?n g?r???n?n korunmas?nda etkilidir. Elektro-optik etkiye sahip ferroelektrik kristaller, bir lazer ???n? kullanarak bilgi iletmek i?in kullan?l?r. G?r?? hatt? i?erisinde lazer ???n? kristalde sim?le edilir. Daha sonra ???n, bilginin izole edildi?i ve yeniden ?retildi?i bir al?c? ekipman kompleksine girer.

Piezoelektrik etki

1880'de Curie karde?ler, Rochelle tuzunun deformasyonu s?ras?nda y?zeyinde polarizasyon y?klerinin ortaya ??kt???n? ke?fettiler. Bu olaya do?rudan piezoelektrik etki ad? verildi.

Bir kristal harici bir elektrik alan?na maruz b?rak?l?rsa deforme olmaya ba?lar, yani ters piezoelektrik etki meydana gelir.

Ancak kur?un s?lf?r gibi simetri merkezine sahip kristallerde bu de?i?iklikler g?r?lmez.

E?er b?yle bir kristal harici bir elektrik alan?na maruz b?rak?l?rsa, negatif ve pozitif iyonlar?n alt ?rg?leri z?t y?nlerde kayacakt?r. Bu kristallerin polarizasyonuna yol a?ar.

Bu durumda deformasyonun elektrik alan?n?n karesiyle orant?l? oldu?u elektrostriksiyon g?zlemliyoruz. Bu nedenle elektrostriksiyon e?it bir etki olarak s?n?fland?r?l?r.

DX1=DX2

B?yle bir kristal gerilir veya s?k??t?r?l?rsa, pozitif dipollerin elektrik momentleri, negatif dipollerin elektrik momentlerine e?it b?y?kl?kte olacakt?r. Yani dielektrik polarizasyonu de?i?mez ve piezoelektrik etki olu?maz.

D???k simetriye sahip kristallerde, deformasyon s?ras?nda, d?? etkilere kar?? koyan ters piezoelektrik etkinin ek kuvvetleri ortaya ??kar.

Dolay?s?yla y?k da??l?m?nda simetri merkezi olmayan bir kristalde yer de?i?tirme vekt?r?n?n b?y?kl??? ve y?n? d?? alan?n b?y?kl???ne ve y?n?ne ba?l?d?r.

Bu sayede piezokristallerin ?e?itli deformasyonlar?n? ger?ekle?tirmek m?mk?nd?r. Piezoelektrik plakalar? yap??t?rarak s?k??t?rmayla ?al??an bir eleman elde edebilirsiniz.

Bu tasar?mda piezoelektrik plaka b?k?l?r.

Piezoseramikler

B?yle bir piezoelektrik elemana alternatif bir alan uygulan?rsa, i?inde elastik titre?imler uyar?lacak ve akustik dalgalar ortaya ??kacakt?r. Piezoseramikler piezoelektrik ?r?nlerin ?retiminde kullan?l?r. Ferroelektrik bile?iklerin polikristallerini veya bunlara dayal? kat? ??zeltileri temsil eder. Seramiklerin bile?enlerinin bile?imi ve geometrik ?ekilleri de?i?tirilerek piezoelektrik parametreleri kontrol edilebilir.

Do?rudan ve ters piezoelektrik etkiler ?e?itli elektronik ekipmanlarda kullan?l?r. Elektroakustik, radyoelektronik ve ?l??m ekipman?n?n bir?ok bile?eni: dalga k?lavuzlar?, rezonat?rler, frekans ?arpanlar?, mikro devreler, filtreler, piezoseramiklerin ?zelliklerini kullanarak ?al???r.

Piezoelektrik motorlar

Piezoelektrik motorun aktif eleman? bir piezoelektrik elemand?r.

Alternatif elektrik alan? kayna??n?n bir sal?n?m periyodu s?ras?nda, rotor uzar ve onunla etkile?ime girer, di?erinde ise orijinal konumuna geri d?ner.

M?kemmel elektriksel ve mekanik ?zellikler, piezo motorun geleneksel elektrikli mikro makinelerle ba?ar?l? bir ?ekilde rekabet etmesini sa?lar.

Piezoelektrik transformat?rler

?al??ma prensibi ayn? zamanda piezoseramiklerin ?zelliklerinin kullan?m?na da dayanmaktad?r. Giri? voltaj?n?n etkisi alt?nda, uyar?c?da ters bir piezoelektrik etki meydana gelir.

Deformasyon dalgas?, do?rudan piezoelektrik etki nedeniyle dielektrik de?i?imlerinin polarizasyonunun ??k?? voltaj?nda bir de?i?ikli?e yol a?t??? jenerat?r b?l?m?ne iletilir.

Bir piezotransformat?rdeki giri? ve ??k?? galvanik olarak izole edildi?inden, giri? sinyalini voltaj ve ak?ma d?n??t?rme ve onu giri? ve ??k?? y?k?yle e?le?tirme i?levselli?i, geleneksel transformat?rlerden daha iyidir.

Ferroelektrik ve piezoelektrikli?in ?e?itli fenomenlerine ili?kin ara?t?rmalar devam etmektedir. Gelecekte kat?lardaki yeni ve ?a??rt?c? fiziksel etkilere dayal? cihazlar?n bulunaca??na ??phe yoktur.

Dielektriklerin s?n?fland?r?lmas?

?e?itli fakt?rlere ba?l? olarak yal?t?m ?zelliklerini farkl? ?ekilde sergilerler ve bu da kullan?m alanlar?n? belirler. A?a??daki diyagram dielektriklerin s?n?fland?r?lmas?n?n yap?s?n? g?stermektedir.

?norganik ve organik elementlerden olu?an dielektrikler ?lke ekonomisinde pop?ler hale geldi.

?norganik malzemeler - Bunlar ?e?itli elementlerle karbon bile?ikleridir. Karbonun kimyasal bile?ikler olu?turma yetene?i y?ksektir.

