Dielektrisk konstant viser hvor mange ganger. Elektrisk konstant og dielektrisk tapsvinkel

Den dielektriske konstanten den dielektriske konstanten

verdien ε, som viser hvor mange ganger vekselvirkningskraften mellom to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i et vakuum. I et isotropisk medium er ε relatert til den dielektriske susceptibiliteten χ ved forholdet: ε = 1 + 4π χ. Den dielektriske konstanten til et anisotropt medium er en tensor. Den dielektriske konstanten avhenger av feltfrekvensen; i sterke elektriske felt begynner dielektrisitetskonstanten å avhenge av feltstyrken.

DEN DELEKTRISKE KONSTANTEN

DIELEKTRISK KONTINUITET, en dimensjonsløs størrelse e, som viser hvor mange ganger interaksjonskraften F mellom elektriske ladninger i et gitt medium er mindre enn deres interaksjonskraft F o i et vakuum:
e =F o/F.
Dielektrisk konstant viser hvor mange ganger feltet er dempet av dielektrikumet (cm. DELEKTRIKK), som kvantitativt karakteriserer egenskapen til et dielektrikum som skal polariseres i et elektrisk felt.
Verdien av den relative dielektriske konstanten til et stoff, som karakteriserer graden av dets polariserbarhet, bestemmes av polarisasjonsmekanismene (cm. POLARISERING). Verdien avhenger imidlertid i stor grad av aggregeringstilstand stoffer, siden under overganger fra en tilstand til en annen endres tettheten til stoffet, dets viskositet og isotropi betydelig (cm. ISOTROPI).
Dielektrisitetskonstant for gasser
Gassformige stoffer kjennetegnes ved svært lave tettheter på grunn av store avstander mellom molekyler. På grunn av dette er polariseringen av alle gasser ubetydelig og den dielektriske konstanten de er nær enhet. Polarisasjonen av en gass kan være rent elektronisk eller dipol hvis gassmolekylene er polare, men i dette tilfellet er den elektroniske polarisasjonen av primær betydning. Polarisasjonen av forskjellige gasser er større, jo større radius gassmolekylet har, og er numerisk nær kvadratet av brytningsindeksen for denne gassen.
En gass avhengighet av temperatur og trykk bestemmes av antall molekyler per volumenhet gass, som er proporsjonal med trykk og omvendt proporsjonal med absolutt temperatur.
Luften inn normale forhold e = 1,0006, og temperaturkoeffisienten er omtrent 2. 10-6 K-1.
Dielektrisk konstant for flytende dielektriske stoffer
Flytende dielektriske stoffer kan bestå av ikke-polare eller polare molekyler. e-verdien til ikke-polare væsker bestemmes av elektronisk polarisering, så den er liten, nær verdien av kvadratet av lysbrytningen og overstiger vanligvis ikke 2,5. Avhengigheten av e til en ikke-polar væske av temperatur er assosiert med en reduksjon i antall molekyler per volumenhet, dvs. med en reduksjon i tetthet, og dens temperaturkoeffisient er nær temperaturkoeffisienten for volumetrisk utvidelse av væsken, men er forskjellig i fortegn.
Polariseringen av væsker som inneholder dipolmolekyler bestemmes samtidig av de elektroniske og dipolavslapningskomponentene. Slike væsker har en høyere dielektrisk konstant, jo større verdien av det elektriske momentet til dipolene (cm. DIPOLE) og med hva større antall molekyler per volumenhet. Temperaturavhengigheten i tilfelle av polare væsker er kompleks.
Dielektrisk konstant for fast dielektrikum
I faste stoffer kan det ta en rekke numeriske verdier i samsvar med mangfoldet av strukturelle trekk ved det faste dielektrikumet. I fast dielektrikum er alle typer polarisering mulig.
Den minste verdien av e finnes i fast dielektrikum som består av ikke-polare molekyler og som kun har elektronisk polarisering.
Fast dielektrikum, som er ioniske krystaller med tettpakkede partikler, har elektroniske og ioniske polarisasjoner og har e-verdier som ligger innenfor et bredt område (f. havsalt- 6; e korund - 10; e rutil - 110; e kalsiumtitanat - 150).
e av forskjellige uorganiske glass, som nærmer seg strukturen til amorfe dielektriske stoffer, ligger i et relativt smalt område fra 4 til 20.
Polare organiske dielektriske stoffer har dipol-relaksasjonspolarisering i fast tilstand. e av disse materialene avhenger i stor grad av temperaturen og frekvensen til den påførte spenningen, og overholder de samme lovene som for dipolvæsker.

encyklopedisk ordbok. 2009 .

