ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Дипольная поляризация и диэлектрические потери из "Электротехнические материалы " Е—-напряженность электрического поля. [c.24] Диэлектрическая проницаемость определяет емкостные свойства диэлектрика. [c.25] Поляризованность для электронной поляризации в большой степени зависит от плотности тела. [c.25] В жидких и твердых телах интенсивность электронной поляризации значительно выше. Так, например, в жидком диэлектрике — трансформаторном масле, являющемся продуктом переработки нефти, диэлектрическая проницаемость достигает порядка 2,2. [c.25] ТКе воздуха имеет значение около — 2-10 , для жидкого диэлектрика с электронной поляризацией (бензола) около — 0,9 10 . [c.26] Следовательно, электронная поляризация создает в длалектрнке только реактивный гок, соответствующий вектору 1с на рнс. 2-2. [c.27] Кроме электронно поляризации, не связанной с появлением активного тока, в некоторых твердых диэлектриках может быть и другой вид поляризации — ионная, также не вызывающая появления активного тока. Наиболее характерна ионная поляризация ионных кристаллов. Сущность ее заключается в смещении ионов электрическим полем положительных — в сторону отрицательного электрода, отрицательных — в сторону положительного. Эго смещение происходит на незначительные расстояния от полол ения равновесия при отсутствии электрического поля и носит упругий характер, чем и объясняется тот факт, что ионная поляризация создает чисто реактивный ток, добавочный к току электронной поляризации. Следовательно, ионная поляризация, накладывающаяся на электронную, приводит к увеличению емкостного тока в диэлектрике, а значит — к увеличению емкости, к увеличению диэлектрической проницаемости. В ионных кристаллах с рыхлой структурой, с так называемой неплотной упаковкой частиц, когда расстояния между ионами в узлах кристаллической решетки велики по сравнению с радиусами самих ионов, смещение последних мо1кет быть довольно велико. При этом возникают значительные суммарные электрические моменты в единице объема, наблюдается значительное возрастание емкости. Следовательно, такой диэлектрик будет иметь диэлектрическую проницаемость, намного превосходящую ее значение, обусловленное одной электронной поляризацией. Проф. Г. И. Сканави, изучая явление ионной поляризации, обнаружил у минерала перовскита диэлектрическую проницаемость, равную 160. Позднее им же были получены керамические материалы, у которых вследствие интенсивной поляризации ионного смешения диэлектрическая проницаемость имеет еще большие значения. Такие материалы представляют большой интерес для практики, так как дают возможность получать конденсаторы с большой удельной емкостью, т. е, с большой емкостью в единице объема. [c.27] В большинстве случаев при интенсивной ионной поляризации диэлектрики имеют положительный температурный коэффициент диэлектрической проницаемости. Эта закономерность объясняется тем, что при повышении температуры ослабляются упругие силы связи между ионами в узлах кристаллической решетки и усиливается тепловое движение, что облегчает смещение ионов в электрическом поле. Повышение температуры приводит за счет теплового расширения к ослаблению ионной поляризации, однако этот эффект оказывается в большинстве случаев слабее указанного выше эффекта увеличения диэлектрической проницаемости. [c.28] На процессы поляризации большое влияние оказывает структура молекул. Во многих диэлектриках в различном агрегатном состоянии — и в газообразных, и в жидких, и в твердых—молекулы обладают электрическим дипольным моментом при отсутствии внешнего электрического поля. У таких молекул центры положительных и отрицательных зарядов смещены друг относительно друга на некоторое расстояние, они представляют собой диполи, аналогичные диполю, показанному на рис. 2-3. Дипольные, или, как их еще называют, полярные молекулы поляризованы без воздействия электрического поля — самопроизвольно, спонтанно. Причиной такой самопроизвольной поляризации является несимметричная структура молекул. Ниже приведены примеры, поясняющие понятия симметричности структуры молекул. [c.28] Количество п атомов углерода в молекуле может быть различно. В. зависимости ог этого углеводород может быть газообразным, жидким ил1 твердым. Прн п = 22—28 имеем твердое тело—парафин. Прн меньших значениях — жидкость — нефтяное (трансформаторное) масло. Эти диэлектрики неполярные — их молекулы не имеют дипольных моментов. Искусственный жидкий диэлектрик совол С12Н5С15 является типичным полярным диэлектриком. Он представляет собой хлорированный дифенил С 2Ню замещение атомов водорода атомами хлора нарушает симметричную структуру молекулы. [c.29] В диэлектриках с малой плотностью и сравнительно небольшими размерами молекул (газы, жидкости) в электрическом поле происходит непосредственно поворот самих молекул. В твердых диэлектриках поворот молекул обычно невозможен, но входящие в их структуру отдельные дипольные группы атомов могут ориентироваться полем без нарушения их связи с молекулами, без отрыва от них. При этом будут наблюдаться все закономерности дипольной поляризации. [c.30] Важнейшими из этих особенностей являются зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и от частоты. Повышение температуры действует на ди-польпую поляризацию двояко за счет ослабления меж-молекулярных связей ориентация диполей должна облегчаться, а за счет усиления теплового движения — ослабляться, так как сильное тепловое хаотическое движение будет мешать упорядочению расположения молекул. При достаточно низких температурах за счет усиления межмолекулярных связей и резко пониженной подвижности молекул дипольная поляризация проявляется очень слабо и диэлектрическая проницаемость диэлектрика оказывается небольшой. При достаточно высокой температуре за счет большого усиления теплового движения, затрудняющего ориентацию диполей электрическим полем, дипольная поляризация также будет ослаблена. При оптимальном значении температуры дипольная поляризация 1выражена наиболее сильно, и величина диэлектрической проницаемости достигает максимума. Сказанное иллюстрируется рис. 2-4, на котором показана зависимость диэлектрической проницаемости совола от температуры при разных частотах. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости при разных температурах имеет разные числовые значения и даже разные знаки. [c.31] На рис. 2-5 показана зависимость диэлектрической проницаемости полярной жидкости от частоты при комнатной температуре. [c.32] До некоторой частоты /о диэлектрическая проницаемость остается почти постоянной, а при частоте /о начинается снижение, причем диэлектрическая проницаемость стремится к постоянному значению (еоо) при достаточно высокой частоте. При частотах, меньших /о, величина диэлектрической проницаемости приближается к значению ео, получаемому при постоянном напряжении. При таких частотах дипольные молекулы успевают ориентироваться при сменах полярности электродов. При достаточно большой частоте молекулы, отличающиеся сравнительно большой массой, не будут полностью следовать за изменениями направления поля, ориентация их ослабеет. Однако практически дипольная поляризация наблюдается и в области высоких частот. [c.32] Следует отметить, что условное принятие молекулы за сферу в ряде случаев приводит к большим погрешностям, так как молекулы могут значительно отличаться от сферы. [c.33] В соответствии со сказанным о дипольной поляризации tgo полярных диэлектриков зависит от частоты. На рис- 2-8 показаны графики зависимости tgo и мошности диэлектрических потерь от частоты для полярного жидкого диэлектрика при постоянной температуре. Частотный максимум tgo может быть объяснен следующим образом. При малых частотах количество поворотов диполей за единицу времени невелико, следовательно, рассеивается сравнительно немного энергии. При достаточно высокой частоте tgo начинает падать с ростом частоты вследствие ослабления ориентации молекул, не успевающих следовать за изменением направления поля. [c.35] График зависимости диэлектрических потерь от частоты выражается довольно сложной кривой, сущность которой сводится к тому, что при высоких частотах диэлектрические потери у полярных диэлектриков всегда больше, чем при низких частотах. В этом заключаются принципиальные трудности, имеющие место при решении ряда вопросов электрической изоляции при высоких частотах. [c.36] Закономерности, отмеченные выше для диэлектрических потерь в полярных жидкостях, в основном соответствуют и закономерностям в твердых полярных диэлектриках. В органических твердых диэлектриках диэлектрические потери, связанные с дипольной поляризацией, изучены более полно, чем в неорганических, в частности в кристаллических, имеющих в узлах решетки полярные молекулы или полярные группы атомов. [c.36] Вернуться к основной статье