Mineral dielektrikler

Bu tip dielektrikler elektrik end?strisinin geli?mesiyle ortaya ??kt?. Mineral dielektriklerin ve ?e?itlerinin ?retimine y?nelik teknoloji ?nemli ?l??de geli?tirildi. Bu nedenle, bu t?r malzemeler halihaz?rda kimyasal ve do?al dielektriklerin yerini almaktad?r.

Mineral dielektrik malzemeler ?unlar? i?erir:

Bardak(kapasit?rler, lambalar) – karma??k oksitlerden olu?an bir sistemden olu?an amorf bir malzeme: silikon, kalsiyum, al?minyum. Malzemenin dielektrik ?zelliklerini iyile?tirirler.
Cam emaye– metal bir y?zeye uygulan?r.
Fiberglas– fiberglas kuma?lar?n ?retildi?i cam iplikler.
I??k k?lavuzlar?– ???k ileten cam elyaf?, elyaf demeti.
Sitaller– kristalin silikatlar.
Seramik– porselen, steatit.
Mika– mikalex, mika plastik, mikanit.
Asbest– lifli yap?ya sahip mineraller.

?e?itli dielektrikler her zaman birbirinin yerine ge?mez. Uygulama kapsamlar? maliyete, kullan?m kolayl???na ve ?zelliklere ba?l?d?r. Yal?t?m ?zelliklerine ek olarak dielektrikler termal ve mekanik gereksinimlere de tabidir.

S?v? dielektrikler

Petrol ya?lar?

Trafo ya?? i?ine d?k?ld?. Elektrik m?hendisli?inde en pop?ler olan?d?r.

Kablo ya?lar? imalatta kullan?l?r. Kablolar?n ka??t yal?t?m?n? emprenye ederler. Bu, elektrik g?c?n? artt?r?r ve ?s?y? da??t?r.

Sentetik s?v? dielektrikler

Kapasit?rleri emprenye etmek i?in kapasitans? artt?rmak i?in s?v? bir dielektrik gereklidir. Bu t?r maddeler, petrol ya?lar?ndan daha ?st?n olan, sentetik bazda s?v? dielektriklerdir.

Klorlu hidrokarbonlar Hidrojen atomlar?n?n molek?llerinin klor atomlar? ile de?i?tirilmesiyle hidrokarbonlardan olu?ur. C 12 H 10 -nC Ln i?eren polar bifenil ?r?nleri olduk?a pop?lerdir.

Avantajlar? yanmaya kar?? diren?tir. Dezavantajlar?ndan biri de toksisitesidir. Klorlu bifenillerin viskozitesi y?ksektir, dolay?s?yla daha az viskoz hidrokarbonlarla seyreltilmeleri gerekir.

Organosilikon s?v?lar? D???k higroskopisiteye ve y?ksek s?cakl?k direncine sahiptir. Viskoziteleri s?cakl??a ?ok az ba?l?d?r. Bu t?r s?v?lar pahal?d?r.

Organoflorin s?v?lar? benzer ?zelliklere sahiptir. Baz? ak??kan numuneleri 2000 derecede uzun s?re ?al??abilmektedir. Oktol formundaki bu t?r s?v?lar, petrol par?alama gaz? ?r?nlerinden elde edilen izobutilen polimerlerinin bir kar???m?ndan olu?ur ve maliyeti d???kt?r.

Do?al re?ineler

Re?ine k?r?lganl??? artt?r?lm?? ve re?ineden (?am re?inesi) elde edilen bir re?inedir. Rosin, ?s?t?ld???nda petrol ya?lar?n?n yan? s?ra di?er hidrokarbonlar, alkol ve terebentin i?inde kolayca ??z?nen organik asitlerden olu?ur.

Re?inenin yumu?ama s?cakl??? 50-700 derecedir. A??k havada re?ine oksitlenir, daha h?zl? yumu?ar ve daha az ??z?n?r. Petrol ya??nda ??z?nm?? re?ine, kablolar? emprenye etmek i?in kullan?l?r.

Bitkisel ya?lar

Bu ya?lar ?e?itli bitki tohumlar?ndan elde edilen viskoz s?v?lard?r. Bunlardan en ?nemlisi ?s?t?ld???nda sertle?ebilen kuruyan ya?lard?r. Malzemenin y?zeyindeki ince bir ya? tabakas? kurudu?unda sert, dayan?kl? bir elektrik yal?t?m filmi olu?turur.

Ya??n kuruma h?z?, artan s?cakl?k, ayd?nlatma ve kataliz?rlerin (kurutucular?n (kobalt, kalsiyum ve kur?un bile?ikleri) kullan?m?) kullan?m?yla artar.

Keten tohumu ya?? alt?n sar?s? bir renge sahiptir. Keten tohumlar?ndan elde edilir. Keten tohumu ya??n?n akma noktas? -200 derecedir.

Tung ya?? tung a?ac?n?n tohumlar?ndan yap?lm??t?r. Bu a?a? Kafkasya'da oldu?u gibi Uzak Do?u'da da yeti?iyor. Bu ya? toksik de?ildir ancak g?daya uygun de?ildir. Tung ya?? 0-50 derece s?cakl?kta sertle?ir. Bu t?r ya?lar elektrik m?hendisli?inde vernik, vernikli kuma?, ah?ap emprenye ?retiminde ve ayr?ca s?v? dielektrik olarak kullan?l?r.

Hint ya??, kapasit?rleri ka??t dielektrik ile emprenye etmek i?in kullan?l?r. Bu ya? hint fasulyesi tohumlar?ndan elde edilir. -10 -180 derece s?cakl?kta sertle?ir. Hint ya?? etil alkolde kolayca ??z?n?r, ancak benzinde ??z?nmez.

Elektriksel ?zellikler

Dielektriklerin elektriksel ?zellikleri aras?nda polarizasyon, elektriksel iletkenlik, dielektrik kay?plar ve bozulma yer al?r.

Dielektriklerin polarizasyonu. Elektrik voltaj?n?n uyguland??? elektrotlar aras?na yerle?tirilen bir dielektrik polarize edilir.

