1. Физические свойства диэлектриков [ редактировать | редактировать код ]
2. Исторически сложилось редактировать | редактировать код ]
3. Векторная поляризация [ редактировать | редактировать код ]
4. Вектор электрической индукции [ редактировать | редактировать код ]
5. В электростатике редактировать | редактировать код ]
6. В переменном электрическом поле редактировать | редактировать код ]
7. Диэлектрическая дисперсия [ редактировать | редактировать код ]
8. Диэлектрические потери [ редактировать | редактировать код ]
9. Общий случай [ редактировать | редактировать код ]
10. Токопроводимость в диэлектриках [ редактировать | редактировать код ]
11. Феноменальные явления [ редактировать | редактировать код ]
12. Из-за типа поляризации [ редактировать | редактировать код ]
13. Полярные диэлектрики [ редактировать | редактировать код ]
14. Диэлектрики со специальными свойствами [ редактировать | редактировать код ]
15. Пьезоэлектрики редактировать | редактировать код ]
16. Пироэлектрика редактировать | редактировать код ]
17. Сегнетоэлектрики редактировать | редактировать код ]
18. Электреты [ редактировать | редактировать код ]
19. Нелинейные свойства [ редактировать | редактировать код ]
20. Отдел [ редактировать | редактировать код ]
21. Основные технические параметры [ редактировать | редактировать код ]
22. Сопротивление проколу [ редактировать | редактировать код ]
23. Правильное руководство [ редактировать | редактировать код ]
24. Диэлектрическая проницаемость [ редактировать | редактировать код ]
25. Коэффициент потерь [ редактировать | редактировать код ]

открытый дизайн википедии.

Диэлектрик , электроизолятор - ткань в котором он плохо ведет электрический ток , Это может быть результатом низкого концентрация свободные грузы низкий мобильность или оба.

Проводимость материалов непрерывно изменяется, и нет общепринятого предела значения проводимости, ниже которого все материалы были бы диэлектриками. Техника часто предполагает, что удельное сопротивление диэлектрик превышает 107 Ом · м (для хороших проводников, например металлов, он составляет 10–8–10–6 Ом · м) [1] ,

Также используются различные определения изоляторов, основанные на свойствах и микроскопической проводимости. Например, вы указываете вещество, для которого:

• энергетическая щель между валентной зоной и проводимостью ( зонная теория проводимости ) больше значения, рассматриваемого как ограничение (обычно 3 эВ); такое определение имеет смысл только для изотропный кристаллические материалы,
• проводимость растет с температура в отличие от металл в котором проводимость уменьшается с ростом температуры.
• есть феномен диэлектрическая поляризация ; некоторые авторы принимают это как решающий критерий и рассматривают диэлектрические материалы даже как проводящие материалы [2] ,

Термин «диэлектрик» от слова «диаэлектрический» был создан английским философом и ученым Уильям Уэвелл по запросу Майкл Фарадей ,

• В 1729 году Стивен Грей он обнаружил, что некоторые материалы проводят электричество, а другие нет [3] ,
• В 1739 году он продолжил эксперименты Грея Жан Теофил Дезагюльер он предложил названия "изолятор" и "руководство" [4] ,
• В конце 1745 года изобрел Эвальд Юрген Георг фон Клейст из Камень Поморский конденсатор с диэлектриком, называемым лейденская бутылка [5] ,
• В 1837 году Майкл Фарадей измеряли влияние различных диэлектриков на емкость конденсатора. Это были первые количественные исследования эффектов, вызванных диэлектрической поляризацией.

Физические свойства диэлектриков [ редактировать | редактировать код ]

Диэлектрик в электрическом поле [ редактировать | редактировать код ]

Основным явлением, определяющим диэлектрические свойства, является диэлектрическая поляризация. Он заключается в том, что под воздействием электрического поля, в результате смещения отрицательных зарядов относительно положительных, материал электрические диполи или существующие диполи ориентированы в соответствии с полем.

