Проводники и диэлектрики в электрическом поле

ПРОВОДНИКИ и ДИЭЛЕКТРИКИ в ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ [c.209]

ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ [c.229]

Каков механизм появления поверхностных зарядов Этот вопрос мы детально обсудим ниже, а сейчас введем некоторые макроскопические параметры, характеризуюш,ие Проводник поляризацию диэлектрика в электрическом поле. [c.276]

Полупроводниками называют вещества, удельное сопротивление которых при нормальной температуре находится между значениями удельных сопротивлений проводников и диэлектриков (в диапазоне от до 10 °...10 Омом). Основным свойством полупроводника является зависимость его электропроводности от воздействия температуры, электрического поля, излучения и других факторов. Полупроводники в отличие от проводников имеют отрицательный коэффициент температурного удельного сопротивления, электропроводность полупроводников с увеличением температуры растет экспоненциально. [c.334]

Диэлектриками называются вещества, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле. Электроизоляционными материалами называют диэлектрические материалы, предназначенные для создания электрической изоляции токоведущих частей электротехнических установок. Изолятором называется изделие из электроизоляционного материала, задачами которого являются крепление и изоляция друг от друга проводников, находящихся под различными потенциалами пример — изоляторы воздушных линий электропередачи. Электрической изоляцией называется электроизоляционная система определенного конкретного электротехнического изделия, выполненная из одного или нескольких электроизоляционных материалов. [c.158]

Все тела, в зависимости от их электрических свойств, могут быть отнесены к группе диэлектриков, проводников или полупроводников. Различие между проводниками и диэлектриками состоит в том, что в диэлектриках электростатическое поле может существовать длительно, в то время как в проводниках электростатическое поле исчезает почти мгновенно. Полупроводники занимают промежуточное положение. [c.17]

Если провода линии обладают конечной проводимостью, то существует продольная составляющая электрического поля, и распределение электрического и магнитного полей в плоскости, перпендикулярной проводам, отличается от статического. Однако если поперечная составляющая электрического поля в проводнике мала по сравнению с продольной, а продольная составляющая поля в диэлектрике, окружающем провода, мала по сравнению с поперечной, то можно пренебречь этими малыми компонентами поля и применять телеграфные уравнения, введя в них распределенные сопротивление и утечку между проводами. Телеграфные уравнения в этом случае примут вид [c.324]

Электрическим током называется явление движения заряженных частиц, а также явление изменения электрического поля во времени, сопровождаемые магнитным полем. В зависимости от свойств проводящих сред различают ток проводимости — движение свободных зарядов в проводниках ток переноса — движение заряженных частиц и тел в среде, не обладающей электропроводностью, и в пустоте ток поляризации — движение связанных заряженных частиц в диэлектрике при изменении его поляризации ток смещения в пусто-т е обусловлен изменением во времени электрического поля ток смещения — совокупность тока смещения в пустоте и тока поляризации. Направление электрического тока принято считать совпадающим с направлением движения положительных зарядов. [c.288]

Пусть решетка расположена в среде, состоящей из нескольких диэлектрических слоев, причем образующие их граничных плоскостей параллельны плоскости хОу. Если нормаль к фронту падающей на решетку плоской волны лежит в плоскости, перпендикулярной проводникам (т. е., если а = 0), то уравнения Максвелла по-прежнему допускают раздельное рассмотрение двух поляризаций а) случая, когда магнитное поле параллельно проводникам (Я-поляризация) и б) случая, когда вектор электрического поля параллелен проводникам (f-поляризация). Поляризации при наклонном падении разделяются и при наличии импедансных граничных условий на элементах решетки. В общем случае (а Ф 0) при падении на решетку с диэлектриком плоской электромагнитной волны определенной поляризации в прошедшем и отраженном полях возникают волны обеих поляризаций. [c.14]

В то время как для проводников характерна металлическая связь, основанная на общности всех электронов, в диэлектриках встречается ионная, ковалентная, молекулярная и вторичная (дисперсионная) связь, которая обусловлена связанными состояниями электронов. В результате электрическое поле, приложенное к диэлектрику, практически не приводит к переносу свободных электронов — электропроводности, но вызывает смещение связанных электронов — электрическую поляризацию. При этом в индуцированной внешним электрическим полем поляризации участвуют практически все составляющие диэлектрик частицы, изменяющие свое взаимное расположение, в то время как только очень немногие из заряженных частиц, оказавшись сравнительно свободными, переносят через диэлектрик электрические заряды и обусловливают электропроводность. [c.9]