Polarizasyon - bir elektrik alan?na maruz kald???nda bir dielektrik i?indeki ba?l? y?klerin s?n?rl? yer de?i?tirmesi veya y?nlendirilmesinden olu?an bir i?lemdir.

Dielektrik de dahil olmak ?zere herhangi bir maddede, serbest elektrik y?klerinin varl???na veya yoklu?una bak?lmaks?z?n, her zaman ba?l? y?kler vard?r: atom kabuklar?n?n elektronlar?, atom ?ekirde?i, iyonlar. Harici bir elektrik alan?n?n etkisi alt?nda, dielektrikteki ilgili elektrik y?kleri denge konumlar?ndan kayd?r?l?r: negatif elektrota pozitif ve ters y?nde negatif (?ekil 5.1).

Dipol molek?lleri i?eren dielektriklerde polarize olduklar?nda dipollerin elektrik alan?ndaki y?nelimi g?zlenir. Polarizasyon, her temel hacimde bir dielektrik olu?umuna yol a?ar dV ind?klenen (ind?klenen) elektrik torku dp.

Bir dielektrikin polarizasyon derecesi ba??l dielektrik sabiti ile tahmin edilir. De?eri ne kadar y?ksek olursa dielektrik o kadar polarize olur.

Ba??l dielektrik sabiti, belirli bir dielektrik ile bir kapasit?r?n y?k?n?n y?ke oran?d?r. 0 ayn? boyutlarda, ayn? elektrot konfig?rasyonunda, ayn? voltajda vakum kapasit?r?:

plakalar aras?nda bir dielektrik oldu?unda kapasit?r?n y?k? nerede; 0 - dielektrik maddenin vakum oldu?u bir kapasit?r?n y?k?; - polarizasyon nedeniyle ?arj.

Pirin?. 5.1 Polarize bir dielektrikteki y?klerin d?zeninin ?emas?: 1 - dielektrik; 2- elektrot kapaklar?; S, her plakan?n alan?d?r; H- elektrotlar aras?ndaki mesafe (dielektrik katman kal?nl???).

B?ylece

(37)

Dielektrik sabiti niceliksel bir ?zelliktir; her zaman birden b?y?kt?r.

Kondansat?r plakalar? aras?nda bo?luk olu?tu?unda

Nerede - vakumun dielektrik sabiti.

Dielektrik maddenin vakum oldu?u bir kapasit?r?n kapasitans? 0'dan itibaren a?a??daki form?lle belirlenir:

Dielektrik ile ayn? boyutlardaki bir kapasit?r?n kapasitans?

Nerede H- dielektrik kal?nl???, m.

Dolay?s?yla ba??l dielektrik sabiti:

Dielektrik sabitindeki bir art??, belirli bir dielektrik ile bir kapasit?r?n kapasitans?n?n, plakalar? aras?nda vakum bulunan bir kapasit?r?n kapasitans?na k?yasla artt???n? g?sterir.

Dielektrik yap?s?na ve toplanma durumuna ba?l? olarak elektronik, iyonik, dipol, g??, kendili?inden ve rezonans polarizasyonu ay?rt edilir.

Elektronik polarizasyon, harici bir elektrik alan?n etkisi alt?nda pozitif y?kl? bir ?ekirde?e g?re elektron y?r?ngelerinin yer de?i?tirmesidir. Elektrik alan? uyguland?ktan ?ok k?sa bir s?re sonra kurulur ve c miktar?na ula??r. Atom b?y?kl??? artt?k?a elektronik polarizasyon artar.

Elektronik polarizasyon, herhangi bir maddenin t?m atomlar?nda ve dolay?s?yla t?m dielektriklerde, di?er polarizasyon t?rlerinin varl???na bak?lmaks?z?n meydana gelir. ?yonik yap?ya sahip maddeler i?in atomlar?n de?il iyonlar?n elektronik polarize edilebilirli?i esast?r.

Hareketli y?klerin elektrik alan?na g?re statik denge kurmas?ndaki gecikmeye denir. gev?eme kutupla?ma.

Elektronik gev?eme polarizasyonu, elektronik yap?s?nda kusur bulunan malzemelerde kendini g?sterir.

?yonik polarizasyon, z?t y?kl? iyonlar?n denge konumundan, iyonik ba?l? maddelerdeki kristal kafes sabitinden daha az bir mesafeye do?ru birbirine g?re yer de?i?tirmesidir. Ayn? zamanda k?sa ama yine de elektronik polarizasyondan daha uzun bir s?rede kurulur.

?yonik polarizasyon, elektronik polarizasyon gibi enerji kay?plar? ile ili?kili de?ildir ve frekansa ba?l? de?ildir.

?yon gev?eme polarizasyonu, yap?sal par?ac?klar?n (?rne?in, yal?tkan porselen, ?s?ya dayan?kl? seramikler, alkali yal?t?m cam?) nispeten zay?f sabitlenmesine sahip iyonik dielektriklerde do?ald?r. Buna elektrik enerjisinin yay?lmas? e?lik eder ve ak?m?n s?cakl???na ve frekans?na ba?l?d?r.

Dipol polarizasyonu, dipol molek?llerinin harici bir elektrik alan? y?n?nde d?nmesinden (y?nlenmesinden) olu?ur.

Dipol polarizasyondaki polarizasyon, uygulanan voltaj kald?r?ld?ktan sonra azal?r, yani. dipol-gev?eme polarizasyonu ger?ekle?ir.

G?? polarizasyonu, teknik dielektriklerde iletken ve yar? iletken kal?nt?lar?n ve farkl? iletkenli?e sahip katmanlar?n varl???ndan kaynaklan?r.

Homojen olmayan malzemeler bir elektrik alan?na girdi?inde, serbest elektronlar ve iyonlar her bir kapsama i?inde hareket etmeye (g?? etmeye) ba?lar ve s?n?rlarda birikerek polarize b?lgeler olu?turur.