Se hva "dielektrisk konstant" er i andre ordbøker:

Verdien av e, som viser hvor mange ganger kraften til vekselvirkning mellom to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i et vakuum. I et isotropisk medium er e relatert til den dielektriske susceptibiliteten med forholdet: e = 1 + 4pc. Den dielektriske konstanten … … Stor encyklopedisk ordbok

Verdien e som karakteriserer polariseringen av dielektrikum under påvirkning av elektrisitet. feltet E.D.p. er inkludert i Coulombs lov som en størrelse som viser hvor mange ganger samhandlingskraften til to frie ladninger i et dielektrikum er mindre enn i et vakuum. Svekkelse av... ... Fysisk leksikon

DELEKTRISK KONTINUITET, Verdien e, som viser hvor mange ganger vekselvirkningskraften til to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i et vakuum. Verdien av e varierer mye: hydrogen 1,00026, transformatorolje 2,24, ... ... Moderne leksikon

- (betegnelse e), i fysikk en av egenskapene ulike materialer(se DELEKTRISK). Det uttrykkes ved forholdet mellom tettheten til ELEKTRISK FLØT i mediet og intensiteten til det ELEKTRISKE FELT som forårsaker det. Dielektrisk konstant for vakuum ... ... Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok

den dielektriske konstanten- En mengde som karakteriserer de dielektriske egenskapene til et stoff, skalar for et isotropt stoff og tensor for et anisotropt stoff, hvis produkt ved den elektriske feltstyrken er lik den elektriske forskyvningen. [GOST R 52002 2003] … … Teknisk oversetterveiledning

Den dielektriske konstanten- DELEKTRISK KONTINUITET, verdien e, som viser hvor mange ganger vekselvirkningskraften til to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i et vakuum. Verdien av e varierer mye: hydrogen 1,00026, transformatorolje 2,24, ... ... Illustrert encyklopedisk ordbok

Den dielektriske konstanten- en mengde som karakteriserer de dielektriske egenskapene til et stoff, skalar for et isotropt stoff og tensor for et anisotropt stoff, hvis produkt ved den elektriske feltstyrken er lik den elektriske forskyvningen... Kilde:... ... Offisiell terminologi

den dielektriske konstanten- absolutt dielektrisk konstant; industri dielektrisk konstant En skalar mengde som karakteriserer de elektriske egenskapene til et dielektrisk lik forholdet mellom størrelsen på den elektriske forskyvningen og størrelsen på den elektriske feltstyrken ... Polyteknisk terminologisk forklarende ordbok

Absolutt dielektrisk konstant Relativ dielektrisk konstant Vakuum dielektrisk konstant ... Wikipedia

den dielektriske konstanten- dielektrinė skvarba statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektrinio srauto tankio tiriamojoje medžiagoje ir elektrinio lauko stiprio santykis. atitikmenys: engl. dielektrisk konstant; dielektrisk permittivitet; permittivitet rus. dielektrisk ... ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Bøker

• Egenskaper til materialer. Anisotropi, symmetri, struktur. Per. fra engelsk , Newnham R.E. Denne boken er viet anisotropi og forholdet mellom strukturen til materialer og deres egenskaper. Den dekker et bredt spekter av emner og er en slags introduksjonskurs fysiske egenskaper...

DELEKTRISK KONTINUITET, en verdi ε som karakteriserer polarisasjonen av dielektrikum under påvirkning av et elektrisk styrkefelt E. Dielektrisk konstant er inkludert i Coulombs lov som en størrelse som viser hvor mange ganger kraften til vekselvirkning mellom to frie ladninger i et dielektrikum er mindre enn i et vakuum. Svekkelsen av interaksjonen skjer på grunn av screening av gratis ladninger av bundne ladninger dannet som et resultat av polarisering av mediet. Bundne ladninger oppstår som et resultat av mikroskopisk romlig omfordeling av ladninger (elektroner, ioner) i et generelt elektrisk nøytralt miljø.

Forholdet mellom polarisasjonsvektorene P, elektrisk feltstyrke E og elektrisk induksjon D i et isotropt medium i SI-systemet har formen:

hvor ε 0 er den elektriske konstanten. Verdien av dielektrisitetskonstanten ε avhenger av strukturen og kjemisk oppbygning stoffer, samt trykk, temperatur og annet ytre forhold(bord).

For gasser er verdien nær 1, for væsker og faste stoffer varierer fra flere enheter til flere titalls for ferroelektrikk kan det nå 10 4 . Denne spredningen av ε-verdier skyldes forskjellige polarisasjonsmekanismer som forekommer i forskjellige dielektrikum.

Klassisk mikroskopisk teori fører til et omtrentlig uttrykk for den dielektriske konstanten til ikke-polare dielektrika:

hvor n i er konsentrasjonen av den i-te typen atomer, ioner eller molekyler, α i er deres polariserbarhet, β i er den såkalte indre feltfaktoren, på grunn av de strukturelle egenskapene til krystallen eller stoffet. For de fleste dielektrika med en dielektrisitetskonstant i området 2-8, er β = 1/3. Vanligvis er dielektrisitetskonstanten praktisk talt uavhengig av størrelsen på det påførte elektriske feltet frem til det elektriske sammenbruddet av dielektrikumet. De høye verdiene av ε av noen metalloksider og andre forbindelser skyldes egenskapene til strukturen deres, som tillater, under påvirkning av feltet E, en kollektiv forskyvning av subgitteret til positive og negative ioner i motsatte retninger og dannelsen av signifikante bundne ladninger ved krystallgrensen.

