DIELEKTR Elektr tokini yomon o'tkazuvchi moddalar. "Dielektrik" atamasi M. Faraday tomonidan elektrostatik maydon kirib boradigan moddalarni bildirish uchun kiritilgan. Har qanday moddaning elektr maydoniga joylashtirilganda elektronlar va atom yadrolari bu sohadan kuchlarni boshdan kechirish. Natijada, zaryadlarning bir qismi bir yo'nalishda harakatlanib, elektr tokini hosil qiladi. Qolgan zaryadlar shunday qayta taqsimlanadiki, musbat va manfiy zaryadlarning "ogirlik markazlari" bir-biriga nisbatan siljiydi. Ikkinchi holda, materiyaning qutblanishi haqida gapiriladi. Ushbu ikki jarayonning qaysi biri (qutblanish yoki elektr o'tkazuvchanligi) ustunligiga qarab, moddalar dielektriklarga (barcha ionlashtirilmagan gazlar, ba'zi suyuqliklar va qattiq moddalar) va o'tkazgichlarga (metall, elektrolitlar, plazma) bo'linadi.

Dielektriklarning elektr o'tkazuvchanligi metallarga nisbatan juda past. Dielektriklarning elektr qarshiligi 10 8 -10 17 Ohm sm, metallar - 10 -6 -10 -4 Ohm sm.

Klassik fizika dielektriklar va metallarning elektr o'tkazuvchanligidagi miqdoriy farqni metallarda erkin elektronlar mavjudligi, dielektriklarda esa barcha elektronlar bog'langan (alohida atomlarga tegishli) va elektr maydoni ularni yirtib tashlamasligi bilan tushuntirishga harakat qildi. lekin ularni biroz o'zgartiradi.

Kvant nazariyasi qattiq tana metallar va dielektriklarning elektr xossalaridagi farqni elektronlarning energiya sathida turlicha taqsimlanishi bilan izohlaydi. Dielektriklarda elektronlar bilan to'ldirilgan yuqori energiya darajasi ruxsat etilgan diapazonlardan birining yuqori chegarasiga to'g'ri keladi (metalllarda u ruxsat etilgan tarmoqli ichida joylashgan) va eng yaqin erkin darajalar elektronlar qila olmaydigan tarmoqli bo'shlig'i bilan to'ldirilganlardan ajratiladi. unchalik kuchli bo'lmagan elektr maydonlari ta'sirida yengish (qarang. Tarmoq zonasi). nazariya). Elektr maydonining ta'siri elektron zichligining qayta taqsimlanishiga kamayadi, bu dielektrikning qutblanishiga olib keladi.

Dielektriklarning qutblanishi. Dielektriklarning polarizatsiya mexanizmlari kimyoviy bog'lanishning tabiatiga, ya'ni dielektriklarda elektron zichligi taqsimlanishiga bog'liq. Ion kristallarida (masalan, NaCl) qutblanish ionlarning bir-biriga nisbatan siljishi (ion polarizatsiyasi), shuningdek, alohida ionlarning elektron qobiqlarining deformatsiyasi (elektron qutblanish), ya'ni ionlar yig'indisi natijasidir. va elektron polarizatsiyalar. Bilan kristallarda kovalent bog'lanish(masalan, olmos), bu erda elektron zichligi atomlar o'rtasida teng taqsimlanadi, qutblanish asosan elektronlarning siljishi bilan bog'liq. kimyoviy bog'lanish. Polar dielektriklarda (masalan, qattiq H 2 S) atomlar guruhlari elektr dipollari bo'lib, ular elektr maydoni bo'lmaganda tasodifiy yo'naltiriladi va maydonda imtiyozli yo'nalishga ega bo'ladi. Bu orientatsion qutblanish ko'pgina suyuqlik va gazlarga xosdir. Xuddi shunday qutblanish mexanizmi alohida ionlarning elektr maydoni ta'sirida panjaradagi bir muvozanat holatidan ikkinchisiga "sakrash" bilan bog'liq. Ayniqsa, ko'pincha bunday mexanizm vodorod atomlari bir nechta muvozanat pozitsiyalariga ega bo'lgan vodorod aloqasi bo'lgan moddalarda (masalan, muz) kuzatiladi.

Dielektriklarning qutblanishi P polarizatsiya vektori bilan tavsiflanadi, bu dielektrik hajmining birligiga to'g'ri keladigan elektr dipol momentidir:

bu yerda p i - zarrachalarning (atomlar, ionlar, molekulalar) dipol momentlari, N - hajm birligidagi zarrachalar soni. P vektori elektr maydonining kuchiga bog'liq E. Zaif maydonlarda s = e 0 sE. Proportsionallik koeffitsienti s dielektrik sezgirlik deyiladi. Ko'pincha P vektori o'rniga elektr induksiya vektori ishlatiladi (1)

Bu erda e - o'tkazuvchanlik, e 0 - elektr doimiysi. k va e qiymatlari dielektrikning asosiy xarakteristikalari hisoblanadi. Anizotrop dielektriklarda (masalan, kubik bo'lmagan kristallarda) P yo'nalishi nafaqat E maydon yo'nalishi, balki kristallning simmetriya o'qlari yo'nalishi bilan ham aniqlanadi. Demak, P vektori E vektori bilan E ning kristallning simmetriya o‘qlariga nisbatan yo‘nalishiga qarab turli burchaklar hosil qiladi. Bunda D vektori E ning bir qiymati emas, balki o'tkazuvchanlik tenzorini tashkil etuvchi bir nechta (umumiy holatda oltita) yordamida E vektori orqali aniqlanadi.

O'zgaruvchan maydondagi dielektriklar. Agar E maydoni t vaqtida o'zgarsa, dielektrikning qutblanishi uni kuzatib borishga vaqt topolmaydi, chunki zaryadning siljishi bir zumda sodir bo'lolmaydi. Har qanday o'zgaruvchan maydon garmonik qonunga muvofiq o'zgaruvchan maydonlar to'plami sifatida ifodalanishi mumkinligi sababli, dielektrikning E \u003d E 0 sin'nt maydonidagi xatti-harakatlarini o'rganish kifoya, bu erda ? - o'zgaruvchan maydonning chastotasi, E 0 - maydon kuchining amplitudasi. Bu maydon ta'sirida D va P ham garmonik va bir xil chastotada tebranadi. Biroq, P va E tebranishlari o'rtasida fazalar farqi d paydo bo'ladi, bu E maydonidan P polarizatsiyasining kechikishidan kelib chiqadi. Garmonik qonun murakkab shaklda ifodalanishi mumkin E = E 0 e i?t, keyin D = D 0 e i?t, va D 0 = e(?) E 0. Dielektrik doimiy bu holda u kompleks kattalikdir: e(?) = e' + i'', e' va e'' o'zgaruvchan elektr maydonining chastotasiga bog'liq ?. Mutlaq qiymat

tebranish amplitudasini D aniqlaydi va e’/e "= tgd nisbati D va E tebranishlari orasidagi fazalar farqidir. d qiymati dielektrik yo‘qotish burchagi deb ataladi. Doimiy holatda. elektr maydoni? = 0, e" = 0, e' = e.

Yuqori chastotali o'zgaruvchan elektr maydonlarida dielektrikning xossalari sindirish ko'rsatkichlari n va yutilish k (e' va e " o'rniga) bilan tavsiflanadi. nisbatiga teng tarqalish tezligi elektromagnit to'lqinlar dielektrikda va vakuumda. Yutish ko'rsatkichi k dielektrikdagi elektromagnit to'lqinlarning zaiflashishini tavsiflaydi. n, k, e' va e" qiymatlari (2) munosabat bilan bog'langan.

Elektr maydoni bo'lmaganda dielektriklarning qutblanishi. Bir qator qattiq dielektriklarda (piroelektriklar, ferroelektriklar, pyezoelektriklar, elektretlar) qutblanish elektr maydonisiz ham mavjud bo'lishi mumkin, ya'ni boshqa sabablarga ko'ra yuzaga kelishi mumkin. Shunday qilib, piroelektriklarda zaryadlar assimetrik tarzda joylashtirilganki, qarama-qarshi belgili zaryadlarning og'irlik markazlari bir-biriga to'g'ri kelmaydi, ya'ni dielektrik o'z-o'zidan qutblanadi. Biroq, piroelektriklarda qutblanish faqat haroratning o'zgarishi bilan, polarizatsiya-kompensatsiyalanganda namoyon bo'ladi. elektr zaryadlari qayta sozlay olmaydilar. Turli xil piroelektriklar ferroelektriklar bo'lib, ularning o'z-o'zidan polarizatsiyasi ta'sirida sezilarli darajada o'zgarishi mumkin. tashqi ta'sirlar(harorat, elektr maydoni). Pyezoelektriklarda polarizatsiya kristall deformatsiyalanganda sodir bo'ladi, bu ularning kristall tuzilishining xususiyatlari bilan bog'liq. Maydon bo'lmaganida qutblanish elektret deb ataladigan qatronlar va ko'zoynaklar kabi ba'zi moddalarda ham kuzatilishi mumkin.