Bir alan yap?s?na sahip dielektriklerde kendili?inden (kendili?inden) polarizasyon g?zlenir; harici bir elektrik alan? uygulanmadan ?nce bu t?r malzemeler zaten k???k polarize b?lgelere sahiptir.

D?? alan, elektriksel momentlerin vekt?rleri malzemenin hacminde rastgele y?nlendirilen ve telafi edilen alanlar? y?nlendirir ve dielektrik polarize edilir.

Kendili?inden polarizasyonla, b?y?k dielektrik kay?plar? ve dielektrik sabitinin s?cakl??a ve elektrik alan kuvvetine belirgin bir ba??ml?l??? g?zlenir. Dielektrik sabiti ?ok y?ksek de?erlere (100.000'e kadar) ula?abilir.

Bu t?r polarizasyona sahip malzemelere denir. ferrodielektrikler(rochelle tuzu, baryum titanat BaTiO2, stronsiyum titanat SrTiO3, vb.).

Rezonans polarizasyonu, kristal yap?daki kusurlarla birlikte gazlarda ve kat? dielektriklerde a??r? y?ksek frekanslar b?lgesinde kendini g?sterir.

Polarizasyon mekanizmas?na ba?l? olarak t?m dielektrikler polar ve polar olmayan olarak ayr?labilir.

Polar dielektrikler, harici bir elektrik alan?nda yeniden y?nlendirilebilen kal?c? elektrik dipolleri i?eren bir malzeme grubunu olu?turur.

Polar dielektriklerde elektronik ve dipol gev?eme polarizasyonu g?zlenir. Polar olmayan dielektriklerle kar??la?t?r?ld???nda daha k?t? elektriksel ?zelliklere sahiptirler ve d???k frekans aral???nda elektriksel yal?t?m malzemeleri olarak kullan?l?rlar.

Polivinil klor?r, epoksi re?ineler, floroplastik - 3, organik cam vb. polard?r.

Polar olmayan dielektrikler, harici bir elektrik alan?nda yeniden y?nlendirilebilen dielektrik dipoller i?ermeyen bir malzeme grubunu olu?turur.

Polar olmayan dielektriklerde esas olarak elektronik polarizasyon g?zlenir. Y?ksek ve ultra y?ksek frekans teknolojisinde y?ksek kaliteli elektrik yal?t?m malzemeleri olarak kullan?l?rlar.

Polar olmayanlar hava, polistiren, polietilen, floroplastik-4, benzen vb.'dir.

Dielektriklerin elektriksel iletkenli?i. Dielektrik malzemeler, y?kl? par?ac?klar?n (elektronlar, iyonlar, molyonlar) y?nsel hareketiyle ili?kili bir miktar elektriksel iletkenli?e sahiptir.

?o?u durumda dielektriklerin elektriksel iletkenli?i iyoniktir, yani. y?k ta??y?c?lar? iyonlard?r.

Dielektriklerin elektriksel iletkenli?i, do?ru ak?ma kar?? spesifik elektrik direnci Ohm*m ile tahmin edilir.

Nerede en- spesifik elektrik iletkenli?i, S/m.

Bir dielektrik sabit voltaj devresine ba?land???nda, ak?mda keskin bir s??rama meydana gelir ve ard?ndan sabit bir de?ere d??er. Bu sabit de?ere ak?m denir iletkenlik sayesinde sk.

?cretsiz ?cretlerin yeniden da??t?lmas?n?n neden oldu?u zamanla azalan ak?ma genellikle denir. emilim I ab.

Ak?ma e?lik eden elektronik ve iyon polarizasyonuna ak?m denir. ofsetler; onun anl?k de?er g?stergesi ben cm.

B?ylece dielektrikten ge?en ak?m, yer de?i?tirme ak?mlar?n?n toplam?d?r. ben cm, emilim ben ab ve u?tan uca ben sc.

ben = ben cm +ben ab +soruyorum(43)

Absorbsiyon ak?m? h?zla azald??? i?in, yal?tkan malzemelerin sabit bir voltajdaki elektriksel iletkenli?i, ge?i? ak?m? taraf?ndan belirlenir:

Nerede I sk = I – I cm – I ab- iletim ak?m? yoluyla; BEN- toplam ak?m, A;

U- uygulanan voltaj, V.

Bir dielektrikin elektriksel iletkenli?ini belirlerken ak?m? ?l?mek gerekir. ben cm + ben ab = 0

Elektrikli ?r?nlerin tasar?m?na ba?l? olarak, belirli hacimsel elektrik direnci ile belirli y?zey elektrik direnci aras?nda ayr?m yapmak gelenekseldir. .

Spesifik hacimsel elektrik direnci pv Ana ak?m s?z?nt?lar? b?y?k bir malzeme y???n?ndan (?rne?in ekranl? bir elektrik kablosu) meydana geldi?inde yal?t?m ?zelliklerini belirler.

Spesifik hacimsel elektrik direnci pv, iki z?t y?z?ne voltaj uyguland???nda birim boyutlar?n kenar?na sahip k?p ?eklindeki bir malzeme ?rne?inin direncine say?sal olarak e?ittir. D?z numuneler i?in:

, (Ohm*m) (45)

Nerede Karavan- Numunenin do?ru ak?ma kar?? hacimsel direnci. Ohm; S- test numunesi ile temas halinde olan elektrotlar?n alan?, m2; B- numunelerin kal?nl???, m.

Spesifik y?zey elektrik direnci R Hat izolat?rleri gibi bile?enlerdeki yal?t?m malzemelerini de?erlendirirken kritik bir ?zelliktir.

Spesifik y?zey direnci R s, bir ak?m iki kar??t taraf?ndan ge?ti?inde, birim boyutlar?n bir taraf? olan kare ?eklindeki bir malzeme numunesinin direncine say?sal olarak e?ittir:

, (Ohm*m) (46)

Nerede R- elektrotlar aras?na yerle?tirilen numune malzemesinin y?zey direnci, Ohm; / - elektrotlar?n uzunlu?u; H- elektrotlar aras?ndaki mesafe, m.