Polarisasjonsprosessen til et dielektrikum når et elektrisk felt påføres utvikles ikke umiddelbart, men over en tidsperiode τ (avspenningstid). Hvis feltet E endres i tid t i henhold til en harmonisk lov med en frekvens ω, har ikke polarisasjonen til dielektrikumet tid til å følge den og en faseforskjell δ vises mellom svingningene P og E. Når du beskriver oscillasjoner av P og E ved å bruke metoden for komplekse amplituder, er den dielektriske konstanten representert som en kompleks mengde:

ε = ε’ + iε",

dessuten er ε' og ε" avhengig av ω og τ, og forholdet ε"/ε' = tan δ bestemmer de dielektriske tapene i mediet. Faseforskyvningen δ avhenger av forholdet τ og feltperioden T = 2π/ω. På τ<< Т (ω<< 1/τ, низкие частоты) направление Р изменяется практически одновременно с Е, т. е. δ → 0 (механизм поляризации «включён»). Соответствующее значение ε’ обозначают ε (0) . При τ >> T (høye frekvenser), polarisering holder ikke tritt med endringen Ε, δ → π og ε' i dette tilfellet betegner ε (∞) (polarisasjonsmekanismen er "slått av"). Det er åpenbart at ε (0) > ε (∞), og i vekslende felt viser den dielektriske konstanten seg å være en funksjon av ω. Nær ω = l/τ endres ε’ fra ε (0) til ε (∞) (spredningsområde), og tanδ(ω)-avhengigheten går gjennom et maksimum.

Naturen til avhengighetene ε'(ω) og tanδ(ω) i dispersjonsområdet bestemmes av polarisasjonsmekanismen. Ved ioniske og elektroniske polarisasjoner med elastisk forskyvning av bundne ladninger, har endringen i P(t) med trinnvis inkludering av feltet E karakteren dempet svingninger og avhengighetene ε’(ω) og tanδ(ω) kalles resonante. Ved orienterende polarisering er etableringen av P(t) eksponentiell, og avhengighetene ε’(ω) og tanδ(ω) kalles relaksasjon.

Metoder for å måle dielektrisk polarisering er basert på fenomenene interaksjon av det elektromagnetiske feltet med de elektriske dipolmomentene til materiepartikler og er forskjellige for forskjellige frekvenser. De fleste metodene ved ω ≤ 10 8 Hz er basert på prosessen med å lade og utlade en målekondensator fylt med dielektrikumet som studeres. Med flere høye frekvenser bølgeleder, resonans, multifrekvens og andre metoder brukes.

I noen dielektriske stoffer, for eksempel ferroelektriske, brytes proporsjonalforholdet mellom P og E [P = ε 0 (ε ‒ 1)E] og følgelig mellom D og E allerede i vanlige elektriske felt oppnådd i praksis. Formelt beskrives dette som avhengigheten ε(Ε) ≠ const. I dette tilfellet er en viktig elektrisk karakteristikk av dielektrikum den differensielle dielektriske konstanten:

I ikke-lineær dielektrikum måles verdien ε diff vanligvis i svake vekslende felt med samtidig påføring av et sterkt konstant felt, og den variable komponenten ε diff kalles den reversible dielektriske konstanten.

Tent. se på Art. Dielektrikk.

Dielektrisḱ kjemisk penetrasjoń kapasitet medium - en fysisk mengde som karakteriserer egenskapene til et isolerende (dielektrisk) medium og viser avhengigheten av elektrisk induksjon på den elektriske feltstyrken.

Det bestemmes av effekten av polarisering av dielektrikum under påvirkning av et elektrisk felt (og med verdien av den dielektriske følsomheten til mediet som karakteriserer denne effekten).

Det er relative og absolutte dielektriske konstanter.

Den relative dielektriske konstanten ε er dimensjonsløs og viser hvor mange ganger vekselvirkningskraften mellom to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i et vakuum. Denne verdien for luft og de fleste andre gasser under normale forhold er nær enhet (på grunn av deres lave tetthet). For de fleste faste eller flytende dielektriske stoffer varierer den relative permittiviteten fra 2 til 8 (for et statisk felt). Den dielektriske konstanten til vann i et statisk felt er ganske høy - omtrent 80. Verdiene er store for stoffer med molekyler som har et stort elektrisk dipolmoment. Den relative dielektrisitetskonstanten til ferroelektrikk er titalls og hundretusener.

Den absolutte dielektrisitetskonstanten i utenlandsk litteratur er betegnet med bokstaven ε i innenlandsk litteratur, kombinasjonen brukes hovedsakelig, hvor er den elektriske konstanten. Absolutt dielektrisk konstant brukes bare i International System of Units (SI), der induksjon og elektrisk feltstyrke måles i forskjellige enheter. I SGS-systemet er det ikke nødvendig å innføre absolutt dielektrisk konstant. Den absolutte dielektriske konstanten (som den elektriske konstanten) har dimensjonen L −3 M −1 T 4 I². I International System of Units (SI) enheter: =F/m.

Det skal bemerkes at dielektrisitetskonstanten i stor grad avhenger av frekvensen til det elektromagnetiske feltet. Dette bør alltid tas i betraktning, siden referansetabeller vanligvis inneholder data for et statisk felt eller lave frekvenser ned til noen få enheter kHz uten å spesifisere denne faktaen. Samtidig finnes det optiske metoder for å oppnå den relative dielektrisitetskonstanten basert på brytningsindeksen ved bruk av ellipsometre og refraktometre. Verdien oppnådd ved den optiske metoden (frekvens 10-14 Hz) vil avvike betydelig fra dataene i tabellene.