В результате поляризации в диэлектрике создается внутреннее электрическое поле, которое частично уравновешивает приложенное внешнее поле. Диэлектрические тела становятся макроскопическими из-за поляризации электрический дипольный момент , что заставляет их притягиваться электрическими зарядами [А] ,

Исторически сложилось редактировать | редактировать код ]

Фарадей обнаружил, что диэлектрик был полностью помещен в конденсатор увеличивает его емкость, и этот эффект зависит от типа диэлектрика и может быть описан фактором

εr = C d i e e ct e p c pupy. {\ displaystyle \ varepsilon _ {r} = {\ frac {C_ {диэлектрик}} {C_ {empty}}}.}

Характеризуя тип диэлектрика, εr первоначально назывался диэлектрической постоянной , но, поскольку он зависит от многих внешних факторов (например, температуры и давления) и от частоты, название не используется и теперь называется относительная диэлектрическая проницаемость (или электрический). Фарадей также ввел понятие диэлектрической поляризации [6] ,

Векторная поляризация [ редактировать | редактировать код ]

Диэлектрическая поляризация описывается вектором полярности P, {\ displaystyle P,} связано с напряженностью электрического поля по уравнению

E → = E 0 → ε r = E → 0 - 1 ε 0 P →, {\ displaystyle {\ vec {E}} = {\ frac {\ vec {E_ {0}}} {\ varepsilon _ {r} }} = {\ vec {E}} _ {0} - {\ frac {1} {\ varepsilon}} _ {0} {\ vec {P}},}

где:

E → {\ displaystyle {\ vec {E}}} - результирующее электрическое поле в диэлектрике, E → 0 {\ displaystyle {\ vec {E}} _ {0}} - внешнее электрическое поле, приложенное к диэлектрику, ε 0 {\ displaystyle \ varepsilon _ {0}} - Электрическая вакуумная проницаемость , ε r {\ displaystyle \ varepsilon _ {r}} - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрик.

Вектор электрической индукции [ редактировать | редактировать код ]

По историческим причинам внешнее поле иногда описывается с помощью вектор электрической индукции [B] ,

D → = ε 0 E → 0, {\ displaystyle {\ vec {D}} = \ varepsilon _ {0} {\ vec {E}} _ {0},}

тогда связь между внешним и внутренним полем может быть описана

D → = ε r ε 0 E →. {\ displaystyle {\ vec {D}} = \ varepsilon _ {r} \ varepsilon _ {0} {\ vec {E}}.}

Приведенное выше уравнение, содержащее вектор D → {\ displaystyle {\ vec {D}}} они не всегда верны и приводят к ошибкам, на самом деле они упоминаются только по причинам исторических настроений [7] [8] ,

В электростатике редактировать | редактировать код ]

В фиксированном электрическом поле в однородном изотропном диэлектрике вектор поляризации пропорционален напряженности электрического поля и имеет то же направление:

P → = ε 0 χ E → {\ displaystyle {\ vec {P}} = \ varepsilon _ {0} \ chi {\ vec {E}}}

Указание поляризационных свойств материала współczynnik {\ displaystyle \ chi} коэффициент пропорциональности это называется диэлектрическое соответствие (или электрический) диэлектрик.

то

E → = E → 0 - χ E →, {\ displaystyle {\ vec {E}} = {\ vec {E}} _ {0} - \ chi {\ vec {E}},}

и восприимчивость и диэлектрическая проницаемость связаны

χ = ε r - 1. {\ displaystyle \ chi = \ varepsilon _ {r} -1.}

В переменном электрическом поле редактировать | редактировать код ]

В переменном электрическом поле поляризация не поспевает за изменениями электрического поля, так что вектор поляризации, выраженный как периодическая функция, сдвинут по фазе относительно вектора напряженности электрического поля. Диэлектрическая совместимость, которая их связывает, может быть выражена как комплекс частотная функция.

Диэлектрическая дисперсия [ редактировать | редактировать код ]

Зависимость восприимчивости (и проницаемости) от частоты электрического поля называется диэлектрической дисперсией. Это влечет за собой зависимость от частоты диэлектрических свойств, в том числе это показатель преломления что является причиной явления деление света ,

Диэлектрические потери [ редактировать | редактировать код ]

Поляризационные механизмы вызывают диссипацию энергии переменного электрического поля. Это явление называется диэлектрическими потерями. Он неразрывно связан с диэлектрической поляризацией, он происходит даже в идеальном, совершенно непроводящем диэлектрическом токе.