Dielektriklarning elektr o'tkazuvchanligi kichik, lekin har doim noldan farq qiladi. Dielektriklardagi mobil zaryad tashuvchilar elektronlar va ionlar bo'lishi mumkin. Oddiy sharoitlarda dielektriklarning elektron o'tkazuvchanligi ionga nisbatan kichikdir. Ion o'tkazuvchanligi ichki va nopok ionlarning harakatiga bog'liq bo'lishi mumkin. Ionlarning kristall orqali harakat qilish imkoniyati kristallarda nuqsonlar mavjudligi bilan bog'liq. Agar, masalan, kristallda bo'sh joy bo'lsa, u holda maydon ta'sirida uni qo'shni ion egallashi mumkin, keyingi ion yangi hosil bo'lgan vakansiyaga o'tishi mumkin va hokazo. Natijada, bo'sh o'rinlar harakatlanadi, bu esa olib keladi. butun kristall orqali zaryad o'tkazish uchun. Ionlarning harakati ularning oraliqlar bo'ylab sakrashi natijasida ham sodir bo'ladi. Haroratning oshishi bilan ion o'tkazuvchanligi ortadi. Dielektrikning elektr o'tkazuvchanligiga sezilarli hissa sirt o'tkazuvchanligi bilan qo'shilishi mumkin (qarang Yuzaki hodisalar).

dielektriklarning parchalanishi. Zichlik elektr toki j dielektrik orqali elektr maydon kuchi E (Ohm qonuni) ga proportsionaldir: j = sE, bu erda s dielektrikning elektr o'tkazuvchanligi. Biroq, etarlicha kuchli maydonlarda oqim Ohm qonuniga qaraganda tezroq ko'tariladi. E pr ning ma'lum bir kritik qiymatida dielektrikning elektr buzilishi sodir bo'ladi. E pr ning qiymati dielektrikning elektr quvvati deb ataladi. Buzilish vaqtida deyarli barcha oqim tor kanal orqali oqib o'tadi (qarang: "Tok torlari"). Ushbu kanalda j katta qiymatlarga etadi, bu dielektrikning yo'q qilinishiga olib kelishi mumkin: a orqali teshik hosil bo'ladi yoki kanal orqali dielektrik eritiladi. Kanal oqishi mumkin kimyoviy reaksiyalar; masalan, uglerod organik dielektriklarda, metall ionli kristallarda cho'kadi (kanal metallizatsiyasi) va hokazo. Buzilish dielektrikda doimo mavjud bo'lgan bir hil bo'lmaganligi tufayli osonlashadi, chunki E maydoni bir jinsli bo'lmagan joylarda mahalliy darajada oshishi mumkin.

Qattiq dielektriklarda termal va elektr uzilishlar ajralib turadi. Termik parchalanish vaqtida j ortishi bilan dielektrikda ajralib chiqadigan issiqlik miqdori ortadi va natijada dielektrikning harorati ortadi, bu esa zaryad tashuvchilar sonining ko'payishiga olib keladi n va elektr qarshiligi r ning pasayishi. Elektr uzilishida, maydon kuchayishi bilan, maydon ta'sirida zaryad tashuvchilarning hosil bo'lishi ortadi va r ham kamayadi.

Suyuq dielektriklarning dielektrik kuchi ko'p jihatdan suyuqlikning tozaligiga bog'liq. Nopokliklar va aralashmalarning mavjudligi E pr ni sezilarli darajada kamaytiradi.Sof bir hil suyuq dielektriklar uchun E pr qattiq dielektriklarning E pr ga yaqin. Gazning parchalanishi zarba ionlashuvi bilan bog'liq va o'zini elektr zaryadsizlanishi shaklida namoyon qiladi.

Dielektriklarning nochiziqli xossalari. Chiziqli bog'liqlik P = e 0 kE faqat intrakristalli maydonlar E cr (10 8 V/sm tartibdagi E cr) dan ancha kichik bo'lgan E maydonlari uchun amal qiladi. Chunki 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).

Dielektriklardan foydalanish. Dielektriklar asosan elektr izolyatsion materiallar sifatida ishlatiladi. Pyezoelektriklar mexanik signallarni (siljishlar, deformatsiyalar, tovush tebranishlari) elektr signallariga va aksincha aylantirish uchun ishlatiladi (qarang: Piezoelektrik o?zgartirgich); piroelektriklar - turli xil nurlanishlarning, ayniqsa infraqizil nurlanishning termal detektorlari sifatida; ferroelektriklar, shuningdek, piezoelektriklar va piroelektriklar bo'lib, turli xil qurilmalarda kondansat?r materiallari (yuqori dielektrik o'tkazuvchanligi tufayli), shuningdek, chiziqli bo'lmagan va xotira elementlari sifatida ham qo'llaniladi. Ko'pgina optik materiallar dielektriklardir.

Lit .: Froelich G. Dielektriklar nazariyasi. M., 1960; Hippel A. R. Dielektriklar va to'lqinlar. M., 1960; Feynman R., Layton R., Sands M. Feynmanning fizika bo'yicha ma'ruzalari. M., 1966. Nashr. 5: Elektr va magnitlanish; Kalashnikov S.G. Elektr. 5-nashr. M., 1985 yil.

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

Dielektrik - bu elektr tokini yaxshi o'tkazmaydigan yoki o'tkazmaydigan modda. Dielektrikdagi zaryad tashuvchilarning zichligi kub santimetr uchun 108 donadan oshmaydi. Bunday materiallarning asosiy xususiyatlaridan biri elektr maydonida qutblanish qobiliyatidir.

Dielektriklarni tavsiflovchi parametr dispersiyaga ega bo'lishi mumkin bo'lgan o'tkazuvchanlik deb ataladi. Dielektriklarga kimyoviy toza suv, havo, plastmassa, smola, shisha va turli gazlar kiradi.

Dielektriklarning xossalari

Agar moddalarning o'ziga xos geraldikasi bo'lsa, unda Rochelle tuzining gerbi, albatta, uzum, histerezis halqasi va zamonaviy fan va texnologiyaning ko'plab sohalarining ramzi bilan bezatilgan bo'lar edi.

Rochelle tuzining nasl-nasabi 1672 yilda boshlanadi. Frantsuz farmatsevti Per Segnet birinchi marta uzumdan rangsiz kristallarni olgan va ularni dorivor maqsadlarda ishlatgan.

Keyin bu kristallarning ajoyib xususiyatlarga ega ekanligini taxmin qilish hali ham mumkin emas edi. Ushbu xususiyatlar bizga maxsus guruhlarni juda ko'p dielektriklardan ajratish huquqini berdi:

• Pyezoelektriklar.
• Piroelektriklar.
• Ferroelektriklar.

Faraday davridan beri dielektrik materiallar tashqi elektr maydonida qutblanganligi ma'lum. Bunday holda, har bir elementar hujayra elektr dipolga o'xshash elektr momentiga ega. Va birlik hajmiga umumiy dipol momenti polarizatsiya vektorini aniqlaydi.

An'anaviy dielektriklarda polarizatsiya yagona va chiziqli ravishda tashqi elektr maydonining kattaligiga bog'liq. Shuning uchun deyarli barcha dielektriklarning dielektrik sezgirligi doimiydir.

P/E=X=const

Aksariyat dielektriklarning kristall panjaralari musbat va manfiy ionlardan qurilgan. Kristalli moddalardan kub panjarali kristallar eng yuqori simmetriyaga ega. Tashqi elektr maydon ta'sirida kristall qutblanadi va uning simmetriyasi pasayadi. Tashqi maydon yo'qolganda, kristall o'zining simmetriyasini tiklaydi.

Ba'zi kristallarda elektr polarizatsiyasi tashqi maydon bo'lmagan taqdirda ham o'z-o'zidan sodir bo'lishi mumkin. Gadoliniy molibdenat kristali qutblangan nurda shunday ko'rinadi. Odatda spontan polarizatsiya bir xil bo'lmaydi. Kristal domenlarga - bir xil polarizatsiyaga ega bo'lgan hududlarga bo'lingan. Ko'p domenli strukturaning rivojlanishi umumiy polarizatsiyani kamaytiradi.