Tenk for eksempel på vann. Ved statisk felt (frekvens null) er den relative dielektrisitetskonstanten under normale forhold omtrent 80. Dette er tilfellet ned til infrarøde frekvenser. Starter på omtrent 2 GHz ε r begynner å falle. I det optiske området ε r er ca 1,8. Dette er ganske konsistent med det faktum at i det optiske området er brytningsindeksen til vann 1,33. I et smalt frekvensområde, kalt optisk, faller dielektrisk absorpsjon til null, noe som faktisk gir en person synsmekanismen [ kilde ikke spesifisert 1252 dager] i jordens atmosfære mettet med vanndamp. Med ytterligere økning i frekvens endres egenskapene til mediet igjen. Du kan lese om oppførselen til den relative dielektriske konstanten til vann i frekvensområdet fra 0 til 10 12 (infrarødt område) på (engelsk)

Dielektrisitetskonstanten til dielektrikum er en av hovedparametrene i utviklingen av elektriske kondensatorer. Bruken av materialer med høy dielektrisk konstant kan redusere de fysiske dimensjonene til kondensatorene betydelig.

Kapasitansen til kondensatorene bestemmes:

Hvor ε r- dielektrisk konstant for stoffet mellom platene, ε O- elektrisk konstant, S- området til kondensatorplatene, d- avstand mellom platene.

Parameteren dielektrisk konstant tas i betraktning ved utvikling av trykte kretskort. Verdien av den dielektriske konstanten til stoffet mellom lagene, i kombinasjon med dens tykkelse, påvirker verdien av den naturlige statiske kapasitansen til kraftlagene, og påvirker også den karakteristiske impedansen til lederne på brettet betydelig.

MOTSTAND elektrisk, fysisk mengde lik elektrisk motstand ( cm. ELEKTRISK MOTSTAND) R av en sylindrisk leder av enhetslengde (l = 1 m) og enhets tverrsnittsareal (S = 1 m 2).. r = R S/l. I Si er enheten for resistivitet Ohm. m. Resistivitet kan også uttrykkes i ohm. cm Resistivitet er en egenskap ved materialet som strømmen går gjennom og avhenger av materialet det er laget av. Resistivitet lik r = 1 Ohm. m betyr at en sylindrisk leder laget av av dette materialet, lengde l = 1 m og med et tverrsnittsareal S = 1 m 2 har en motstand R = 1 Ohm. m. Verdien av resistiviteten til metaller ( cm. METALLER), som er gode dirigenter ( cm. DIRIGENTER), kan ha verdier i størrelsesorden 10 - 8 - 10 - 6 Ohm. m (for eksempel kobber, sølv, jern, etc.). Resistiviteten til noen faste dielektriske stoffer ( cm. DELEKTRIKK) kan nå en verdi på 10 16 -10 18 Ohm.m (for eksempel kvartsglass, polyetylen, elektroporselen, etc.). Resistivitetsverdien til mange materialer (spesielt halvledermaterialer ( cm. HALVLEDEREN MATERIALER)) avhenger betydelig av graden av deres rensing, tilstedeværelsen av legeringsadditiver, termiske og mekaniske behandlinger, etc. Verdien s, den gjensidige av resistiviteten, kalles ledningsevne: s = 1/r Spesifikk ledningsevne måles i siemens ( cm. SIEMENS (konduktivitetsenhet)) per meter S/m. Elektrisk resistivitet (konduktivitet) er en skalar størrelse for et isotropt stoff; og tensor - for et anisotropt stoff. I anisotrope enkeltkrystaller er anisotropien til elektrisk ledningsevne en konsekvens av anisotropien til den inverse effektive massen ( cm. EFFEKTIV MASSE) elektroner og hull.

1-6. ELEKTRISK LEDNING AV ISOLASJON

Når du slår på isolasjonen til en kabel eller ledning konstant trykk U går en strøm i gjennom den, varierende med tiden (fig. 1-3). Denne strømmen har konstante komponenter - ledningsstrøm (i ∞) og absorpsjonsstrøm, hvor γ er ledningsevnen som tilsvarer absorpsjonsstrømmen; T er tiden da strømmen i abs synker til 1/e av sin opprinnelige verdi. I uendelig lang tid i abs →0 og i = i ∞. Den elektriske ledningsevnen til dielektriske stoffer forklares av tilstedeværelsen i dem av en viss mengde gratis ladede partikler: ioner og elektroner.

Den mest karakteristiske egenskapen til de fleste elektriske isolasjonsmaterialer er ionisk elektrisk ledningsevne, som er mulig på grunn av forurensninger som uunngåelig er tilstede i isolasjonen (forurensninger av fuktighet, salter, alkalier, etc.). I et dielektrikum med en ionisk ledningsevne overholdes Faradays lov strengt - proporsjonaliteten mellom mengden elektrisitet som passerer gjennom isolasjonen og mengden stoff som frigjøres under elektrolyse.

Når temperaturen øker, reduseres resistiviteten til elektriske isolasjonsmaterialer og karakteriseres av formelen

hvor_ρ o, A og B er konstanter for et gitt materiale; T - temperatur, °K.

En større avhengighet av isolasjonsmotstand på fuktighet oppstår med hygroskopiske isolasjonsmaterialer, hovedsakelig fibrøse (papir, bomullsgarn, etc.). Derfor tørkes og impregneres fibrøse materialer, samt beskyttes av fuktbestandige skall.

