Диэлектрические материалы

классификация ЭТМ

проводники

полупроводники

магнитные материалы

главы электронного учебника:

Диэлектрические материалы

Электропроводность диэлектриков

Поляризация диэлектриков

Потери в диэлектриках

Электрическая прочность диэлектриков

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Реальный (технический) диэлектрик тем более приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем слабее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением, теплоты.

При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов.

Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, т.е. с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.

Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.

В зависимости от влияния напряженности электрического поля на значение относительной диэлектрической проницаемости материала все диэлектрики подразделяют на линейные и нелинейные.

Для линейных диэлектриков с малыми потерями энергии зависимость заряда конденсатора от напряжения (переменной полярности) имеет вид прямой; для нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) в этих условиях зависимость заряда от напряжения принимает форму петли гистерезиса (см. рис. далее).

Неполярными диэлектриками являются газы, жидкости и твердые вещества в кристаллическом и аморфном состояниях, обладающие в основном только электронной поляризацией. К ним относятся водород, бензол, парафин, сера, полиэтилен и др.

Полярные (дипольные) диэлектрики — это органические жидкие, полужидкие и твердые вещества, имеющие одновременно дипольно-релаксационную и электронную поляризации. К ним относятся нитробензол, кремнийорганические соединения, фенолформальдегидные смолы, эпоксидные компаунды, хлорированные углеводороды, капрон и др.

Эквивалентная схема и частотная зависимость составляющих комплексной диэлектрической проницаемости

Эквивалентная схема (а) и частотная зависимость составляющих комплексной диэлектрической проницаемости (б) диэлектриков сложного состава с различными механизмами поляризации. 

 

Упрощенная схема моделей атомов водорода

Упрощенная схема моделей атомов водорода

 

Кривые температурной зависимости диэлектрической проницаемости

Кривые температурной зависимости диэлектрической проницаемости при электронной eэ, дипольно-релаксационной eдр и ионно-релаксационной eир поляризациях

 

Идеализированная схема расположения ионов каменной соли

Идеализированная схема расположения ионов каменной соли: а—в узлах решетки в отсутствие электрического поля, б — смещенные из узлов на небольшие расстояния при воздействии поля.

 

Зависимости заряда конденсатора от напряжения

Зависимости заряда конденсатора от напряжения для линейных диэлектриков (а) и для сегнетоэлектриков (б) (по осям абсцисс отложены U и Е=U/h, по осям ординат Q, D=Q/S и e)

 

Диэлектрическая проницаемость глицерина при различных частотах и температурах

Диэлектрическая проницаемость глицерина при различных частотах и температурах

 

значения диэлектрической проницаемости некоторых неполярных твердых диэлектриков (при Т=20°С).

Материал

n

n2

e

Материал

n

n2

e

Парафин

1.43

2.06

1.9-2.2

Сера

1.92

3.69

3.6-4.0

полистирол

1.55

2.40

2.4-2.6

алмаз

2.40

5.76

5.6-5.8

 

диэлектрическая проницаемость и ее температурный коэффициент для некоторых ионных кристаллов (при Т=20°С).

кристалл

e

ae×106, К-1

кристалл

e

ae×106, К-1

Каменная соль (NaCl)

6

+150

Рутил (TiO2)

110

-750

Корунд (Al2O3)

10

+100

Титанат кальция (CaTiO3)

150

-1500

 

Зависимости емкости и плотности тока

Зависимости емкости и плотности тока от времени в конденсаторе с диэлектриком, обладающим различными механизмами поляризации и сквозной электропроводностью (электрическое поле прикладывается мгновенно и в дальнейшем с течением времени не изменяется); SСр — емкость, обусловленная замедленными (релаксационными) поляризации; Смгн — емкость от мгновенных механизмов поляризации

 

Эскиз размещения электродов

Эскиз размещения электродов (1) на поверхности образца из электроизоляционного материала (2) при измерении rs

 

Зависимость тока от напряжения для газа

Зависимость тока от напряжения для газа

 

Параллельная и последовательная эквивалентные схемы диэлектрика с потерями и векторные диаграммы для них

Параллельная (а) и последовательная (б) эквивалентные схемы диэлектрика с потерями и векторные диаграммы для них

 

Частотные и температурные зависимости потерь на электропроводность

Частотные (а) и температурные (б) зависимости потерь на электропроводность

 

Особенности релаксационных потерь в диэлектриках

Особенности релаксационных потерь в диэлектриках

 

Изменение tgd в зависимости от напряжения для твердой изоляции с газовыми включениями

Изменение tgd в зависимости от напряжения для твердой изоляции с газовыми включениями

 

Частотная и температурная зависимости тангенса угла диэлектрических потерь для неорганического стекла

Частотная и температурная зависимости тангенса угла диэлектрических потерь для неорганического стекла: 1 — потери на электропроводность; 2 — релаксационные потерн; 3 — суммарные потери

 

Вольтамперная характеристика электрической изоляции

Вольтамперная характеристика электрической изоляции

 

Зависимость пробивного напряжения

Зависимость пробивного напряжения от произведения давления газа р на межэлектродное расстояние h для воздуха и водорода. 

 

Пробой воздуха на переменном токе

Пробой воздуха на переменном токе: а – отношение пробивного напряжения воздуха при заданной частоте к пробивному напряжению на постоянном токе; б – диаграмма, поясняющая особенности ионизации газа в переменном поле. 

 

Пробой воздуха в неоднородном поле

Зависимости пробивного напряжения воздуха от расстояния между электродами в неоднородном поле (а) и модель объемного заряда в разрядном промежутке при положительной (б) и отрицательной (в) полярности на игле

 

к расчету пробивного напряжения при тепловом пробое

Пояснение к расчету пробивного напряжения при тепловом пробое

 

 

 

Материалы, представленные в данном разделе, предназначены для учебных целей. Любое их использование в коммерческих целях не приветствуется.

администратор раздела