Piroelektriklar

Piroelektriklarda o'z-o'zidan polarizatsiya bog'langan zaryadlarni bekor qiluvchi erkin zaryadlar bilan himoya qiladi. Piroelektrikni isitish uning polarizatsiyasini o'zgartiradi. Erish haroratida piroelektrik xususiyatlar butunlay yo'qoladi.

Ba'zi piroelektriklar ferroelektriklar deb tasniflanadi. Ularning qutblanish yo'nalishi tashqi elektr maydon tomonidan o'zgartirilishi mumkin.

Ferroelektrikning polarizatsiya yo'nalishi va tashqi maydonning kattaligi o'rtasida histerezisga bog'liqlik mavjud.

Etarlicha zaif maydonlarda polarizatsiya chiziqli ravishda maydon kuchiga bog'liq. Uning yanada oshishi bilan barcha domenlar to'yinganlik rejimiga o'tib, maydon yo'nalishi bo'ylab yo'naltiriladi. Maydon nolga kamaytirilganda, kristall qutblangan bo'lib qoladi. CO segmenti qoldiq polarizatsiya deb ataladi.

Polarizatsiya yo'nalishi o'zgargan maydon, DO segmenti majburiy kuch deb ataladi.

Nihoyat, kristal polarizatsiya yo'nalishini butunlay o'zgartiradi. Maydonning keyingi o'zgarishi bilan polarizatsiya egri chizig'i yopiladi.

Biroq, kristallning ferroelektrik holati faqat ma'lum bir harorat oralig'ida mavjud. Xususan, Rochelle tuzida ikkita Kyuri nuqtasi mavjud: -18 va +24 daraja, ikkinchi darajali fazali o'tishlar sodir bo'ladi.

Ferroelektrik guruhlar

Fazali o'tishlarning mikroskopik nazariyasi ferroelektriklarni ikki guruhga ajratadi.

Birinchi guruh

Bariy titanat birinchi guruhga kiradi va u ham deyilganidek, siljish tipidagi ferroelektriklar guruhiga kiradi. Qutbsiz holatda bariy titanat kub simmetriyaga ega.

Fazali qutb holatiga o'tish jarayonida ion pastki panjaralari siljiydi va kristall strukturasining simmetriyasi pasayadi.

Ikkinchi guruh

Ikkinchi guruhga natriy nitrat tipidagi kristallar kiradi, ular qutbsiz fazada strukturaviy elementlarning tartibsiz pastki panjarasiga ega. Bu erda fazaning qutb holatiga o'tishi kristall strukturaning tartiblanishi bilan bog'liq.

Bundan tashqari, turli kristallarda muvozanatning ikki yoki undan ko'p ehtimoliy pozitsiyalari bo'lishi mumkin. Dipol zanjirlari antiparallel yo'nalishlarga ega bo'lgan kristallar mavjud. Bunday kristallarning umumiy dipol momenti nolga teng. Bunday kristallar antiferroelektriklar deb ataladi.

Ularda polarizatsiyaga bog'liqlik chiziqli, maydonning kritik qiymatiga qadar.

Maydon kuchining yanada oshishi ferroelektrik fazaga o'tish bilan birga keladi.

Uchinchi guruh

Kristallarning yana bir guruhi - ferroelektriklar mavjud.

Ularning dipol momentlarining orientatsiyasi shundayki, ular bir yo‘nalishda antiferroelektrik xossalariga ega bo‘lsa, boshqa yo‘nalishda esa ferroelektrik xossalariga ega. Ferroelektriklarda fazali o'tishlar ikki xil bo'ladi.

Da ikkinchi turdagi fazali o'tish Kyuri nuqtasida o'z-o'zidan qutblanish asta-sekin nolga kamayadi, dielektrik sezgirlik esa keskin o'zgarib, juda katta qiymatlarga etadi.

Birinchi darajali fazali o'tishda polarizatsiya keskin yo'qoladi. Elektr sezgirligi ham keskin o'zgaradi.

Ferroelektriklarning dielektrik o'tkazuvchanligi va elektropolyarizatsiyasining katta qiymati ularni zamonaviy texnologiyalar uchun istiqbolli materiallarga aylantiradi. Masalan, shaffof ferroelektrik keramikalarning chiziqli bo'lmagan xususiyatlari allaqachon keng qo'llaniladi. Yorug'lik qanchalik yorqinroq bo'lsa, u maxsus ko'zoynak tomonidan shunchalik ko'p so'riladi.

Bu to'satdan va kuchli yorug'lik chaqnashlari bilan bog'liq bo'lgan ba'zi sohalarda ishchilar uchun samarali ko'z himoyasi. Ma'lumotni lazer nurlari yordamida uzatish uchun elektro-optik effektli ferroelektrik kristallar qo'llaniladi. Ko'rish chizig'ida lazer nurlari kristalda taqlid qilinadi. Keyin nur qabul qiluvchi asbob-uskunalar majmuasiga kiradi, u erda ma'lumot olinadi va ko'paytiriladi.

Piezoelektrik effekt

1880 yilda aka-uka Kyuri Rochelle tuzining deformatsiyasi paytida uning yuzasida qutblanish zaryadlari paydo bo'lishini aniqladilar. Ushbu hodisa to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt deb ataladi.

Agar kristall tashqi elektr maydoniga ta'sir etsa, u deformatsiyalana boshlaydi, ya'ni teskari piezoelektrik effekt yuzaga keladi.

Biroq, bu o'zgarishlar simmetriya markaziga ega bo'lgan kristallarda, masalan, qo'rg'oshin sulfidida kuzatilmaydi.

Agar bunday kristall tashqi elektr maydoniga ta'sir etsa, manfiy va musbat ionlarning pastki panjaralari qarama-qarshi yo'nalishda siljiydi. Bu kristallarning qutblanishiga olib keladi.

Bunda biz elektrostriksiyani kuzatamiz, bunda deformatsiya elektr maydonining kvadratiga proportsionaldir. Shuning uchun elektrostriksiya juft effektlar sinfiga kiradi.

?X1=?X2

Agar bunday kristall cho'zilgan yoki siqilgan bo'lsa, u holda musbat dipollarning elektr momentlari kattaligi bo'yicha manfiy dipollarning elektr momentlariga teng bo'ladi. Ya'ni, dielektrikning qutblanishida o'zgarish bo'lmaydi va piezoelektrik effekt paydo bo'lmaydi.

Kam simmetriyaga ega bo'lgan kristallarda tashqi ta'sirlarga qarshi ta'sir qiluvchi deformatsiya paytida teskari piezoelektrik effektning qo'shimcha kuchlari paydo bo'ladi.

Shunday qilib, zaryad taqsimotida simmetriya markazi bo'lmagan kristallda siljish vektorining kattaligi va yo'nalishi tashqi maydonning kattaligi va yo'nalishiga bog'liq.

Shu tufayli pyezokristallarning har xil deformatsiyasini amalga oshirish mumkin. Piezoelektrik plitalarni yopishtirish orqali siz siqish elementini olishingiz mumkin.

Ushbu dizaynda piezoelektrik plastinka egiluvchanlikda ishlaydi.

Pyezokeramika

Agar bunday pyezoelektrik elementga o'zgaruvchan maydon qo'llanilsa, unda elastik tebranishlar qo'zg'aladi va akustik to'lqinlar paydo bo'ladi. Pyezokeramika piezoelektrik mahsulotlarni tayyorlash uchun ishlatiladi. U ferroelektrik birikmalarning polikristallarini yoki ular asosidagi qattiq eritmalarni ifodalaydi. Keramikaning tarkibiy qismlari va geometrik shakllarini o'zgartirish orqali uning piezoelektrik parametrlarini nazorat qilish mumkin.

To'g'ridan-to'g'ri va teskari piezoelektrik effektlar turli xil elektron qurilmalarda qo'llaniladi. Elektroakustik, radioelektron va o'lchash uskunalarining ko'plab birliklari: to'lqin o'tkazgichlar, rezonatorlar, chastota ko'paytirgichlar, mikrosxemalar, filtrlar piezokeramikaning xususiyatlaridan foydalangan holda ishlaydi.

Piezoelektrik motorlar

Piezoelektrik dvigatelning faol elementi piezoelektrik element hisoblanadi.

O'zgaruvchan elektr maydon manbaining bir tebranish davrida u cho'ziladi va rotor bilan o'zaro ta'sir qiladi, ikkinchisida esa dastlabki holatiga qaytadi.