Общий случай [ редактировать | редактировать код ]

В случае анизотропного диэлектрика направление вектора поляризации не обязательно должно быть в направлении поля. Вектор связывания смещения с напряженностью поля тогда является диэлектрическим тензор второй порядок.

Если значение вектора поляризации не пропорционально напряженности электрического поля, а изменяется нелинейно, мы имеем дело с различными нелинейными явлениями - например, Эффект Поккельса и Эффект Керра ,

Токопроводимость в диэлектриках [ редактировать | редактировать код ]

На практике нет идеальных диэлектриков, реальные характеризуются конечными сопротивления , Механизм проведения электрического тока через диэлектрики может быть сложным, часто мы имеем дело с одновременным появлением различных типов носителей тока (например, электронов и ионов или ионов различных типов). Удельное сопротивление диэлектриков обычно очень нелинейно. С увеличением напряженности электрического поля часто достигается насыщение, и текущий ток достигает практически постоянного размера, независимо от приложенного поля. [9] ,

В результате диэлектрического эффекта, вызванного конечным сопротивлением протекания тока, аналогичного диэлектрическим потерям, возникают потери энергии переменного электрического поля. Результат например потери мощности при передаче электроэнергии по линиям высокое напряжение где диэлектрик в основном воздух ,

Феноменальные явления [ редактировать | редактировать код ]

Выше определенного значения напряженности электрического поля в диэлектрике происходит быстрое увеличение протекающего тока. Это явление называется утечкой электроэнергии и может привести к необратимому повреждению материала. Критическая величина электрического поля зависит от типа диэлектрика, его формы, структуры и внешних условий (влажность, температура). У диэлектриков возникают эффекты старения, приводящие к снижению сопротивления проколу при длительном нахождении в электрическом поле. Основные механизмы пробоя диэлектрика [10] :

• электронная прокол, когда напряженность электрического поля настолько велика, что рассредоточенный в нем электрон получает достаточно энергии, чтобы передать другие электроны в зону проводимости посредством столкновений; процесс протекает быстро, и в материале образуется поток электронов с высокой энергией;
• тепловой пробой - происходит, когда тепловыделение в материале превышает возможность отвода тепла в окружающую среду;
• электролитическое разрушение - происходит в результате электрохимических процессов (например, электролиза), происходящих в материале.

Из-за типа поляризации [ редактировать | редактировать код ]

Неполярные диэлектрики [ редактировать | редактировать код ]

Молекулы неполярного диэлектрика в отсутствие электрического поля не являются диполями. Однако под воздействием приложенного электрического поля положительные и отрицательные заряды смещаются и, как следствие, индуцируется дипольным моментом. Такие диэлектрические механизмы поляризации называются индуцированной поляризацией.

Полярные диэлектрики [ редактировать | редактировать код ]

В полярных диэлектриках молекулы диэлектрика являются диполями даже в отсутствие внешнего электрического поля. Приложение поля вызывает частичную ориентацию частиц вдоль линии его сил. Такой механизм диэлектрической поляризации называется ориентационной поляризацией. Характерной особенностью такой поляризации является сильная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры.

Диэлектрики со специальными свойствами [ редактировать | редактировать код ]

Некоторые диэлектрики, из-за сложной зависимости поляризации от приложенного поля и других параметров системы, имеют многочисленные физические эффекты, которые могут быть использованы различными способами.