Устойчивость непроводящего состояния может быть нарушена в диэлектриках с помощью сильного электрического поля, которое ускоряет освобождающиеся электроны (или дырки) до такой энергии, при которой они уже не могут быть захвачены поляризацией диэлектрической среды и переведены в малоподвижное состояние. Быстрые электроны вызывают ударную ионизацию, концентрация носителей заряда лавинно нарастает, что в конечном итоге приводит к электрическому пробою — изолятор превращается в проводник. [c.43]

Все газы и п а р ы, в том числе и пары металлов, при достаточно малых значениях напряженности электрического поля являются диэлектриками и обладают очень высоким удельным сопротивлением р. Однако если напряженность поля превысит некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ионизации, то газ может стать проводником с электронной и ионной электропроводностью. Сильно ионизированный газ при равенстве количества электронов и положительных ионов в единице объема представляет собой особую проводящую среду, называемую л азм о й. [c.12]

Движущиеся под действием электрического поля электроны взаимодействуют с нейтральными молекулами паров и газов, в результате чего образуются положительные и отрицательные ионы и электроны. При этом дуговой промежуток из диэлектрика превращается в проводник. [c.185]

Под влиянием статического электромагнитного поля заряды в диэлектрике не могут свободно двигаться через среду, как в проводнике — они только смещаются, причем отрицательные заряды смещаются по направлению к положительно заряженной поверхности, а положительные к отрицательно заряженной поверхности. В результате на поверхности образуется заряд, плотность которого постоянная по всему сечению и равна Р. Величина Р называется вектором поляризации. Кроме зарядов, связанных с поляризацией (их называют связанными зарядами), существуют еще свободные заряды, распределение которых определяется напряженностью внешнего электрического поля Е. Суммарная величина, определяемая совокупностью зарядов, называется электрической индукцией О [c.195]

Рассмотрим физическую природу электропроводности в газообразных диэлектриках. Все газы, в том числе и пары веществ, являющихся в твердом и жидком состоянии проводниками (металлы), как правило, являются диэлектриками. Значения у газов (при низких напряженностях электрического поля) весьма малы. Электропроводность газов обусловлена наличием в них некоторого количества заряженных частиц. В нормальных условиях число заряженных частиц (ионов газа или твердых и жидких примесей, находящихся во взвешенном состоянии) в 1 м атмосферного воздуха не превышает [c.67]

Материалы по своему поведению в электрическом или магнитном поле подразделяются на проводящие, полупроводящие, диэлектрические (изоляторы), магнитные и немагнитные. Главное электрическое свойство вещества — это электропроводность, т. е. способность проводить электрический ток под действием постоянного (не меняющегося во времени) напряжения. Проводимость— мера этой способности. Обратная величина — сопротивление— измеряется в единицах СИ в Ом-м. Сопротивление— это такая физическая величина, которая, по-видимому, изменяется в наиболее широком диапазоне порядков. Например, вещества в сверхпроводящем состоянии практически не имеют сопротивления, тогда как сопротивление разреженных газов стремится к бесконечности. Сопротивление твердых материалов, с которыми мы будем иметь дело в этой книге, в нормальных условиях меняется в гигантском диапазоне в 25 порядков от 10 Ом-м для лучших металлических проводников, таких, как медь, серебро, алюминий, до 10 Ом-м для лучших диэлектриков, как некоторые полимеры. Мы будем придерживаться классификации, согласно которой вещества с сопротивлением меньше 10 Ом-м называются проводниками, больше Ю Ом-м — диэлектриками, а с сопротивлением из промежутка от 10- до 10 Ои-и —полупроводниками. На величину сопротивления вещества сильно влияют внешние условия, в частности давление и температура, и это нужно учитывать в этой условной классификации. Например, такой типичный полупроводник, как германий, при высоком гидростатическом давлении становится проводником, а при очень низкой температуре— " непроводящим материалом. [c.19]