Zo'r elektr va mexanik xususiyatlar piezo dvigatelga an'anaviy elektr mikromashinalar bilan muvaffaqiyatli raqobatlashish imkonini beradi.

Piezoelektrik transformatorlar

Ularning ishlash printsipi ham piezokeramikaning xususiyatlaridan foydalanishga asoslangan. Qo'zg'atuvchidagi kirish kuchlanishining ta'siri ostida teskari piezoelektrik effekt paydo bo'ladi.

Deformatsiya to'lqini generator qismiga uzatiladi, bu erda to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik ta'sir tufayli dielektrikning polarizatsiyasi o'zgaradi, bu esa chiqish kuchlanishining o'zgarishiga olib keladi.

Piezotransformatorning kirish va chiqishi galvanik izolyatsiya qilinganligi sababli, kirish signalini kuchlanish va oqim bo'yicha konvertatsiya qilish, uni kirish va chiqish orqali yuk bilan moslashtirish, an'anaviy transformatorlarga qaraganda yaxshiroq.

Ferroelektr va piezoelektrning turli hodisalari bo'yicha tadqiqotlar davom etmoqda. Kelajakda qattiq jismlarda yangi va hayratlanarli jismoniy effektlarga asoslangan qurilmalar paydo bo'lishiga shubha yo'q.

Dielektriklarning tasnifi

Turli omillarga qarab, ular o'zlarining izolyatsiyalash xususiyatlarini turli yo'llar bilan ko'rsatadilar, bu esa ulardan foydalanish doirasini belgilaydi. Quyidagi diagrammada dielektriklarning tasnif tuzilishi ko'rsatilgan.

Xalq xo'jaligida noorganik va organik elementlardan tashkil topgan dielektriklar mashhur bo'ldi.

Noorganik materiallar uglerodning turli elementlar bilan birikmalaridir. Uglerod kimyoviy birikmalar uchun yuqori quvvatga ega.

Mineral dielektriklar

Ushbu turdagi dielektrik elektrotexnika sanoatining rivojlanishi bilan paydo bo'ldi. Mineral dielektriklar va ularning turlarini ishlab chiqarish texnologiyasi sezilarli darajada takomillashtirildi. Shuning uchun bunday materiallar allaqachon kimyoviy va tabiiy dielektriklarni almashtirmoqda.

Mineral dielektrik materiallarga quyidagilar kiradi:

Shisha(kondensatorlar, lampalar) - amorf material, murakkab oksidlar tizimidan iborat: kremniy, kaltsiy, alyuminiy. Ular materialning dielektrik xususiyatlarini yaxshilaydi.
shisha emal- metall yuzaga qo'llaniladi.
Shisha tolali- shisha tolali matolar olinadigan shisha filamentlar.
Yorug'lik qo'llanmalari- yorug'lik o'tkazuvchi shisha tolasi, tolalar to'plami.
Sital- kristalli silikatlar.
Keramika- chinni, steatit.
Slyuda- mikalex, slyuda, mikanit.
Asbest- tolali tuzilishga ega minerallar.

Har xil dielektriklar har doim ham bir-birini almashtirmaydi. Ularning ko'lami narxiga, foydalanish qulayligiga, xususiyatlariga bog'liq. Yal?tkan xususiyatlarga qo'shimcha ravishda, dielektriklarga issiqlik va mexanik talablar qo'yiladi.

Suyuq dielektriklar

Neft moylari

transformator moyi ichiga quyiladi. Bu elektrotexnika sohasida eng mashhur.

Kabel moylari ishlab chiqarishda foydalaniladi. Ular kabellarning qog'oz izolatsiyasini singdiradilar. Bu elektr quvvatini oshiradi va issiqlikni olib tashlaydi.

Sintetik suyuq dielektriklar

Kondensatorlarni singdirish uchun sig'imni oshirish uchun suyuq dielektrik kerak. Bunday moddalar sintetik asosli suyuq dielektriklar bo'lib, ular neft moylaridan ustundir.

Xlorli uglevodorodlar uglevodorodlardan ulardagi vodorod atomlari molekulalarini xlor atomlari bilan almashtirish natijasida hosil bo'ladi. C 12 H 10 -nC Ln ni o'z ichiga olgan difenilning qutbli mahsulotlari juda mashhur.

Ularning afzalligi - kuyishga qarshilik. Kamchiliklar orasida ularning toksikligini ta'kidlash mumkin. Xlorli bifenillarning yopishqoqligi yuqori, shuning uchun ularni kamroq yopishqoq uglevodorodlar bilan suyultirish kerak.

Silikon suyuqliklar past gigroskopiklik va yuqori harorat qarshiligiga ega. Ularning viskozitesi haroratga juda bog'liq emas. Bunday suyuqliklar qimmat.

Organoflorli suyuqliklar shunga o'xshash xususiyatlarga ega. Ba'zi suyuqlik namunalari 2000 daraja haroratda uzoq vaqt ishlashi mumkin. Oktol shaklidagi bunday suyuqliklar neft kreking gaz mahsulotlaridan olingan izobutilen polimerlari aralashmasidan iborat bo'lib, arzon narxga ega.

tabiiy qatronlar

Rosin- Bu mo'rtligi yuqori bo'lgan qatron va qatrondan (qarag'ay qatroni) olingan. Rosin organik kislotalardan iborat bo'lib, qizdirilganda neft moylarida, shuningdek, boshqa uglevodorodlar, spirt va skipidarlarda oson eriydi.

Rosinning yumshatilish nuqtasi 50-700 daraja. Ochiq havoda rozin oksidlanadi, tezroq yumshaydi va yomonroq eriydi. Kabellarni singdirish uchun neft moyida erigan rozin ishlatiladi.

O'simlik moylari

Bu yog'lar turli o'simlik urug'laridan olinadigan yopishqoq suyuqliklardir. Eng muhimi, qizdirilganda qattiqlashishi mumkin bo'lgan quritish moylari. Materialning yuzasida yupqa yog 'qatlami quritilganda mustahkam, bardoshli elektr izolyatsiyalovchi plyonka hosil qiladi.

Katalizatorlar - quritgichlardan (kobalt, kaltsiy, qo'rg'oshin birikmalari) foydalanilganda, yog'ning quritish tezligi harorat, yorug'likning oshishi bilan ortadi.

Zig'ir urug'i yog'i oltin sariq rangga ega. U zig'ir urug'idan olinadi. Zig'ir moyining quyilish nuqtasi -200 daraja.

Tung yog'i tung daraxtining urug'laridan qilingan. Bunday daraxt Uzoq Sharqda, shuningdek, Kavkazda o'sadi. Bu yog 'toksik emas, lekin qutulish mumkin emas. Tung moyi 0-50 daraja haroratda qattiqlashadi. Bunday moylar elektrotexnikada laklar, laklangan matolar ishlab chiqarish, yog'ochni emdirish, shuningdek suyuq dielektriklar sifatida ishlatiladi.

Kastor yog'i qog'oz bilan to'ldirilgan kondansatkichlarni singdirish uchun ishlatiladi. Bu yog 'kastor loviya urug'idan olinadi. -10 -180 daraja haroratda muzlaydi. Kastor yog'i etil spirtida oson eriydi, ammo benzinda erimaydi.

Elektr xususiyatlari

Dielektriklarning elektr xususiyatlariga qutblanish, elektr o'tkazuvchanlik, dielektrik yo'qotishlar va parchalanish kiradi.

Dielektriklarning qutblanishi. Elektr kuchlanish qo'llaniladigan elektrodlar orasiga joylashtirilgan dielektrik polarizatsiyalangan.

Polarizatsiya - bu dielektrikga elektr maydoni qo'llanilganda, bog'langan zaryadlarning cheklangan joy almashishi yoki yo'nalishidan iborat jarayon.

Har qanday moddada, shu jumladan dielektrikda, undagi erkin elektr zaryadlarining mavjudligi yoki yo'qligidan qat'i nazar, har doim bog'langan zaryadlar mavjud: atom qobig'ining elektronlari, atom yadrolari, ionlar. Tashqi elektr maydoni ta'sirida dielektrikdagi bog'langan elektr zaryadlari o'zlarining muvozanat pozitsiyalaridan siljiydi: musbat elektrodga manfiy va salbiy - teskari yo'nalishda (5.1-rasm).

Dipol molekulalarini o'z ichiga olgan dielektriklarda qutblanish jarayonida dipollarning elektr maydonida yo'nalishi kuzatiladi. Polarizatsiya har bir elementar hajmda dielektrik hosil bo'lishiga olib keladi dV induksiyalangan (induktsiyalangan) elektr momenti dp.