Isolasjonsmotstanden kan avta med økende spenning på grunn av dannelse av romladninger i isolasjonsmaterialene. Den ekstra elektroniske ledningsevnen som skapes i dette tilfellet fører til en økning i elektrisk ledningsevne. Det er en avhengighet av ledningsevne på spenning i veldig sterke felt (Ya. I. Frenkels lov):

hvor γ o - ledningsevne i svake felt; a er konstant. Alle elektriske isolasjonsmaterialer er preget av visse verdier for isolasjonsledningsevne G. Ideelt sett er ledningsevnen til isolasjonsmaterialer null. For ekte isolasjonsmaterialer bestemmes ledningsevnen per enhet kabellengde av formelen

I kabler med en isolasjonsmotstand på mer enn 3-10 11 ohm-m og kommunikasjonskabler, hvor dielektriske polarisasjonstap er betydelig større enn termiske tap, bestemmes ledningsevnen av formelen

Isolasjonsledningsevne i kommunikasjonsteknologi er en elektrisk parameter for en linje som karakteriserer energitap i isolasjonen av kabelkjerner. Avhengigheten av konduktivitetsverdien av frekvens er vist i fig. 1-1. Den gjensidige konduktiviteten, isolasjonsmotstanden, er forholdet mellom likespenningen som påføres isolasjonen (i volt) og lekkasjespenningen (i ampere), dvs.

hvor RV er den volumetriske isolasjonsmotstanden, som numerisk bestemmer hindringen som skapes av strømgjennomgang gjennom tykkelsen av isolasjonen; R S - overflatemotstand, som bestemmer hindringen for passering av strøm langs isolasjonsoverflaten.

En praktisk vurdering av kvaliteten på isolasjonsmaterialene som brukes er den spesifikke volumetriske motstanden ρ V uttrykt i ohm-centimeter (ohm*cm). Numerisk er ρ V lik motstanden (i ohm) til en terning med en 1 cm kant laget av et gitt materiale, hvis strømmen går gjennom to motsatte flater av kuben. Spesifikk overflatemotstand ρ S er numerisk lik overflatemotstanden til kvadratet (i ohm) hvis det tilføres strøm til elektrodene som avgrenser to motsatte sider av dette kvadratet.

Isolasjonsmotstanden til en enkjernet kabel eller ledning bestemmes av formelen

Fuktighetsegenskaper til dielektriske stoffer

Fuktighetsbestandighet - dette er påliteligheten til isolasjonen når den er i en atmosfære av vanndamp nær metning. Fuktighetsbestandighet vurderes ved endringer i elektriske, mekaniske og andre fysiske egenskaper etter at materialet er i en atmosfære med høy og høy luftfuktighet; på fuktighet og vannpermeabilitet; på fukt- og vannopptak.

Fuktighetspermeabilitet – et materiales evne til å overføre fuktighetsdamp i nærvær av en forskjell i relativ luftfuktighet på begge sider av materialet.

Fuktighetsabsorpsjon - et materiales evne til å absorbere vann når det eksponeres over lengre tid i en fuktig atmosfære nær en metningstilstand.

Vannabsorpsjon - et materiales evne til å absorbere vann når det er nedsenket i vann i lang tid.

Tropisk motstand og tropisering utstyr – beskyttelse av elektrisk utstyr mot fuktighet, mugg, gnagere.

Termiske egenskaper til dielektriske stoffer

For å karakterisere de termiske egenskapene til dielektriske stoffer, brukes følgende mengder.

Varme motstand– evnen til elektriske isolasjonsmaterialer og produkter til å tåle høye temperaturer og plutselige temperaturendringer uten å skade dem. Bestemt av temperaturen ved hvilken en betydelig endring i mekaniske og elektriske egenskaper observeres, for eksempel begynner strekk- eller bøyedeformasjon under belastning i organiske dielektriske stoffer.

Termisk ledningsevne– prosessen med varmeoverføring i et materiale. Den er preget av en eksperimentelt bestemt varmeledningskoeffisient λ t er mengden varme som overføres i løpet av ett sekund gjennom et lag av materiale 1 m tykt og et overflateareal på 1 m 2 med en temperaturforskjell mellom overflatene til. laget på 1 °K. Den termiske konduktivitetskoeffisienten til dielektriske stoffer varierer over et bredt område. De laveste verdiene av λ t har gasser, porøse dielektrika og væsker (for luft λ t = 0,025 W/(m K), for vann λ t = 0,58 W/(m K)), høye verdier har krystallinsk dielektrikum (for krystallinsk kvarts λ t = 12,5 W/(m K)). Den termiske konduktivitetskoeffisienten til dielektriske stoffer avhenger av deres struktur (for smeltet kvarts λ t = 1,25 W/(m K)) og temperatur.

Termisk ekspansjon dielektrikum vurderes ved temperaturkoeffisienten for lineær ekspansjon: . Materialer med lav termisk ekspansjon har som regel høyere varmebestandighet og omvendt. Den termiske ekspansjonen av organiske dielektriske stoffer overgår betydelig (tivis og hundrevis av ganger) utvidelsen av uorganiske dielektriske stoffer. Derfor er dimensjonsstabiliteten til deler laget av uorganisk dielektrikum under temperatursvingninger betydelig høyere sammenlignet med organiske.

1. Absorpsjonsstrømmer

Absorpsjonsstrømmer er forskyvningsstrømmer av forskjellige typer langsom polarisering. Absorpsjonsstrømmer ved en konstant spenning flyter i dielektrikumet til en likevektstilstand er etablert, og endrer retning når spenningen slås på og av. Med en vekselspenning flyter absorpsjonsstrømmer hele tiden dielektrikumet er i det elektriske feltet.

Generelt elektrisitet j i et dielektrikum er summen av gjennomstrømmen j sk og absorpsjonsstrøm j ab

j = j sk + j ab.