Первоначально представлялось, что такая конфигурация проводников н диэлектрика должна дать гораздо более низкие потери, чем стандартная трехслойная линия, наполненная диэлектриком, из-за малого количества диэлектрика, включенного в область распространения. Однако это ожидание было не вполне удовлетворено, потому что хотя н справедливо, что лишь малая часть длин линий электрического поля погружена в диэлектрик, но, к сожалению, дело в том, что примыкающая к полоскам область диэлектрика имеет высокую напряженность поля. Таким образом, потери здесь все еще далеко не малые, хотя определенно меньшие, чем в трехслойной лннии, заполненной диэлектриком. Первый и до последнего временн единственный подробный анализ высокодобротной трехслойной линии был дан Фостером [74]. Вначале он определил волновое сопротивление линии, изображенной на рис. 3.20, но при е = е=1 н /=0, а затем вычислил скорость распространения V, из которой можно вывести эффективную диэлектрическую псь стоянную е< . Тот же способ будет принят- в подпараграфах, следующих ниже. [c.74]

Будем полагать, что в ЛП распространяются Т- или квази-Т-волны. В этом случае путем введения потенциала ф анализ однородной многопроводной ЛП сводится к решению двумерного уравнения Лапласа в заданной области поперечного сечения ЛП. На границах областей с различными магнитными и диэлектрическими свойствами должны выполняться условия непрерывности соответствующих компонентов электрического и магнитного полей [34]. Примем, что относительная магнитная проницаемость заполнения ЛП Цг=1, потери в диэлектрике и металлических проводниках отсутствуют. Получим интегральные уравнения для анализа ЛП с однородным и кусочно-однородным диэлектрическим заполнением. Для упрощения выкладок будет рассмотрена ЛП с одним внутренним проводником и одним диэлектрическим включением (рис. 4.1,а, б). [c.113]

Созданию области электропроводности должно предшествовать превращение диэлектрика в проводник (это и происходит во время пробоя), для чего необходимо резко увеличить местную концентрацию свободных электронов, оторвав их от атомов. При определенной пробивной напряженности электрического поля р свободный электрон, двигающийся к аноду, может набрать между двумя столкновениями энергию, достаточную для ударной ионизации встречного атома, т. е. для отрыва от него валентного электрона, наименее прочно связанного с ядром. Вырванный из атома электрон, ставший также свободным, ускоряется в поле вместе с первым электроном, и оба при очередном соударении с новыми атомами образуют еще два свободных электрона, т. е. электропроводная область в рабочей среде может быть создана ударной лавинообразной ионизацией атомов электронами, причем довольно быстро (10-7 с). [c.16]

Проводники и диэлектрики. На каждом энергетическом уровне импульсы электронов могут быть направлены в противоположные стороны с одинаковой вероятностью. Следовательно, при отсутствии внешнего электрического поля средний импульс электронов в каком-либо направлении равен среднему импульсу электронов в противоположном направлении, так что полный импульс всех электронов равен нулю. Преимущест- [c.339]

Известно [Л. 131], что при наложении постоянного электрического поля высокой напряженности на дисперсии металлов или полупроводников в жидких диэлектриках возникают ориентированные структуры. Под действием электрического поля происходит агрегатирование частиц дисперсий и их организация в структуры, растущие вдоль силовых линий поля. Исследованиями установлено, что при напряженности поля больше критической происходит электрический пробой суспензий, после чего они из диэлектриков превращаются в металлические проводники электрического тока. При этом пробой обусловлен образованием проводящего мостика из частиц проводников или полупроводников. В указанных выше работах в качестве диэлектриков применялись вазелиновое масло, авиационный бензин, бензол, нитробензол, серный эфир и т. д. Исследовались суспензии алюминия, меди, платины, карбида бора, закиси меди. В более поздних работах [Л. 132] исследовалось формирование структур металлонаполненных полимерных композиций в электрическом поле. Образующиеся при этом токо- [c.228]