Kat? dielektriklerin ?zg?l hacmi ve y?zey elektrik direnci p s?cakl??a, neme ve uygulanan voltaj?n b?y?kl???ne ba?l?d?r.

Bir?ok yal?t?m malzemesinin elektriksel iletkenli?i yaln?zca yap?ya ve kimyasal bile?ime de?il ayn? zamanda ?retim teknolojisine de ba?l?d?r.

Kat? dielektriklerin y?zey elektrik iletkenli?i, yap?lar?nda adsorbe edilmi? su-kolloidal filmlerin varl??? ile belirlenir. Su ile ilgili olarak yal?t?m malzemeleri ?slanmayan ve ?slanabilen olarak ikiye ayr?l?r. Islanmayan malzemeler aras?nda ?rne?in mumlar, amber, polistiren vb. yer al?r. Y?zey iletkenlikleri d???kt?r ve havan?n nemine ba?l? de?ildir. Islanabilir malzemeler aras?nda elektriksel olarak yal?tkan cam, mermer, ka??t ve bir?ok plastik t?r? bulunur. Elektriksel iletkenlikleri ortam?n nemine ba?l?d?r.

Dielektrik kay?plar?. Dielektrik kay?plar, bir malzemede bir elektrik alan?na maruz kald???nda meydana gelen karma??k olaylarla ili?kilidir. Do?ru ve alternatif ak?mda g?r?n?rler. Bununla birlikte, do?ru ak?mdaki bir dielektrik kalitesi genellikle dielektrik kay?plarla de?il, belirli hacim ve y?zey diren?leriyle karakterize edilir.

Herhangi bir maddeye elektrik alan? uyguland???nda t?ketti?i elektrik enerjisinin bir k?sm? ?s?ya d?n??t?r?lerek da??l?r.

Bir dielektrik taraf?ndan emilen elektrik enerjisinin sa??lan k?sm?na denir. dielektrik kay?plar?.

Pirin?. 5.2. Bir dielektrikteki ak?m yo?unlu?unun vekt?r diyagram?:

?deal bir dielektrik ak?m?na g?re toplam ak?m?n kayma a??s?; en- ak?m ve gerilim aras?ndaki faz kayma a??s?;

Jcm- ?n ak?m yo?unlu?u;

Jpr- iletim ak?m? yo?unlu?u; J- toplam ak?m yo?unlu?u

G??l? bir alternatif elektrik alan?na yerle?tirilen bir dielektrikte e ve a??sal frekans, bir yer de?i?tirme ak?m? ve bir iletim ak?m? ortaya ??kar (?ekil 5.2). Dielektrik AC yo?unluk vekt?rleri aras?ndaki a?? J ve ?nyarg? ak?m? J karma??k d?zlemde denir dielektrik kay?p a??s?. Bu a??n?n tanjant? sadece dielektriklerin de?il ayn? zamanda kapasit?rlerin, yal?tkanlar?n ve di?er elektriksel yal?tkan malzemelerin de en ?nemli parametrelerinden biridir. Dielektrik kay?p tanjant?, alternatif voltaj alt?nda ?al??an bir dielektrikte kaybolan aktif g?c? belirler. ?letim ak?m? yo?unlu?unun oran? ile ifade edilir. J pr ak?m yo?unlu?unu sapt?rmak Jcm:

Boyutsuz bir parametrenin eklenmesi uygundur ??nk? yal?t?m b?l?m?n?n ?ekline ve boyutuna ba?l? de?ildir, yaln?zca dielektrik malzemenin ?zelliklerine g?re belirlenir.

Dielektrik kay?p tanjant? ne kadar y?ksek olursa, belirli bir frekans ve voltajdaki bir elektrik alan?nda dielektrik ?s?nmas? da o kadar b?y?k olur.

Bozulma. Bir elektrik alan?n?n etkisi alt?nda bir dielektrikte iletken bir kanal?n olu?mas? olgusuna denir. bozulma.

?letken bir kanal bir elektrottan di?erine ge?ip k?sa devre yapt?r?rsa tam bir ar?za meydana gelir.

?letken kanal elektrotlardan en az birine ula?mazsa eksik ar?za meydana gelir.

K?smi bir ar?zada, kat? bir dielektrikin yaln?zca gaz veya s?v? i?ermesi k?r?l?r.

Kat? dielektriklerde hacimsel bozulman?n yan? s?ra y?zey boyunca bozulma da m?mk?nd?r; bu t?r bozulmaya y?zey k?r?lmas? denir.

Dielektrik bozulmaya yol a?an minimum gerilime denir g??l? Gerilim Yukar? Ar?za gerilimi Yukar? dielektrik kal?nl???n artmas?yla artar H. Bir malzemenin bir elektrik alan?ndaki y?k?ma direnme yetene?ini karakterize etmek i?in, bozulman?n meydana geldi?i elektrik alan kuvvetini (mV/m) kullan?n,

Nerede Yukar? – ar?zan?n meydana geldi?i dielektrik i?in pozitif voltaj?n b?y?kl???, kV; H- k?r?lma noktas?ndaki malzemenin kal?nl???, m.

Ar?zaya neden olan d?zg?n bir elektrik alan?n?n yo?unlu?una denir. elektriksel g??.

Gaz, s?v? ve kat? dielektriklerin par?alanma mekanizmalar? ?nemli farkl?l?klar g?sterir.