Dielektrikning qutblanish darajasi nisbiy o'tkazuvchanlik bilan baholanadi.Uning qiymati qancha yuqori bo'lsa, dielektrik shunchalik kuchli qutblanadi.

Nisbiy o'tkazuvchanlik - berilgan dielektrikli kondansat?r zaryadining zaryadga nisbati. 0 bir xil o'lchamdagi vakuumli kondansat?r, elektrodlarning bir xil konfiguratsiyasi, bir xil kuchlanishda:

plitalar o'rtasida dielektrik mavjud bo'lganda, kondansat?r zaryadi qayerda; 0 - vakuum dielektrik bo'lgan kondansatkichning zaryadi; qutblanishdan kelib chiqqan zaryaddir.

Guruch. 5.1 Qutblangan dielektrikda zaryadlarning joylashish sxemasi: 1- dielektrik; 2- elektrod qopqoqlari; S - har bir astarning maydoni; h- elektrodlar orasidagi masofa (dielektrik qatlam qalinligi).

Shunday qilib

(37)

Dielektrik o'tkazuvchanlik miqdoriy xususiyatdir, u har doim birdan katta.

Kondensator plitalari o'rtasida vakuum mavjud bo'lganda,

qayerda - vakuum o'tkazuvchanligi.

Dielektrik vakuum bo'lgan kondansatkichning sig'imi, 0 dan quyidagi formula bilan aniqlanadi:

Dielektrik bilan bir xil o'lchamdagi kondansatkichning sig'imi

qayerda h- dielektrik qalinligi, m

Demak, nisbiy o'tkazuvchanlik:

Dielektrik o'tkazuvchanligining oshishi shuni ko'rsatadiki, ma'lum dielektrikli kondansatkichning sig'imi plitalari orasida vakuum mavjud bo'lgan kondansatkichning sig'imi bilan solishtirganda ortadi.

Dielektrikning tuzilishiga va uning agregatsiya holatiga qarab elektron, ion, dipol, migratsiya, o'z-o'zidan va rezonansli qutblanish farqlanadi.

Elektron qutblanish - tashqi elektr maydon ta'sirida elektron orbitalarining musbat zaryadlangan yadroga nisbatan siljishi. Elektr maydoni qo'llanilgandan keyin juda qisqa vaqt ichida o'rnatiladi va s. Atom kattalashgan sari elektron qutblanish qobiliyati ortadi.

Elektron qutblanish har qanday moddaning barcha atomlarida va, demak, ulardagi boshqa qutblanish turlari mavjudligidan qat'iy nazar, barcha dielektriklarda sodir bo'ladi. Ion tuzilishga ega moddalar uchun elektron qutblanish atomlarning emas, balki ionlarning elektron qutblanishidir.

Elektr maydoniga nisbatan harakatlanuvchi zaryadlarning statik muvozanatini o'rnatishdagi kechikish deyiladi. dam olish qutblanish.

Elektron-relaksatsion polarizatsiya elektron strukturasidagi nuqsonlari bo'lgan materiallarda o'zini namoyon qiladi.

Ion qutblanish - qarama-qarshi zaryadlangan ionlarning muvozanat holatidan ionli bog'langan moddalardagi kristall panjara konstantasidan kamroq masofaga bir-biriga nisbatan siljishi. Bundan tashqari, qisqa, lekin hali ham elektron polarizatsiya bilan ko'ra ko'proq vaqt s tashkil etilgan.

Elektron polarizatsiya kabi ion polarizatsiyasi energiya yo'qotishlari bilan bog'liq emas va chastotaga bog'liq emas.

Ion-relaksatsion polarizatsiya strukturaviy zarrachalarning nisbatan zaif bog'lanishiga ega ionli dielektriklarga xosdir (masalan, izolyatsion chinni, issiqlikka bardoshli keramika, gidroksidi izolyatsiya qiluvchi oynalar). U elektr energiyasining tarqalishi bilan birga keladi va oqimning harorati va chastotasiga bog'liq.

Dipol polarizatsiyasi dipol molekulalarining tashqi elektr maydoni yo'nalishi bo'yicha aylanishidan (orientatsiyasidan) iborat.

Dipol polarizatsiyasi vaqtida polarizatsiya qo'llaniladigan kuchlanishni olib tashlangandan so'ng kamayadi, ya'ni. dipol-relaksatsion qutblanish sodir bo'ladi.

Migratsiya polarizatsiyasi texnik dielektriklarda o'tkazuvchan va yarim o'tkazgichli qo'shimchalar va turli o'tkazuvchanlikka ega qatlamlar mavjudligi bilan bog'liq.

Bir jinsli bo'lmagan materiallar elektr maydoniga kiritilganda, erkin elektronlar va ionlar har bir inklyuziya ichida harakatlana boshlaydi (ko'chiriladi) va chegaralarda to'planib, qutblangan hududlarni hosil qiladi.

O'z-o'zidan (o'z-o'zidan) qutblanish, tashqi elektr maydonini qo'llashdan oldin bunday materiallarda allaqachon kichik polarizatsiyalangan hududlar mavjud bo'lganda, domen tuzilmasi bo'lgan dielektriklarda kuzatiladi.

Tashqi maydon elektr moment vektorlari tasodifiy yo'naltirilgan va materialning katta qismida kompensatsiyalangan va dielektrik qutblangan domenlarni yo'naltiradi.

O'z-o'zidan polarizatsiya bilan katta dielektrik yo'qotishlar va dielektrik o'tkazuvchanlikning harorat va elektr maydon kuchiga aniq bog'liqligi kuzatiladi. Bunday holda, o'tkazuvchanlik juda yuqori qiymatlarga yetishi mumkin (100 000 gacha).

Ushbu turdagi polarizatsiyaga ega bo'lgan materiallar deyiladi ferroelektriklar(Roshel tuzi, bariy titanat BaTiO2, stronsiy titanat SrTiO3 va boshqalar).

Rezonans polarizatsiyasi kristall tuzilishidagi nuqsonlar bilan gazlar va qattiq dielektriklardagi mikroto'lqinli chastotalar hududida o'zini namoyon qiladi.

Polarizatsiya mexanizmiga ko'ra, barcha dielektriklarni qutbli va qutbsizlarga bo'lish mumkin.

Polar dielektriklar - bu tashqi elektr maydonida yo'nalishni o'zgartirishga qodir bo'lgan doimiy elektr dipollarini o'z ichiga olgan materiallar guruhi.

Polar dielektriklarda elektron va dipol-relaksatsion qutblanish kuzatiladi. Ular qutbsiz dielektriklarga qaraganda yomonroq elektr xususiyatlariga ega va past chastotali mintaqada elektr izolyatsiya materiallari sifatida ishlatiladi.

Polivinilxlorid, epoksi qatronlar, floroplast - 3, organik shisha va boshqalar qutbli.

Polar bo'lmagan dielektriklar tashqi elektr maydonida yo'nalishni o'zgartirishga qodir bo'lgan dielektrik dipollarni o'z ichiga olmaydigan materiallar guruhini tashkil qiladi.

Nopolar dielektriklarda asosan elektron polarizatsiya kuzatiladi. Ular yuqori va ultra yuqori chastotali texnologiyada yuqori sifatli elektr izolyatsiya materiallari sifatida ishlatiladi.

Havo, polistirol, polietilen, ftoroplast-4, benzol va boshqalar qutbsizdir.

Dielektriklarning elektr o'tkazuvchanligi. Dielektrik materiallar ma'lum elektr o'tkazuvchanlikka ega bo'lib, u zaryadlangan zarrachalarning (elektronlar, ionlar, molionlar) yo'nalishli harakati bilan bog'liq.

Dielektriklarning elektr o'tkazuvchanligi ko'p hollarda ionli tabiatga ega, ya'ni. ionlar zaryad tashuvchilardir.

Dielektriklarning elektr o'tkazuvchanligi to'g'ridan-to'g'ri oqimga nisbatan o'ziga xos elektr qarshiligi bilan baholanadi, Ohm * m,

qayerda da- solishtirma elektr o'tkazuvchanligi, S/m.

DC kuchlanish pallasida dielektrik yoqilganda, o'tkir oqim sakrashi sodir bo'ladi va keyin u doimiy qiymatga tushadi. Bu doimiy qiymat oqim deb ataladi. o'tkazuvchanlik orqali I sk.

Erkin to'lovlarni qayta taqsimlash tufayli vaqt o'tishi bilan qisqarish oqimi odatda deyiladi yutilish I ab.

Elektron va ion polarizatsiyasi bilan birga keladigan oqim oqim deb ataladi ofsetlar; uning oniy qiymatni bildiradi I sm.