Absorpsjonsstrømmen kan bestemmes gjennom forspenningsstrømmen j cm - endringshastighet for den elektriske induksjonsvektoren D

Gjennomstrømmingen bestemmes av overføringen (bevegelsen) av ulike ladningsbærere i det elektriske feltet.

2. Elektronisk elektrisk ledningsevne er preget av bevegelse av elektroner under påvirkning av et felt. I tillegg til metaller er det tilstede i karbon, metalloksider, sulfider og andre stoffer, samt i mange halvledere.

3. Ionisk – forårsaket av bevegelser av ioner. Det observeres i løsninger og smelter av elektrolytter - salter, syrer, alkalier, så vel som i mange dielektriske stoffer. Den er delt inn i indre og urenhetsledningsevne. Indre ledningsevne skyldes bevegelsen av ioner oppnådd under dissosiasjon molekyler. Bevegelsen av ioner i et elektrisk felt er ledsaget av elektrolyse – overføring av et stoff mellom elektrodene og frigjøring på elektrodene. Polare væsker er mer dissosiert og har høyere elektrisk ledningsevne enn ikke-polare væsker.

I ikke-polare og svakt polare flytende dielektriske stoffer (mineraloljer, silikonvæsker) bestemmes elektrisk ledningsevne av urenheter.

4. Molion elektrisk ledningsevne – forårsaket av bevegelse av ladede partikler kalt molioner. Det observeres i kolloidale systemer, emulsjoner , suspensjoner . Bevegelsen av molioner under påvirkning av et elektrisk felt kalles elektroforese. Under elektroforese, i motsetning til elektrolyse, dannes ingen nye stoffer den relative konsentrasjonen av den dispergerte fasen i forskjellige lag av væsken. Elektroforetisk ledningsevne observeres for eksempel i oljer som inneholder emulgert vann.

Ethvert stoff eller legeme som omgir oss har visse elektriske egenskaper. Dette forklares av den molekylære og atomære strukturen: tilstedeværelsen av ladede partikler som er i en gjensidig bundet eller fri tilstand.

Når ikke noe eksternt elektrisk felt virker på stoffet, fordeles disse partiklene på en slik måte at de balanserer hverandre og ikke skaper et ekstra elektrisk felt gjennom hele volumet. Ved en ekstern applikasjon elektrisk energi inne i molekyler og atomer skjer en omfordeling av ladninger, noe som fører til dannelsen av sitt eget indre elektriske felt, rettet mot det ytre.

Hvis vektoren til det påførte eksterne feltet er betegnet med "E0", og det indre feltet med "E", vil det totale feltet "E" være summen av energien til disse to størrelsene.

I elektrisitet er det vanlig å dele stoffer i:

konduktører;

dielektrikum.

Denne klassifiseringen har eksistert i lang tid, selv om den er ganske vilkårlig fordi mange kropper har andre eller kombinerte egenskaper.

Konduktører

Medier som har gratis vederlag fungerer som konduktører. Oftest fungerer metaller som ledere, fordi deres struktur alltid inneholder frie elektroner, som er i stand til å bevege seg innenfor hele volumet av stoffet og samtidig deltar i termiske prosesser.

Når en leder er isolert fra virkningen av eksterne elektriske felt, skapes en balanse av positive og negative ladninger i den fra ioniske gitter og frie elektroner. Denne likevekten blir umiddelbart ødelagt ved påføring - takket være energien som omfordelingen av ladede partikler begynner og ubalanserte ladninger av positive og negative mengder vises på den ytre overflaten.

Dette fenomenet kalles vanligvis elektrostatisk induksjon. Ladningene som oppstår på overflaten av metaller kalles induksjonskostnader.

De induktive ladningene som dannes i lederen danner sitt eget felt E, og kompenserer effekten av ekstern E0 inne i lederen. Derfor er verdien av totalen elektrostatisk felt kompensert og lik 0. I dette tilfellet er potensialene til alle punkter både innenfor og utenfor de samme.

Den resulterende utgangen indikerer at inne i lederen, selv når den er tilkoblet eksternt felt, det er ingen potensialforskjell og ingen elektrostatiske felt. Dette faktum brukes i skjerming - anvendelse av en metode for elektrostatisk beskyttelse av mennesker og elektrisk utstyr som er følsomt for induserte felt, spesielt høy presisjon måleinstrumenter og mikroprosessorteknologi.

Beskyttede klær og fottøy laget av stoffer med ledende tråder, inkludert hodeplagg, brukes i energisektoren for å beskytte personell som arbeider under forhold med økt spenning skapt av høyspenningsutstyr.

Dielektrikk

Dette er navnet på stoffer som har isolerende egenskaper. De inneholder kun sammenkoblede avgifter og ikke gratiskostnader. For dem holdes alle positive og negative partikler sammen inne i et nøytralt atom og er fratatt bevegelsesfrihet. De er fordelt inne i dielektrikumet og beveger seg ikke under påvirkning av det påførte eksterne feltet E0.

Imidlertid forårsaker energien fortsatt visse endringer i materiens struktur - inne i atomer og molekyler er forholdet mellom positive og negative partikler, og på overflaten av stoffet vises overflødige, ubalanserte bundne ladninger, som danner et indre elektrisk felt E." Det er rettet mot den eksternt påførte spenningen.