Пьезоэлектрики редактировать | редактировать код ]

Пьезоэлектричество характеризуется тем, что поляризация происходит при упругих деформациях под воздействием приложенных напряжений (пьезоэлектрический эффект). Они имеют кристаллическую структуру, элементарная ячейка которой не имеет центра симметрии. Обратный пьезоэффект заключается в деформации кристалла, помещенного в электрическое поле [11] ,

при Закон Гука Пьезоэлектрический эффект можно объяснить деформацией среды. Поэтому возможно использовать пьезоэлектрический преобразователь для измерения напряжений или небольших смещений. Если вы прикрепите известную массу к передатчику, вы можете использовать ее для измерения ускорения. Вы также можете применять небольшие пьезоэлектрические эффекты, применяя поле к диэлектрику. Это основа, например, микроскопии тесных взаимодействий. Хотя смещения невелики, полученные силы значительны. Это позволяет перестраивать даже тяжелые оптические элементы с высокой точностью. Классическим применением пьезоэлектриков являются электроакустические преобразователи.

Пироэлектрика редактировать | редактировать код ]

Если элементарная ячейка кристалла не имеет центра симметрии и имеет только одну ось симметрии (полярную ось), то материал проявляет спонтанную поляризацию и пироэлектрический эффект, который основан на поляризации вследствие изменения температуры кристалла [12] ,

Пироэлектрические материалы используются для дальней инфракрасной визуализации ( термографии ) и используется в пассивные датчики движения ,

Сегнетоэлектрики редактировать | редактировать код ]

Сегнетоэлектрики представляют собой подгруппу пироэлектриков, в которой спонтанная поляризация может быть изменена посредством внешнего электрического поля. Они характеризуются поляризационным гистерезисом и очень высокой и нелинейной диэлектрической проницаемостью. Это сильно зависит от температуры и достигает максимума при температуре, называемой Температура Кюри [13] ,

Сегнетоэлектрики широко используются в электронике, обычно используются конденсаторы с керамическими сегнетоэлектриками.

Электреты [ редактировать | редактировать код ]

Диэлектрики, которые сохраняются на постоянной основе дипольная поляризация или состояние электрического заряда. Электреты производят снаружи электрическое поле и в этом смысле они являются электростатическими аналогами постоянного магнита.

Нелинейные свойства [ редактировать | редактировать код ]

Существуют также различные нелинейные эффекты в диэлектриках, которые применимы в лазерная спектроскопия например, для получения излучения на других длинах волн или для расширения спектра.

Нелинейное явление также электрооптический эффект с участием вхождения двойное лучепреломление вынужденное электрическое поле. Это приводит к вращению плоскости поляризации, проходящей через центр света, угол поворота зависит от применяемого поля. Такой диэлектрик в сочетании с поляризатором можно использовать для модуляции пучка с высокой скоростью. Если вместо поляризатора вводится поляризационная световая панель, направление луча можно контролировать с помощью электрического поля. Это используется, например, в оптические усилители для фемтосекундные лазеры ,

Показан нелинейный поляризационный отклик на приложенное внешнее электрическое поле paraelektryki и антисегнетоэлектричества ,

Отдел [ редактировать | редактировать код ]

Отдел электроизоляционных материалов, применяемых в технике, по данным Международной электротехнической комиссии (МЭК) [14] :

• газов
  • благородные газы
  • не благородные воздушные компоненты
  • газы, отсутствующие в воздухе (например, гексафторид серы )
• жидкие диэлектрики
• электроизоляционные материалы твердые органические
  • плавкий (например, парафин , церезин , карнаубский воск, канифоль , шеллак , битумы )
  • высокомодульные теплоизоляционные диэлектрики (например, целлюлоза , бумага , дерево , Ацетат целлюлозы )
  • эластомеры (Например. резина естественно, резина естественно, эбонит стирол-бутадиеновые эластомеры)
  • термопласты (Например. полиэтилен , полипропилен , полистирол , поликарбонаты и другие полиэфиры , поливинилхлорид , тефлон (политетрафторэтилен) и т. д.)
  • реактопластов (Например. бакелит и другие фенолформальдегидные смолы , эпоксидные смолы закаленный силиконовые смолы )
• изоляционные твердые неорганические материалы
• постоянные диэлектрики со специальной поляризацией
  • сегнетоэлектрики
  • электретов
  • пьезоэлектрические
  • пироэлектричества

Основные технические параметры [ редактировать | редактировать код ]

В зависимости от физического состояния и области применения могут иметь значение различные диэлектрические параметры. Наиболее важными из них являются:

Сопротивление проколу [ редактировать | редактировать код ]

Сопротивление проколу ( электрическая прочность (диэлектрическая прочность) - это величина напряженности электрического поля, при которой может произойти электрический пробой диэлектрика. В готовых элементах, сборочных узлах и устройствах указывается напряжение пробоя или испытательное напряжение.