Shunday qilib, dielektrikdan o'tadigan oqim siljish oqimlarining yig'indisidir I sm, singdirish men ab va orqali men sc.

I = I sm +men ab +men sc(43)

Assimilyatsiya oqimi tezda pasayib ketganligi sababli, doimiy kuchlanishdagi izolyatsion materiallarning elektr o'tkazuvchanligi o'tkazuvchan oqimdan aniqlanadi:

qayerda I sc \u003d I - I sm - I ab- o'tkazuvchanlik oqimi orqali; I- umumiy oqim, A;

U- qo'llaniladigan kuchlanish, V.

Dielektrikning elektr o'tkazuvchanligini aniqlashda, qachonki oqimni o'lchash kerak I sm + I ab = 0

Elektr mahsulotlarining dizayniga qarab, o'ziga xos volumetrik elektr qarshiligi va o'ziga xos sirt elektr qarshiligini ajratish odatiy holdir. .

Maxsus hajmli elektr qarshiligi pv asosiy oqim qochqinning materialning asosiy qismi orqali sodir bo'lganda, masalan, ekranlangan elektr simida izolyatsiyaning xususiyatlarini belgilaydi.

Maxsus hajmli elektr qarshiligi pv, uning ikki qarama-qarshi yuziga kuchlanish qo'llanilganda, son jihatdan birlik o'lchamlari chetiga ega bo'lgan kub shaklida materiallar namunasining qarshiligiga teng. Yassi namunalar uchun:

, (Ohm*m) (45)

qayerda RV- namunaning to'g'ridan-to'g'ri oqimga hajmining qarshiligi. ohm; S- elektrodlarning sinov namunasi bilan aloqa qilish maydoni, m 2; b- namuna qalinligi, m

Maxsus sirt elektr qarshiligi R s - chiziq izolyatorlari kabi detallarda izolyatsiyalash materiallarini baholashda eng muhim xarakteristikasi.

Maxsus sirt qarshiligi R s, oqim uning ikki qarama-qarshi tomonidan o'tganda, birlik o'lchamli tomoni bo'lgan kvadrat shaklidagi material namunasining qarshiligiga son jihatdan teng:

, (Ohm*m) (46)

qayerda R- elektrodlar orasida joylashgan namunaviy materialning sirt qarshiligi, Ohm; / - elektrodlarning uzunligi; h- elektrodlar orasidagi masofa, m

Qattiq dielektriklarning o'ziga xos hajmi va sirt elektr qarshiligi p haroratga, namlikka va qo'llaniladigan kuchlanishning kattaligiga bog'liq.

Ko'pgina izolyatsion materiallarning elektr o'tkazuvchanligi nafaqat tuzilishi va kimyoviy tarkibiga, balki ularni ishlab chiqarish texnologiyasiga ham bog'liq.

Qattiq dielektriklarning sirt elektr o'tkazuvchanligi ularning tuzilishida adsorbsiyalangan suv-kolloid plyonkalarning mavjudligi bilan aniqlanadi. Suvga nisbatan izolyatsiyalash materiallari nam bo'lmagan va namlangan bo'linadi. Nam bo'lmaydigan materiallarga, masalan, mumlar, amber, polistirol va boshqalar kiradi. Ularning sirt o'tkazuvchanligi past va havo namligiga bog'liq emas. Namlangan materiallarga izolyatsion shisha, marmar, qog'oz va ko'plab turdagi plastmassalar kiradi. Ularning elektr o'tkazuvchanligi atrof-muhit namligiga bog'liq.

dielektrik yo'qotishlar. Dielektrik yo'qotishlar materialga elektr maydoni qo'llanilganda yuzaga keladigan murakkab hodisalar bilan bog'liq. Ular to'g'ridan-to'g'ri va o'zgaruvchan tokda paydo bo'ladi. Biroq, to'g'ridan-to'g'ri oqimdagi dielektrikning sifati odatda dielektrik yo'qotishlar bilan emas, balki o'ziga xos hajm va sirt qarshiliklari bilan tavsiflanadi.

Har qanday moddaga elektr maydoni qo'llanilganda, u tomonidan iste'mol qilinadigan elektr energiyasining bir qismi issiqlikka aylanadi va tarqaladi.

Dielektrik tomonidan so'rilgan elektr energiyasining tarqoq qismi deyiladi dielektrik yo'qotishlar.

Guruch. 5.2. Dielektrikdagi oqim zichligining vektor diagrammasi:

Ideal dielektrikning oqimiga nisbatan umumiy oqimning siljish burchagi; da- oqim va kuchlanish o'rtasidagi faza burchagi;

Jcm- siljish oqimining zichligi;

Jpr o'tkazuvchanlik oqimining zichligi; J- umumiy oqim zichligi

Intensivlik bilan o'zgaruvchan elektr maydoniga joylashtirilgan dielektrikda E va burchak chastotasi , joy almashish oqimi va o'tkazuvchanlik oqimi paydo bo'ladi (5.2-rasm). Dielektrik AC zichligi vektorlari orasidagi burchak J va oqim oqimi J murakkab tekislikda deyiladi dielektrik yo'qotish burchagi. Bu burchakning tangensi nafaqat dielektriklarning, balki kondansatkichlar, izolyatorlar va boshqa elektr izolyatsiyalovchi materiallarning eng muhim parametrlaridan biridir. Dielektrik yo'qotish tangensi o'zgaruvchan kuchlanish ostida ishlaydigan dielektrikda yo'qolgan faol quvvatni aniqlaydi. U o'tkazuvchanlik oqimining zichligi nisbati bilan ifodalanadi J pr oqim zichligini egish uchun J sm:

O'lchovsiz parametrni kiritish qulay, chunki u izolyatsiyalash qismining shakli va o'lchamiga bog'liq emas, balki faqat dielektrik materialning xususiyatlari bilan belgilanadi.

Dielektrik yo'qotish tangensi qanchalik baland bo'lsa, ma'lum chastota va kuchlanishning elektr maydonida dielektrikning isishi shunchalik ko'p bo'ladi.

Sindirish. Elektr maydoni ta'sirida dielektrikda o'tkazuvchi kanal hosil bo'lish hodisasi deyiladi. sindirish.

Supero'tkazuvchi kanal bir elektroddan ikkinchisiga o'tib, ularni yopsa, to'liq buzilish sodir bo'ladi.

Supero'tkazuvchilar kanal elektrodlarning kamida bittasiga etib bormasa, to'liq bo'lmagan buzilish sodir bo'ladi.

Qisman parchalanish bilan qattiq dielektrikning faqat gaz yoki suyuq birikmasi o'tadi.

Qattiq dielektriklar uchun, hajm bo'yicha parchalanishdan tashqari, sirt ustida parchalanish mumkin, bunday parchalanish sirt parchalanishi deb ataladi.

Dielektrikning parchalanishiga olib keladigan minimal kuchlanish deyiladi mushtli Kuchlanishi Upr. Buzilish kuchlanishi Upr dielektrik qalinligi oshishi bilan ortadi h. Materialning elektr maydonida vayron bo'lishiga qarshilik ko'rsatish qobiliyatini tavsiflash uchun parchalanish sodir bo'lgan elektr maydon kuchidan foydalaning, mV / m,

qayerda Yuqori - buzilish sodir bo'lgan dielektrikga ijobiy kuchlanishning kattaligi, kV; h- materialning parchalanish nuqtasida qalinligi, m

Buzilishga olib keladigan yagona elektr maydonining intensivligi deyiladi elektr quvvati.

Gazsimon, suyuq va qattiq dielektriklarning parchalanish mexanizmlari sezilarli farqlarga ega.

Test savollari:

1. Dielektriklarni maqsadi, agregatsiya holati va kimyoviy asosiga ko'ra qanday guruhlarga bo'lish mumkin?

2. Dielektrikning qutblanishi nima?

3. Dielektrikning qutblanish darajasi qanday baholanadi?

4. Kondensatorning zaryadi va sig'imi orqali nisbiy o'tkazuvchanlik qanday aniqlanadi?

5. Qutblanish turlarini sanab bering. Ularning mohiyati nimada?

6. Dielektrikning hajmi va sirt o'tkazuvchanligi qanday aniqlanadi?

7. Dielektrik yo'qotish nima?

8. Yutish toki, siljish toki, tok orqali dielektrik nima?

9. Dielektrik yo'qotish tangensi nima?

10. Dielektrik kuch deb nimaga aytiladi?

1729-yilda ingliz fizigi Stiven Grey elektr zaryadi ba'zi jismlar orqali o'tishi mumkinligini va boshqalar orqali harakat qilmasligini aniqladi. Misol uchun, elektr toki uning tajribalarida metall sim orqali tarqaldi, lekin ipak ip orqali emas. O'shandan beri barcha moddalar elektr tokini o'tkazuvchi va o'tkazmaydiganlarga bo'linishni boshladi. Ikkinchisini Faraday dielektriklar deb atagan.