Dette fenomenet kalles dielektrisk polarisering. Det er preget av det faktum at et elektrisk felt E vises inne i stoffet, dannet av virkningen av ekstern energi E0, men svekket av motvirkningen av indre E."

Typer polarisering

Det er av to typer inne i dielektriske:

1. orientering;

2. elektronisk.

Den første typen har tilleggsnavnet dipolpolarisering. Det er iboende i dielektrikum med forskjøvede sentre av negative og positive ladninger, som danner molekyler fra mikroskopiske dipoler - en nøytral kombinasjon av to ladninger. Dette er typisk for vann, nitrogendioksid og hydrogensulfid.

Uten påvirkning av et eksternt elektrisk felt er de molekylære dipolene til slike stoffer orientert på en kaotisk måte under påvirkning av eksisterende temperaturprosesser. I dette tilfellet, på et hvilket som helst punkt i det indre volumet og på den ytre overflaten av dielektrikumet, er det ingen elektrisk ladning.

Dette bildet endres under påvirkning av eksternt påført energi, når dipolene endrer orienteringen litt og områder med ukompenserte makroskopiske bundne ladninger vises på overflaten, og danner et felt E" i motsatt retning av den påførte E0.

Med slik polarisering har temperatur stor innflytelse på prosessene, forårsaker termisk bevegelse og skaper desorienterende faktorer.

Elektronisk polarisering, elastisk mekanisme

Det manifesterer seg i ikke-polare dielektriske materialer - materialer av en annen type med molekyler blottet for et dipolmoment, som under påvirkning av et eksternt felt deformeres slik at positive ladninger er orientert i retning av E0-vektoren, og negative ladninger er orientert i motsatt retning.

Som et resultat fungerer hvert av molekylene som en elektrisk dipol, orientert langs aksen til det påførte feltet. På denne måten lager de sitt eget felt E" på den ytre overflaten i motsatt retning.

I slike stoffer er deformasjonen av molekyler, og følgelig polarisering fra påvirkning av et eksternt felt, ikke avhengig av deres bevegelse under påvirkning av temperatur. Et eksempel på et ikke-polart dielektrikum er metan CH4.

Den numeriske verdien av det indre feltet til begge typer dielektrikum endres i utgangspunktet i direkte proporsjon med økningen i det eksterne feltet, og deretter, når metning er nådd, vises ikke-lineære effekter. De oppstår når alle de molekylære dipolene er stilt opp langs feltlinjene til polare dielektriske stoffer eller endringer i strukturen til et ikke-polart stoff har skjedd på grunn av sterk deformasjon av atomer og molekyler fra stor eksternt påført energi.

I praksis oppstår det sjelden slike tilfeller – vanligvis oppstår først et sammenbrudd eller isolasjonssvikt.

Den dielektriske konstanten

Blant isolasjonsmaterialer spilles en viktig rolle av elektriske egenskaper og en slik indikator som den dielektriske konstanten. Det kan vurderes av to forskjellige egenskaper:

1. absolutt verdi;

2. relativ størrelse.

Begrepet absolutt dielektrisk konstant stoffer εa brukes når det refereres til den matematiske notasjonen til Coulombs lov. Den, i form av koeffisient εа, forbinder induksjonsvektoren D og spenningen E.

La oss huske at den franske fysikeren Charles de Coulomb, ved hjelp av sine egne torsjonsbalanser, studerte mønstrene til elektriske og magnetiske krefter mellom små ladede legemer.

Bestemmelse av den relative dielektriske konstanten til et medium brukes til å karakterisere de isolerende egenskapene til et stoff. Den estimerer forholdet mellom interaksjonskraften mellom to punktladninger ved to ulike forhold: i vakuum og arbeidsmiljø. I dette tilfellet tas vakuumindikatorene som 1 (εv=1), og for reelle stoffer er de alltid høyere, εr>1.

Det numeriske uttrykket εr vises som en dimensjonsløs mengde, forklares av polarisasjonseffekten til dielektrikum, og brukes til å evaluere deres egenskaper.

Verdier av dielektrisk konstant for individuelle medier(i romtemperatur)

Substans	ε	Substans	ε
Rochelle salt	6000	Diamant	5,7
Rutil (langs den optiske aksen)	170	Vann	81
Polyetylen	2,3	Etanol	26,8
Silisium	12,0	Glimmer	6
Glass	5-16	Karbondioksid	1,00099
NaCl	5,26	vanndamp	1,0126
Benzen	2,322	Luft (760 mmHg)	1,00057

Foredrag nr. 19

1. Arten av elektrisk ledningsevne til gassformig, flytende og fast dielektrikum

Den dielektriske konstanten

Relativ dielektrisk konstant, eller dielektrisk konstant ε- en av de viktigste makroskopiske elektriske parameterne til et dielektrikum. Den dielektriske konstantenε karakteriserer kvantitativt evnen til et dielektrikum til å bli polarisert i et elektrisk felt, og evaluerer også graden av dets polaritet; ε er en konstant for et dielektrisk materiale ved en gitt temperatur og frekvens av elektrisk spenning og viser hvor mange ganger ladningen til en kondensator med et dielektrikum er større enn ladningen til en kondensator av samme størrelse med et vakuum.