G?venlik sorular?:

1. Dielektrikler amaca, toplanma durumuna ve kimyasal temele g?re hangi gruplara ayr?labilir?

2. Bir dielektrikte polarizasyon nedir?

3. Bir dielektrik maddenin polarizasyon derecesi nas?l de?erlendirilir?

4. Bir kapasit?r?n y?k? ve kapasitans? yoluyla ba??l dielektrik sabiti nas?l belirlenir?

5. Polarizasyon t?rlerini listeleyiniz. Bunlar?n ?z? nedir?

6. Bir dielektrik maddenin hacmi ve y?zey iletkenli?i nas?l belirlenir?

7. Dielektrik kay?plar? nelerdir?

8. Dielektrik ak?m yoluyla so?urma ak?m?, yer de?i?tirme ak?m? nedir?

9. Dielektrik kay?p tanjant? nedir?

10. Dielektrik dayan?m? nedir?

1729'da ?ngiliz fizik?i Stephen Gray, elektrik y?k?n?n baz? cisimlerde hareket edebildi?ini, baz?lar?nda ise hareket edemedi?ini ke?fetti. ?rne?in, yapt??? deneylerde elektrik metal bir tel arac?l???yla yay?l?yor ancak ipek iplik arac?l???yla yay?lm?yor. O zamandan beri, t?m maddeler elektri?i iletenler ve iletken olmayanlar olarak b?l?nmeye ba?land?. ?kincisi Faraday taraf?ndan dielektrik olarak adland?r?ld?.

Faraday taraf?ndan 1837'de tan?t?lan "dielektrik" terimi iki kelimeden t?retilmi?tir: Yunanca "dia" ("i?inden" anlam?na gelir) ve ?ngilizce elektrik (elektrik).

Dielektrik elektrik ak?m?n? iletmeyen madde olarak adland?r?l?r, dolay?s?yla bu maddede serbest y?kl? par?ac?klar yoktur( onlar. v?cudun t?m hacmi boyunca serbest?e hareket edebilen y?kl? par?ac?klar). Bu t?r par?ac?klar elektron olabilir, ancak ideal bir dielektrikte t?m elektronlar atomun ?ekirde?iyle ili?kilidir; Bireysel atomlara aittirler ve v?cutta serbest?e hareket edemezler. Bu ba?lant?y? koparmak i?in g??l? etkileyici fakt?rlere ihtiya? vard?r.

Dielektrikler, elektrostatik alan? kendi i?inden iletme yetene?ine sahiptir. Dielektriklere n?fuz eden elektrostatik alan zay?flar, ancak metallerde oldu?u gibi yine de s?f?ra ula?maz.

Dielektrikler ?? toplanma durumundaki maddeler olabilir: gaz halinde (azot, hidrojen), s?v? (saf su), kat? (kehribar, porselen, kuvars).

Her molek?l, toplam y?k? s?f?ra e?it olan bir sistemdir. Bir molek?l?n harici bir elektrik alan?ndaki davran??? bir dipole e?de?erdir. B?yle bir dipol?n pozitif y?k?, ?ekirde?in toplam y?k?ne e?ittir ve pozitif y?klerin "a??rl?k merkezine" yerle?tirilir; Negatif y?k, elektronlar?n toplam y?k?ne e?ittir ve negatif y?klerin “a??rl?k merkezine” yerle?tirilir.

T?m dielektrikler ?? gruba ayr?l?r: polar, polar olmayan ve kristal.

Kristal dielektrikler iyonik bir yap?ya sahiptirler ve zay?f polar dielektriklerdir.

Bunlar aras?nda NaCl, KCl bulunur.

Bir dielektrik bir elektrik alan?na yerle?tirildi?inde, hacminde ve y?zeyinde makroskobik y?kler belirir. Bu y?kler dielektriklerin polarizasyonunun bir sonucu olarak ortaya ??kar. Dielektrik polarizasyon

Dipol oryantasyon s?reci denir, yani. dielektrik i?indeki pozitif ve negatif y?klerin z?t y?nlerde yer de?i?tirmesi.

?? tip polarizasyon, ?? dielektrik grubuna kar??l?k gelir. Dipol (y?nelim) polarizasyonu.

Elektronik polarizasyon . Polar olmayan bir molek?l harici bir elektrik alan?na yerle?tirilirse E 0, elektrik alan?n?n etkisi alt?nda elektron y?r?ngeleri deforme olur ve dielektrik molek?ller hemen d?? alan boyunca y?nlendirilen dipollere d?n???r (molek?l?n ?ekirdekleri yer de?i?tirir) alan boyunca elektron kabu?u alana kar?? uzat?l?r ve molek?l bir dipol momenti kazan?r.

(?ekil 12.23).

?yonik polarizasyon . D???mlerinde pozitif ve negatif iyonlar?n d?zenli olarak de?i?ti?i kristal bir kafese sahip kristalin bir dielektrik (NaCl), E0 harici bir elektrik alan?na yerle?tirilirse, kafesin pozitif iyonlar? alan?n y?n? boyunca kayacakt?r, ve negatif iyonlar ters y?nde kayacakt?r. Sonu? olarak dielektrik polarize olur.

Bu t?r polarizasyona iyonik denir. ?yonik polarizasyonun derecesi dielektrik ?zelliklerine ve alan g?c?ne ba?l?d?r.

5.8.2. S?v? dielektrikler

3 gruba ayr?ld?:

1) petrol ya?lar?;

2) sentetik s?v?lar;

3) bitkisel ya?lar.

S?v? dielektrikler, y?ksek gerilim kablolar?n?n, kapasit?rlerin emprenye edilmesinde, transformat?rlerin, anahtarlar?n ve bur?lar?n doldurulmas?nda kullan?l?r. Ek olarak, transformat?rlerde so?utucu, anahtarlarda ark s?nd?r?c? vb. i?levlerini de yerine getirirler.

Petrol ya?lar?

Petrol ya?lar? parafin hidrokarbonlar?n bir kar???m?d?r ( C n H 2 n+ 2) ve naftenik (C n H 2 n ) sat?rlar. Elektrik m?hendisli?inde transformat?r, kablo ve kondansat?r ya?lar? olarak yayg?n ?ekilde kullan?l?rlar. Elektrik tesisatlar?n?n ve ?r?nlerinin i?indeki bo?luklar? ve g?zenekleri dolduran ya?, yal?t?m?n elektriksel dayan?m?n? artt?r?r ve ?r?nlerden ?s? uzakla?t?r?lmas?n? art?r?r.