1837 yilda Faraday tomonidan kiritilgan "dielektriklar" atamasi ikki so'zdan tashkil topgan - yunoncha "dia" ("orqali" degan ma'noni anglatadi) va inglizcha elektr (elektr).

dielektrik elektr tokini o'tkazmaydigan modda deb ataladi, shuning uchun bu moddada erkin zaryadlangan zarralar mavjud emas( bular. tananing butun hajmida erkin harakatlana oladigan bunday zaryadlangan zarralar). Bunday zarralar elektron bo'lishi mumkin, ammo ideal dielektrikda barcha elektronlar atom yadrosi bilan bog'langan, ya'ni. alohida atomlarga tegishli bo'lib, tanada erkin harakatlana olmaydi. Bu aloqani uzish uchun kuchli ta’sir etuvchi omillar kerak.

Dielektriklar ular orqali elektrostatik maydonni o'tkazish qobiliyatiga ega. Dielektriklar orqali kirib, elektrostatik maydon zaiflashadi, ammo metallarda bo'lgani kabi nolga teng emas.

Dielektriklar uchta agregat holatidagi moddalar bo'lishi mumkin: gazsimon (azot, vodorod), suyuq (sof suv), qattiq (qahrabo, chinni, kvarts).

Har bir molekula umumiy zaryadi nolga teng bo'lgan tizimdir. Molekulaning tashqi elektr maydonidagi harakati dipolga teng. Bunday dipolning musbat zaryadi musbat zaryadlarning "og'irlik markazi" ga joylashtirilgan yadrolarning umumiy zaryadiga teng; manfiy zaryad elektronlarning umumiy zaryadiga teng bo'lib, manfiy zaryadlarning "og'irlik markazi" ga joylashtiriladi.

Barcha dielektriklar uch guruhga bo'linadi: qutbli, qutbsiz va kristalli.

Kristalli dielektriklar ion tuzilishga ega, kuchsiz qutbli dielektriklardir. Bularga NaCl, KCl kiradi.

Dielektrik elektr maydoniga joylashtirilganda uning hajmida va yuzasida makroskopik zaryadlar paydo bo'ladi. Bu zaryadlar dielektriklarning qutblanishi natijasida yuzaga keladi.

Dielektrik polarizatsiya dipol orientatsiya jarayoni deb ataladi, ya'ni. dielektrik ichidagi musbat va manfiy zaryadlarning qarama-qarshi yo'nalishda siljishi.

Uchta dielektriklar guruhi polarizatsiyaning uch turiga to'g'ri keladi.

Dipol (orientatsion) qutblanish. Tashqi maydon bo'lmaganda, issiqlik harakati tufayli qutbli molekulalarning dipol momentlari fazoda tasodifiy yo'naltiriladi va ularning hosil bo'lgan momenti nolga teng (12.22-rasm, a). Agar bunday dielektrik tashqi maydonga joylashtirilsa (12.22-rasm, b), u holda bu maydonning kuchlari maydon bo'ylab dipollarni aylantirishga moyil bo'ladi va nolga teng bo'lmagan natijaviy moment paydo bo'ladi. Maydon bo'ylab molekulalarning dipol momentlarining bu yo'nalishi qanchalik kuchli bo'lsa, elektr maydon kuchi qanchalik katta va harorat past bo'ladi.

Elektron polarizatsiya . Agar qutbsiz molekula E 0 tashqi elektr maydoniga joylashtirilsa, u holda elektr maydoni ta'sirida uning elektron orbitalari deformatsiyalanadi va dielektrik molekulalar darhol tashqi maydon bo'ylab yo'naltirilgan dipollarga aylanadi (molekula yadrolari maydon bo'ylab siljiydi va elektron qobiq maydonga qarshi cho'ziladi va molekula dipol momentiga ega bo'ladi.

(12.23-rasm).

Ion polarizatsiyasi . Agar kristall panjaraga ega bo'lgan, uning tugunlarida musbat va manfiy ionlari to'g'ri almashinadigan kristalli dielektrik (NaCl) tashqi elektr maydoniga E 0 joylashtirilsa, u holda panjaraning musbat ionlari maydon yo'nalishi bo'ylab siljiydi, va salbiy ionlar - teskari yo'nalishda. Natijada, dielektrik qutblanadi.

Bunday qutblanish ion deb ataladi. Ion qutblanish darajasi dielektrikning xususiyatlariga va maydon kuchiga bog'liq.

5.8.2. Suyuq dielektriklar

Ular 3 guruhga bo'lingan:

1) neft moylari;

2) sintetik suyuqliklar;

3) o'simlik moylari.

Suyuq dielektriklar yuqori kuchlanishli kabellarni, kondansatkichlarni singdirish, transformatorlarni, kalitlarni va bushinglarni to'ldirish uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, ular transformatorlarda sovutish suvi, o'chirgichlarda kamon o'chirgich va boshqalar funktsiyalarini bajaradilar.

Neft moylari

Neft moylari parafinli uglevodorodlar aralashmasi ( C n H 2 n+ 2 ) va naftenik (C n H 2 n) ) qatorlar. Ular elektr texnikasida transformator, kabel va kondansat?r moylari sifatida keng qo'llaniladi. Yog ', elektr inshootlari va mahsulotlari ichidagi bo'shliqlar va teshiklarni to'ldirish, izolyatsiyaning dielektrik kuchini oshiradi va mahsulotlardan issiqlikni olib tashlashni yaxshilaydi.

transformator moyi distillash yo'li bilan neftdan olinadi. Transformator moyining elektr xususiyatlari ko'p jihatdan yog'ni aralashmalardan tozalash sifatiga, undagi suv tarkibiga va gazni chiqarish darajasiga bog'liq. Yog 'dielektrik o'tkazuvchanligi 2,2, elektr qarshiligi 10 13 ohm m.

Transformator moylarining maqsadi izolyatsiyaning dielektrik kuchini oshirishdan iborat; issiqlikni olib tashlash; moyli o'chirgichlarda yoyni o'chirishni rag'batlantirish, sifatni yaxshilash elektr izolyatsiyasi elektrotexnika mahsulotlarida: reostatlar, qog'oz kondansatkichlar, qog'ozli izolyatsiyalangan kabellar, quvvat kabellari - quyish va emdirish orqali.

Transformator moyi ish paytida qariydi, bu uning sifatini pasaytiradi. Yog'ning qarishiga quyidagilar yordam beradi: yog'ning havo bilan aloqasi, yuqori harorat, metallar bilan aloqasi (Cu, Rb, Fe), yorug'likka ta'sir qilish. Xizmat muddatini ko'paytirish uchun yog' eskirgan mahsulotlarni tozalash va olib tashlash, inhibitorlarni qo'shish orqali qayta tiklanadi.

Kabelva kondensator moylar transformator moylaridan yuqori sifatli tozalash bilan farqlanadi.

Sintetik suyuq dielektriklar

Sintetik suyuq dielektriklar ba'zi xususiyatlarda neft izolyatsion moylardan ustundir.

Xlorli uglevodorodlar

Sovol – pentaklorobifenil C 6 H 2 Cl 3 - C 6 H 3 Cl 2 , difenilni xlorlash natijasida olingan C 12 H 10

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

Sovolkondensatorlarni emdirish va to'ldirish uchun ishlatiladi. Neft moylariga nisbatan yuqori dielektrik o'tkazuvchanlikka ega. Sovol o'tkazuvchanligi 5.0, elektr qarshiligi 10 11 , 10 12 ohm m.Sovol qog'oz quvvatini emdirish uchun ishlatiladi va radio kondensatorlari yuqori o'ziga xos sig'im va past ish kuchlanishi bilan.

Sovtol - sovol bilan aralashmasi triklorbenzol. U portlashdan himoyalangan transformatorlarni izolyatsiyalash uchun ishlatiladi.

Silikon suyuqliklar

Eng keng tarqalganlari polidimetilsiloksan, polidietilsiloksan, polimetilfenilsiloksan suyuqliklar.

Polisiloksan suyuqliklari - suyuq silikon polimerlar ( poliorganosiloksanlar), kabi qimmatli xususiyatlarga ega: yuqori issiqlikka chidamlilik, kimyoviy inertlik, past gigroskopiklik, past oqim nuqtasi, keng chastotalar va haroratlarda yuqori elektr xususiyatlari.