Правильное руководство [ редактировать | редактировать код ]

В элементах (например, конденсаторах), компонентах и ​​устройствах определяются ток утечки, сопротивление или другие связанные величины. В конденсаторах это часто постоянная времени автоматического разряда (произведение емкости и сопротивления).

Диэлектрическая проницаемость [ редактировать | редактировать код ]

Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты, но, поскольку диэлектрики используются в электронике и электротехнике в диапазоне частот, в котором его изменения невелики, обычно дается статическая диэлектрическая проницаемость. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры также значительна (в конденсаторах приведен температурный коэффициент изменения емкости).

Коэффициент потерь [ редактировать | редактировать код ]

Коэффициент потерь, используемый в технике, включает в себя все возможные механизмы потерь: диэлектрик, проводимость и резонансное поглощение. [С] , Поскольку сильно зависит от частоты, он часто дается в виде графика или для нескольких частот.

1. ↑ Привлечение к увеличению напряженности электрического поля.
2. ↑ Это название очень вводит в заблуждение, и сама электрическая индукция не всегда имеет прямой физический смысл. Перселл 1971 ↓ , с. 385-386.
3. ↑ Хотя он также содержит потери по другим причинам, его часто называют коэффициентом диэлектрических потерь.

1. ↑ Антоневич 1971 ↓ , стр. 1.
2. ↑ фон Гиппель 1963 ↓ ,
3. ↑ Врублевский 2006 ↓ с. 249-250.
4. ↑ Врублевский 2006 ↓ , стр. 251.
5. ↑ Врублевский 2006 ↓ С. 254-255.
6. ↑ Врублевский 2006 ↓ , стр. 308.
7. ↑ Фейнман, Лейтон и Сэндс 1970 ↓ С. 178-179.
8. ↑ Фейнман, Лейтон и Сэндс 1974 ↓ , стр. 210-212.
9. ↑ Антоневич 1971 ↓ , с. 8-10.
10. ↑ Пампух, Блажевич и Гурны 1993 ↓ С. 83-89.
11. ↑ Пампух, Блажевич и Гурны 1993 ↓ , стр. 43.
12. ↑ Хильцер и Малецки 1992 ↓ , стр. 305.
13. ↑ Краевский и соавт. 1970 ↓ , стр. 123.
14. ↑ Антоневич 1971 ↓ , с. 2-5.

• Ежи Антоневич: Свойства диэлектриков . Варшава: Научно-технические издательства 1971.
• Ричард Филлипс Фейнман Роберт Б. Лейтон, Мэтью Сэндс: Фейнманские лекции по физике , Т. II. Том 1. Варшава: Государственное научное издательство 1970
• Ричард Филлипс Фейнман Роберт Б. Лейтон, Мэтью Сэндс: Фейнманские лекции по физике , Т. II. Том 2. Варшава: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1974.
• Божена Хильцер, Ежи Малецки: Электреты и пьезополимеры . Варшава: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1992. ISBN 83-01-10612-3 ,
• Артур Р. фон Хиппель: Диэлектрики и волны . Варшава: PWN, 1963.
• Теодор Краевский и др.: Физические проблемы диэлектриков . Варшава: Коммуникация и коммуникация издательства 1970
• Роман Пампуч , Станислав Блавьевич, Габриэла Гурны. Керамические материалы для электроники . , 1993. Краков: издательство AGH. ISSN 0239-6114 ,
• Эдвард Миллс Перселл Электричество и магнетизм . Варшава: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1971.
• Анджей Кайетан Врублевски : История физики. С древнейших времен до наших дней . Варшава: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006. ISBN 83-01-14635-4 ,

Похожие

Комментарии