Trafo ya?? Petrol?n dam?t?lmas?yla elde edilir. Transformat?r ya??n?n elektriksel ?zellikleri b?y?k ?l??de ya??n yabanc? maddelerden ar?nd?r?lma kalitesine, su i?eri?ine ve gazdan ar?nd?rma derecesine ba?l?d?r. Ya??n dielektrik sabiti 2,2, elektriksel diren? 10 13 Ohm M.

Transformat?r ya?lar?n?n amac? yal?t?m?n elektriksel dayan?m?n? artt?rmak; ?s?y? giderin; Ya?l? devre kesicilerde ark s?nd?rmeyi te?vik edin, kaliteyi art?r?n elektrik yal?t?m? elektrikli ?r?nlerde: reostatlar, ka??t kapasit?rler, ka??t yal?t?ml? kablolar, g?? kablolar? - d?kerek ve emprenye ederek.

Trafo ya?? ?al??ma s?ras?nda eskir ve bu da kalitesinin d??mesine neden olur. Ya??n ya?lanmas? ?unlarla desteklenir: ya??n havayla temas?, y?ksek s?cakl?klar, metallerle temas (Cu, Рb, Fe), ????a maruz kalma. Hizmet ?mr?n? uzatmak i?in, eskiyen ?r?nler temizlenip ??kar?larak ve inhibit?rler eklenerek ya? yenilenir.

KabloVe kapasit?r Ya?lar, transformat?r ya?lar?ndan daha y?ksek bir safla?t?rma kalitesi a??s?ndan farkl?l?k g?sterir.

Sentetik s?v? dielektrikler

Sentetik s?v? dielektrikler, petrol bazl? elektrik yal?t?m ya?lar?ndan daha ?st?n baz? ?zelliklere sahiptir.

Klorlu hidrokarbonlar

Sovol – pentaklorobifenil C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 bifenilin klorlanmas?yla elde edilir? 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

Sovolkapasit?rlerin emprenye edilmesi ve doldurulmas? i?in kullan?l?r. Petrol ya?lar?na g?re daha y?ksek dielektrik sabitine sahiptir. Sovol dielektrik sabiti 5,0, elektriksel diren? 10 11 , 10 12Ohm m. Sovol ka??t mukavemetinin emprenye edilmesinde kullan?l?r ve radyo kapasit?rler Artt?r?lm?? spesifik kapasite ve d???k ?al??ma voltaj? ile.

Sovtol – bayku? kar???m? triklorobenzen. Patlamaya dayan?kl? transformat?rleri yal?tmak i?in kullan?l?r.

Organosilikon s?v?lar?

En yayg?n olanlar? polidimetilsiloksan, polidietilsiloksan, polimetilfenilsiloksan s?v?lar.

Polisiloksan s?v?lar? – s?v? organosilikon polimerler ( poliorganosiloksanlar), a?a??daki gibi de?erli ?zelliklere sahiptir: y?ksek ?s? direnci, kimyasal inertlik, d???k higroskopisite, d???k akma noktas?, geni? bir frekans ve s?cakl?k aral???nda y?ksek elektriksel ?zellikler.

S?v? poliorganosiloksanlar, molek?lleri siloksan atom grubu i?eren, d???k polimerizasyon derecesine sahip polimer bile?ikleridir.

,

silikon atomlar?n?n organik radikallere ba?land??? yer R: metil CH3, etil C2H5, fenil C6H5 . Poliorganosiloksan s?v?lar?n?n molek?lleri do?rusal, do?rusal olarak dallanm?? ve d?ng?sel bir yap?ya sahip olabilir.

S?v? polimetilsiloksanlar Hidrolizle elde edilen dimetildiklorosilan ile kar??t?r?lm?? trimetilklorosilan .

Ortaya ??kan s?v?lar renksizdir, aromatik hidrokarbonlarda, dikloroetanda ve di?er baz? organik ??z?c?lerde ??z?n?r, alkollerde ve asetonda ??z?nmez. Polimetilsiloksanlar Kimyasal olarak inerttirler, metaller ?zerinde agresif etkileri yoktur ve ?o?u organik dielektrik ve kau?ukla etkile?ime girmezler. Dielektrik sabiti 2.0, 2,8, elektriksel diren? 10 12 Ohm m, elektrik g?c? 12, 20MV/m

Form?l polidimetilsiloksan A benziyor

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

S?v? organosilikon polimerler ?u ?ekilde kullan?l?r:

Polidietilsiloksanlar – Hidrolizle elde edilen dietildiklorosilan Ve trietilklorosilan . Geni? bir kaynama s?cakl??? aral???na sahiptirler. Yap? a?a??daki form?lle ifade edilir:

?zellikler kaynama noktas?na ba?l?d?r. Elektriksel ?zellikleri ayn? polidimetilsiloksan.

S?v? polimetilfenilsiloksanlar form?lle ifade edilen bir yap?ya sahip

Hidrolizle elde edilir fenilmetildiklorosilanlar vb. Viskoz ya?. ??lemden sonraNaOHviskozite 3 kat artar. 250 °C'ye kadar 1000 saat ?s?nmaya dayan?kl?d?r. Elektriksel ?zellikleri ayn? polidimetilsiloksan.

?u tarihte: g - ???nlama, organosilisyum s?v?lar?n?n viskozitesi b?y?k ?l??de artar ve dielektrik ?zellikleri keskin bir ?ekilde bozulur. Y?ksek dozda radyasyonla s?v?lar d?n???r lastiksi k?tleye ve ard?ndan kat?, k?r?lgan bir g?vdeye d?n???r.

Organoflorin s?v?lar?

