ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности газообразного, жидкого и твердого состояФизика диэлектриков из "Электротехнические материалы " До недавнего времени электротехнические материалы 100 их назначению разбивали на три группы проводниковые, магнитные и электроизоляционные — диэлектрики. Сейчас такое деление уже яедостаточно надо отметить и четвертую группу — полупроводники. Проводниковые материалы отличаются большой удельной проводимостью и использ -ются в электротехничеоких устройствах в качестве путей прохождения электрического тока всевозможные обмотки в машинах, аппаратах и приборах, контактные узлы, провода и кабели для передачи и распределения электрической энергии, в том числе и в линиях связи. К ним относятся чистые металлы (главным образом медь и алюминий) и различные металлические сплавы, а также многие жидкости, так называемые электролиты (здесь не рассматриваются). [c.9] Электроизоляцио нные материалы отличаются очень малой удельной проводимостью. Количественно разница между проводимостью диэлектриков и проводников столь велика, что она обусловливает и качественную разницу между ними в диэлектриках преобладают не электродинамические явления, характеризующиеся направленным движением огромного числа свободных зарядов (электронов нли ионов), а электростатические, характеризующиеся созданием и закономерностями электрического поля. Вследствие того, что реальные диэлектрики имеют удельную проводимость, не равную нулю, в них наряду с электростатическими явлениями всегда наблюдаются и электродинамические, в нормальных условиях работы выраженные очень слабо. Диэлектрики служат в любом электрическом устройстве для изоляции друг от друга различных токопроводящих деталей, находящихся под разными потенциалами, или для создания электрической емкости в конденсаторах. [c.10] Технические диэлектрики бывают газообразные, жидкие и твердые. В качестве газообразных диэлектриков используют воздух, азот и некоторые другие газы. Жидкие диэлектрики бывают естественные и искусственные. К числу первых относятся широко применяемые минеральные (нефтяные) электроизоляционные масла. [c.10] Это дает возможность получать большое разнообразие кремнийорганических материалов жидкости, смолы, каучуки. [c.12] Среди твердых диэлектриков имеются и аморфные, и кристаллические материалы. [c.12] Полупроводники занимают по величине удельной проводимости промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Особенности свойств полупроводников позволяют широко использовать их в различных отраслях электротехники в технике связи, в широком диапазоне частот, в различных устройствах радиоэлектроники и в технике сильного тока. Их применяютв выпрямителях, в усилителях, в фотоэлементах, в качестве специальных источников тока и т. п. Наряду со сравнительно давно известными полупроводниками, такими как селен, окислы, сульфиды, различные соединения химических эле ментов и изделия из электротехнического угля, в последние годы стали широко применять в качестве полупроводников Германий и кремний. В полупроводниковой технике эти материалы занимают очень важное место и безусловно сыграют в будущем большую роль в развитии многих отраслей электротехники. [c.12] Если значения энергии занятой зоны и зоны проводимости перекрываются, то при незначительном возбуждении электроны будут переходить из занятой зоны в зону проводимости — материал будет обладать большой электропроводностью. Это будет проводник. Сказанное схематически представлено на рис. 1-1. [c.13] Т — абсолютная температура, °К т —масса молекулы газа, г. [c.15] В своем непрерывном тепловом движении молекулы сталкиваются друг с другом. Среднее расстояние, пробегаемое молекулами до столкновения с соседними, называется средней длиной свободного пробега его величина находится 1в зависимости от плотности газа. [c.15] При давлении, равном 1 ат, температуре 273° К в 1 см любого газа будет находиться 2,687-10 молекул. Средняя длина свободного пробега составляет при этом для газа около 10 см, а скорость теплового движения — несколько сот метров в секунду. [c.15] Жидкое состояние характеризуется резким увеличением плотности тела оо сравнению с газообразным состоянием. Подвижность молекул жидкости хотя и меньше, чем подвижность молекул газов, но еще достаточно велика, чем определяется текучесть жидкостей. [c.15] Представление о пуазе можно получить из следующего факта при 20° С вязкость воды рав 1а (приблизительно) 0,01 пз. Размерность пуаза в системе единиц СГС г/сж сек. В системе МКС 1 пз = 0,1 н-сек1м . [c.16] Ш — энергия активации, необходимая для перехода молекулы из одного положения в другое, соседнее. [c.16] Тела в твердом состоянии отличаются еще большей плотностью, чем в жидком. Тепловое движение молекул твердого тела отличается тем, что в нем, как правило, отсутствует прямолинейное зигзагообразное движение, как в газах и жидкостях, а происходят колебательные движения около положений равновесия, примерно с той же частотой, что и в жидкости. В твердом теле отдельные его частицы (атомы, молекулы, ионы) занимают определенные положения в пространстве, чего нельзя сказать о жидкостях и газах. В силу этого вязкость и время релаксации твердых тел очень велики (велика энергия активации). [c.16] По структуре твердые тела можно разделить на три группы аморфные, кристаллические и смешанные. Аморфные тела отличаются неупорядоченным расположением атомов и молекул можно сказать, что они. .вляются как бы переохлажденными жидкостями. Примерами аморфных тел являются многие стекла и смолы. [c.17] Смешанными твердыми телами являются многие керамические материалы, имеющие в своем составе кристаллическую и стекловидную фазы. Кристаллическую структуру могут иметь не только неорганические соединения. Сейчас известен ряд синтетических органических смол с кристаллической структурой. Кристаллическую структуру имеет парафин. Одно и то же тело может иметь и кристаллическую и аморфную структуру. Если расплавить кристаллы кварца и достаточно быстро охладить этот расплав, то мы получим аморфное кварцевое стекло, так как в процессе охлаждения не успевает произойти кристаллизация. [c.17] На рис. 1-3 дана типичная кривая зависимости вязкости аморфного вещества от температуры. При температуре Тх вязкость становится настолько малой, что ее можно принять за температуру нлавления. Ниже температуры Тд вещество находится в твердом состоянии. Интересно, что при температуре Tg вязкость всех аморфных веществ оказывается практически одинаковой, порядка пз. Вследствие такой большой вязкости охлаждение вещества ниже температуры не может вызвать его кристаллизации наблюдается устойчивое аморфное состояние. [c.18] Упорядоченное расположение частиц (в виде решетки) определяет анизотропию кристаллов их свойства не во всех направлениях одинаковы. Это относится к прочностным свойствам к электрическим характеристикам (например, удельной проводимости) и др. [c.18] Вернуться к основной статье