Suyuq poliorganosiloksanlar polimerlanish darajasi past bo'lgan polimerik birikmalar bo'lib, ularning molekulalarida siloksan atomlari guruhi mavjud.

,

kremniy atomlari organik radikallar bilan bog'langan R: metil CH 3, etil C 2 H 5, fenil C 6 H 5 . Poliorganosiloksan suyuqliklarining molekulalari chiziqli, chiziqli tarmoqlangan va tsiklik tuzilishga ega bo'lishi mumkin.

Suyuqlik polimetilsiloksanlar gidroliz orqali olinadi dimetildixlorosilan bilan aralashtiriladi trimetilxlorosilan .

Olingan suyuqliklar rangsiz, aromatik uglevodorodlarda, dikloroetan va boshqa bir qator organik erituvchilarda yaxshi eriydi, spirt va asetonda erimaydi. Polimetilsiloksanlar kimyoviy jihatdan inert, metallarga agressiv ta'sir ko'rsatmaydi va ko'pchilik organik dielektriklar va kauchuklar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Dielektrik doimiy 2,0, 2.8, elektr qarshiligi 10 12 Om m, dielektrik quvvati 12, 20 MV/m

Formula polidimetilsiloksan a shaklga ega

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

Suyuq silikon polimerlar quyidagilar sifatida ishlatiladi:

Polidietilsiloksanlar – gidroliz orqali olinadi dietildixlorosilan va trietilxlorosilan . Ularning qaynash nuqtalari juda keng. Tuzilishi formula bilan ifodalanadi:

Xususiyatlari qaynash nuqtasiga bog'liq. Elektr xususiyatlari ular bilan bir xil polidimetilsiloksan.

Suyuqlik polimetilfenilsiloksanlar formula bilan ifodalangan tuzilishga ega

Gidroliz orqali olinadi fenilmetildixlorosilanlar va hokazo. Yog'ning yopishqoqligi. Qayta ishlashdan keyinNaOHyopishqoqligi 3 barobar ortadi. 1000 soat davomida 250 ° C gacha qizdirishga bardosh beradi. Elektr xususiyatlari ular bilan bir xil polidimetilsiloksan.

Da g - nurlanish, kremniyli organo suyuqliklarning yopishqoqligi sezilarli darajada oshadi va dielektrik xususiyatlari keskin yomonlashadi. Radiatsiyaning yuqori dozasida suyuqliklar aylanadi kauchuk massa, keyin esa qattiq mo'rt tanaga aylanadi.

Ftororganik suyuqliklar

Ftororganik suyuqliklar - C 8 F 16 - yonmaydigan va portlashdan himoyalangan, yuqori issiqlikka chidamli(200 °C), past gigroskopiklikka ega. Ularning juftlari yuqori elektr quvvatiga ega. Suyuqliklar past viskoziteye ega va uchuvchan. Ular neft moylari va silikon suyuqliklarga qaraganda yaxshiroq issiqlik tarqalishiga ega.–) n,

chiziqli strukturaning qutbsiz polimeridir. Etilen gazining polimerizatsiyasi natijasida hosil bo'ladi C 2 H 4 yuqori bosimda (300 MPa gacha), yoki past bosimda (0,6 MPa gacha). Yuqori bosimli polietilenning molekulyar og'irligi 18000 - 40000, past - 60000 - 800000.

Polietilen molekulalari tartibli zanjirlar (kristallitlar) bilan materialning bo'limlarini hosil qilish qobiliyatiga ega, shuning uchun polietilen ikki fazadan (kristalli va amorf) iborat bo'lib, ularning nisbati uning mexanik va issiqlik xususiyatlarini belgilaydi. Amorf materialga elastiklik, kristallik esa qattiqlik beradi. Amorf fazada shisha o'tish harorati +80 ° S ga teng. Kristal faza yuqoriroq issiqlikka chidamlilik.

Kristal fazaning polietilen molekulalarining agregatlari ortorombik tuzilishga ega bo'lgan sferulitlardir. Past bosimli polietilenda kristal fazaning tarkibi (90% gacha) yuqori bosimli polietilendan (60% gacha) yuqori. Yuqori kristalliligi tufayli past bosimli polietilen yuqori erish nuqtasiga (120-125 ° C) va yuqori kuchlanish kuchiga ega. Polietilenning tuzilishi ko'p jihatdan sovutish rejimiga bog'liq. Tez sovutish bilan kichik sferulitlar hosil bo'ladi, sekin sovutish bilan - katta. Tez sovutilgan polietilen yanada moslashuvchan va kamroq qattiqdir.

Polietilenning xossalari molekulyar og'irligiga, tozaligiga va aralashmalarga bog'liq. Mexanik xususiyatlar polimerlanish darajasiga bog'liq. Polietilen yuqori kimyoviy qarshilikka ega. Elektr izolyatsiyalovchi material sifatida u kabel sanoatida va izolyatsiyalangan simlarni ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi.

Hozirgi vaqtda polietilen va polietilen mahsulotlarining quyidagi turlari ishlab chiqarilmoqda:

1. past va yuqori bosimli polietilen - (n.d.) va (h.d.);

2. kabel sanoati uchun past bosimli polietilen;

3. yuqori yoki o'rta bosimli past molekulyar og'irlikdagi polietilen;

4. g?zenekli polietilen;

5. polietilen maxsus shlang birikmasi;

6. HF kabellarini ishlab chiqarish uchun polietilen;

7. kabel sanoati uchun elektr o'tkazuvchan polietilen;

8. kuyik bilan to'ldirilgan polietilen;

9. xlorsulfonatlangan polietilen;

10. polietilen plyonka.

Ftoroplastiklar

Ftoruglerodli polimerlarning bir nechta turlari mavjud, ular qutbli yoki qutbsiz bo'lishi mumkin.

Tetrafloroetilen gazining polimerizatsiya reaktsiyasi mahsulotining xususiyatlarini ko'rib chiqing

(F 2 C \u003d CF 2).

Ftoroplast - 4(politetrafloroetilen) bo'shashgan oq kukun. Molekulalarning tuzilishi shaklga ega

Ftoroplast molekulalari simmetrik tuzilishga ega. Shuning uchun floroplastik qutbsiz dielektrikdir

Molekulaning simmetriyasi va yuqori tozaligi yuqori darajadagi elektr ishlashini ta'minlaydi. O'rtasida katta bog'lanish energiyasi C va F unga yuqori sovuq qarshilik beradi va issiqlikka chidamlilik. Undagi radio komponentlar -195 ? +250 ° S gacha ishlashi mumkin. Yonuvchan emas, kimyoviy jihatdan chidamli, gigroskopik bo'lmagan, hidrofobik, mog'orga ta'sir qilmaydi. Elektr qarshiligi 10 ga teng 15 , 10 18 Om m, dielektrik doimiy 1,9, 2.2, dielektrik quvvati 20, 30 MV/m

Radio komponentlari floroplast kukunidan sovuq presslash orqali tayyorlanadi. Preslangan mahsulotlar pechlarda 360 - 380 ° S haroratda sinterlanadi. Tez sovutish bilan mahsulotlar yuqori mexanik kuch bilan qattiqlashadi. Sekin sovutish bilan - qattiqlashmagan. Ularni qayta ishlash osonroq, kamroq qattiq, yuqori darajadagi elektr xususiyatlariga ega. Qismlar kristall holatdan 370 ° gacha qizdirilsa, ular amorf holatga o'tadi va shaffof bo'ladi. Materialning termal parchalanishi > 400° da boshlanadi. Qayerda zaharli ftor ishlab chiqariladi.

Ftoroplastning kamchiliklari uning mexanik yuk ostida suyuqligidir. U radiatsiyaga nisbatan past qarshilikka ega va mahsulotga ishlov berishda mehnat talab qiladi. RF va mikroto'lqinli texnologiya uchun eng yaxshi dielektriklardan biri. Plitalar, disklar, halqalar, silindrlar shaklida elektrotexnika va radiotexnika mahsulotlarini ishlab chiqaradilar. Yuqori chastotali kabellarni yupqa plyonka bilan izolyatsiya qiling, qisqarish vaqtida siqiladi.

Ftoroplastik plomba moddalari - shisha tolasi, bor nitridi, uglerod qora va boshqalar yordamida o'zgartirilishi mumkin, bu yangi xususiyatlarga ega materiallarni olish va mavjud xususiyatlarni yaxshilash imkonini beradi.