Organoflorin s?v?lar? – 8 F 16'dan itibaren – yan?c? de?ildir ve patlamaya kar?? dayan?kl?d?r, y?ksek ?s?ya dayan?kl?(200 °C), d???k higroskopisiteye sahiptir. ?iftleri y?ksek elektriksel dayan?ma sahiptir. S?v?lar?n viskozitesi d???kt?r ve u?ucudur. Petrol ya?lar?na ve silikon s?v?lara g?re daha iyi ?s? yay?l?m?na sahiptirler.–) N,

do?rusal yap?ya sahip, polar olmayan bir polimerdir. Etilen gaz?n?n polimerizasyonuyla elde edilir C 2 H 4 y?ksek bas?n?ta (300 MPa'ya kadar) veya d???k bas?n?ta (0,6 MPa'ya kadar). Y?ksek bas?n?l? polietilenin molek?l a??rl??? 18000 – 40000, d???k yo?unluklu polietilen ise 60000 – 800000'dir.

Polietilen molek?lleri, zincirlerin (kristalitler) d?zenli bir ?ekilde d?zenlenmesiyle malzeme alanlar? olu?turma yetene?ine sahiptir, bu nedenle polietilen, oran? mekanik ve termal ?zelliklerini belirleyen iki fazdan (kristalin ve amorf) olu?ur. Amorf malzemeye elastik ?zellikler kazand?r?r, kristal ise sertlik verir. Amorf faz?n cams? ge?i? s?cakl??? +80 °C'dir. Kristalin faz daha y?ksek bir de?ere sahiptir ?s? direnci.

Kristal fazl? polietilen molek?llerinin agregatlar? ortorombik yap?ya sahip k?resellerdir. D???k yo?unluklu polietilendeki kristal faz?n i?eri?i (%90'a kadar) y?ksek yo?unluklu polietilenden (%60'a kadar) daha y?ksektir. D???k yo?unluklu polietilen, y?ksek kristalli?i nedeniyle daha y?ksek erime noktas?na (120 -125°C) ve daha y?ksek ?ekme mukavemetine sahiptir. Polietilenin yap?s? b?y?k ?l??de so?utma moduna ba?l?d?r. H?zl? so?umas? ile k???k k?reselitler olu?ur ve yava? so?uma ile b?y?k olanlar olu?ur. H?zla so?utulan polietilen daha esnek ve daha az serttir.

Polietilenin ?zellikleri molek?ler a??rl??a, safl??a ve yabanc? yabanc? maddelere ba?l?d?r. Mekanik ?zellikler polimerizasyon derecesine ba?l?d?r. Polietilenin kimyasal direnci y?ksektir. Elektrik yal?t?m malzemesi olarak kablo end?strisinde ve yal?t?ml? tel ?retiminde yayg?n olarak kullan?lmaktad?r.

?u anda a?a??daki tipte polietilen ve polietilen ?r?nler ?retilmektedir:

1. d???k ve y?ksek bas?n?l? polietilen - (t.d.) ve (v.d.);

2. kablo end?strisi i?in d???k yo?unluklu polietilen;

3. y?ksek veya orta bas?n?l? d???k molek?ler a??rl?kl? polietilen;

4. g?zenekli polietilen;

5. polietilen ?zel hortum plasti?i;

6. HF kablolar?n ?retimi i?in polietilen;

7. kablo end?strisi i?in elektriksel olarak iletken polietilen;

8. kurumla doldurulmu? polietilen;

9. kloros?lfonatl? polietilen;

10. polietilen film.

Floroplastikler

Polar veya polar olmayan ?e?itli tipte florokarbon polimerleri vard?r.

Tetrafloroetilen gaz?n?n polimerizasyon reaksiyonunun ?r?n?n?n ?zelliklerini ele alal?m.

(F2C = CF2).

Floroplastik – 4(politetrafloroetilen) – gev?ek beyaz toz. Molek?llerin yap?s? ?una benzer:

PTFE molek?lleri simetrik bir yap?ya sahiptir. Bu nedenle floroplastik polar olmayan bir dielektriktir

Molek?l?n simetrisi ve y?ksek safl???, y?ksek d?zeyde elektriksel performans sa?lar. aras?nda daha fazla ba?lanma enerjisi C ve F y?ksek so?u?a dayan?kl?l?k sa?lar ve ?s? direnci. Bundan yap?lan radyo bile?enleri -195 ? +250°C aras?nda ?al??abilir. Yan?c? de?ildir, kimyasallara kar?? dayan?kl?d?r, higroskopik de?ildir, hidrofobiktir ve k?ften etkilenmez. Elektrik direnci 10'dur 15 , 10 18 Ohm m, dielektrik sabiti 1.9, 2.2, elektrik g?c? 20, 30MV/m

Radyo bile?enleri, so?uk presleme yoluyla floroplastik tozdan yap?l?r. Preslenen ?r?nler 360 - 380°C s?cakl?ktaki f?r?nlarda sinterlenir. H?zl? so?utma ile ?r?nler y?ksek mekanik mukavemetle sertle?tirilir. Yava? so?utmal? - sertle?memi?. ??lenmeleri daha kolayd?r, daha az serttirler ve y?ksek d?zeyde elektriksel ?zelliklere sahiptirler. Par?alar 370°'ye ?s?t?ld???nda kristal durumdan amorf duruma ge?iyor ve ?effaf hale geliyor. Malzemenin termal ayr??mas? >400°'de ba?lar. Ayn? zamanda Zehirli flor olu?ur.

Floroplasti?in dezavantaj? mekanik y?k alt?nda ak??kanl???d?r. Radyasyona kar?? direnci d???kt?r ve ?r?nlere d?n??t?r?lmesi emek yo?undur. RF ve mikrodalga teknolojisi i?in en iyi dielektriklerden biri. Plaka, disk, halka ve silindir ?eklinde elektrik ve radyo m?hendisli?i ?r?nleri ?retiyorlar. HF kablolar?, b?z?lme s?ras?nda s?k??an ince bir filmle yal?t?lm??t?r.

Floroplastik, yeni ?zelliklere sahip malzemelerin elde edilmesini ve mevcut ?zelliklerin iyile?tirilmesini m?mk?n k?lan dolgu maddeleri (cam elyaf?, bor nitr?r, karbon siyah? vb.) kullan?larak de?i?tirilebilir.