Dielektrisk konstant bestemmer verdien av den elektriske kapasitansen til et produkt (kondensator, kabelisolasjon, etc.). For en parallellplatekondensator er den elektriske kapasitansen MED,Ф, uttrykt ved formel (1)

hvor S er arealet av måleelektroden, m2; h er tykkelsen på dielektrikumet, m Fra formel (1) er det klart at jo større verdi ε dielektrikum som brukes, jo større er den elektriske kapasitansen til kondensatoren med samme dimensjoner. I sin tur er elektrisk kapasitans C proporsjonalitetskoeffisienten mellom overflateladningen QK, akkumulert kondensator, og en elektrisk spenning påført den

garn U(2):

Av formel (2) følger det at elektrisk ladning QK, akkumulert av kondensatoren er proporsjonal med verdien ε dielektrisk. Å vite QK og de geometriske dimensjonene til kondensatoren kan bestemmes ε dielektrisk materiale for en gitt spenning.

La oss vurdere mekanismen for ladningsdannelse QK på elektrodene til en kondensator med et dielektrikum og hvilke komponenter utgjør denne ladningen. For å gjøre dette tar vi to flate kondensatorer med samme geometriske dimensjoner: en med et vakuum, den andre med et interelektroderom fylt med et dielektrikum, og påfører den samme elektriske spenningen på dem U(Figur 1). En ladning dannes på elektrodene til den første kondensatoren Q0, på elektrodene til den andre - QK. I sin tur, ladningen QK er summen av avgifter Q0 Og Q(3):

Lade Q 0 dannes av det eksterne feltet E0 ved å akkumulere tredjepartsladninger med overflatetetthet σ 0 på elektrodene til kondensatoren. Q- dette er en ekstra ladning på elektrodene til kondensatoren, skapt av en elektrisk spenningskilde for å kompensere for de bundne ladningene som dannes på overflaten av dielektrikumet.

I et jevnt polarisert dielektrikum er ladningen Q tilsvarer verdien overflatetetthet bundne ladninger σ. Ladningen σ danner et felt E сз, rettet motsatt av feltet E O.

Den dielektriske konstanten til det aktuelle dielektrikumet kan representeres som ladningsforholdet QK kondensator fylt med dielektrikum for å lade Q0 samme kondensator med vakuum (3):

Av formel (3) følger det at dielektrisitetskonstanten ε - mengden er dimensjonsløs, og for enhver dielektrikum er den større enn enhet; i tilfelle vakuum ε = 1. Fra det betraktede eksemplet også

det kan sees at ladningstettheten på elektrodene til en kondensator med et dielektrikum inn ε ganger ladetettheten på elektrodene til en kondensator med vakuum, og spenningene ved samme spenning for begge

kondensatorene deres er de samme og avhenger bare av spenningen U og avstander mellom elektrodene (E = U/t).

I tillegg til den relative dielektriske konstanten ε differensiere absolutt dielektrisk konstant ε a, F/m, (4)

som ikke har noen fysisk betydning og brukes i elektroteknikk.

Den relative endringen i dielektrisitetskonstanten εr med en økning i temperaturen med 1 K kalles temperaturkoeffisienten til dielektrisitetskonstanten.

ТКε = 1/ εr d εr/dT К-1 For luft ved 20°С ТК εr = -2,10-6К-

Elektrisk aldring i ferroelektrikk uttrykkes som en reduksjon i εr med tiden. Årsaken er omgruppering av domener.

En spesielt skarp endring i dielektrisitetskonstanten over tid observeres ved temperaturer nær Curie-punktet. Oppvarming av ferroelektrikk til en temperatur over Curie-punktet og påfølgende kjøling returnerer εr til sin forrige verdi. Den samme gjenopprettingen av dielektrisitetskonstanten kan oppnås ved å eksponere ferroelektriske for et elektrisk felt med økt intensitet.

For komplekse dielektrika - en mekanisk blanding av to komponenter med forskjellig εr i en første tilnærming: εrх = θ1 · εr1х · θ · εr2х, hvor θ er den volumetriske konsentrasjonen av blandingskomponentene, εr er den relative dielektriske konstanten til blandingskomponenten.

Dielektrisk polarisering kan være forårsaket av: mekaniske belastninger (piezopolarisering i piezoelektrikk); oppvarming (pyropolarisering i pyroelektrikk); lys (fotopolarisering).

Den polariserte tilstanden til et dielektrikum i et elektrisk felt E er karakterisert ved det elektriske momentet per volumenhet, polarisering P, C/m2, som er relatert til dets relative dielektriske konstant, f.eks.: P = e0 (f.eks. - 1)E, hvor e0 = 8,85∙10-12 F/m. Produktet e0∙eг =e, F/m, kalles den absolutte dielektriske konstanten. I gassformige dielektriske stoffer skiller den f.eks. lite fra 1,0, i ikke-polare væsker og faste stoffer når den 1,5 - 3,0, i polare har den store verdier; i ioniske krystaller, f.eks. - 5-MO, og i de som har perovskitt krystallgitter når 200; i ferroelektrikk f.eks - 103 og mer.

I ikke-polare dielektriske stoffer, f.eks. reduseres litt med økende temperatur i polare dielektriske, er endringer forbundet med overvekt av en eller annen type polarisering, den øker i noen ferroelektriske stoffer, ved Curie-temperaturen når den 104; mer. Temperaturendringer er f.eks. preget av en temperaturkoeffisient. Polar dielektrikum er preget av en reduksjon i f.eks. i frekvensområdet hvor tiden t for polarisering er sammenlignbar med T/2.

Relatert informasjon.