Во всех деформируемых и покоящихся средах в зависимости от их электромагнитных свойств наблюдаются более или менее сильные влияния электромагнитного поля на движение и макроскопическое состояние сред и обратное влияние движения сред на электромагнитные поля. Объекты, реализующие макровзаимодействие электромагнитного поля и среды, — это электрические заряды среды и проходящие в ней токи, и потому взаимодействия существенно различны в средах — проводниках, полупроводниках и диэлектриках. На скрепленный со средой электрический заряд объемной плотности р/ в электрическом поле напряженности Е в покое действует сила ре Е, которую он и передает единице объема среды ток объемной плотности проходящий в той же точке среды, при наличии магнитного поля с вектором магнитной индукции В в этом случае (в покое) сообщает единице объема среды силу УхЪ с. [c.262]

Связанными поверхностные заряды называются потому, что они появляются в результате деформации молекул диэлектрика и не могут быть от них оторваны (ср. свободные заряды на поверхности проводника (111.1.5.2°)). Связанные заряды ие проявляют себя внутри любого объема диэлектрика суммарный электрический заряд молекул в этом объеме равен нулю. На поверхностях АВ я СВ диэлектрика связанные заряды оказываются нескомпенсиро-ванными и создают собственное электрическое поле самого диэлектрика. Вектор Е, напряженности этого поля направлен внутри объема диэлектрика в сторону, противоположную направлению напряженности внешнего электрического поля, вызвавшего явление поляризации. Поэтому результирующее электрическое поле в однородном изотроп- [c.194]

Представляет интерес движение по трубе смеси газ — твердые частицы. Если труба — проводник или диэлектрик с равномерно распределенным зарядом, то, согласно закону Гаусса, электрического поля внутри трубы не будет. Если частицы равномерно заряжены и осесимметрично распределены по трубе, то частица, возможно, осядет на стенку, если поток нетурбулентен. Согласно уравнению (10.157), мелкие стеклянные шарики в атмосферном воздухе при концентрации 1 кг частицЫг воздуха на расстоянии 1 см от оси будут иметь в 10 раз большее ускорение, чем под действием силы тяжести даже при отношении заряда к массе, равном 0,002 к1кг. Радиальная составляющая интенсивности турбулентного движения частиц в соответствии с приближением oy [721] составляет 10 м сек для частиц диаметром 100 мк. Этот эффект может полностью компенсировать действие силы тяжести на смесь газ — твердые частицы в горизонтальной трубе и стать одной из возможных причин большой разницы между поперечной и продольной интенсивностями турбулентного движения частиц (разд. 2.8). Распределение плотности, данное oy [726], можно приписать дрейфовой скорости, обусловленной главным образом электрическим зарядом частиц. [c.485]

Всесторонний анализ различных энергетических процессов приводит к заключению, что для превращения видов энергии необходимо выполнить по крайней мере два условия 1) соблюсти должный уровень концентрации энергии и 2) подобрать рабочее тело определенных свойств. Например, из-за низкой концентрации нельзя превратить тепло дымовых газов печей в ядерную энергию— получить ядерные топлива. Из за неподходяп их свойств диэлектрика, сколько бы ни пересекать им силовые шнки магнитного поля, механическая -нергия этого движения не превратится в электрическую — для этого нужен проводник [c.136]

Возрастание проводимости в сильном электрическом поле может вызвать нарушение электрической прочности диэлектрика (устойчивого состояния с малой и неизменной во времени электропроводностью). Быстрый рост апт(Ет) приводит к электрическому пробою, когда электрический ток за счет ударной ионизации электронов возрастает в миллиарды раз, разрушая диэлектрик и превращая его в проводник тока. Аналогичный механизм наблюдается при оптическом пробое прозрачных диэлектриков при импульсном воздействии лазерных пучков с большой плотностьк> лучевой мощности. [c.20]

Необходимо отметить, что в некоторых диэлектриках устойчивость непроводящего состояния может быть нарушена и в слабых электрических полях без сильного разогрева или облучения [26]. Небольшое изменение внешних условий — давления, температуры, магнитного или электрического поля — приводит к скачкообразному (в 10 —10 2 раз возрастанию электронной проводимости, т. е. изолятор превращается в проводник. Очевидно, что вместе с изменением структуры электроны освобождаются от поляризационной связи и, как в обычном проводнике, экранируют электрическое поле. Такие фазовые переходы экспериментально наблюдаются в оксидах переходных металлов, низкоразмерных проводниках (см. 4.4) и в суперионных проводниках. В отличие от пробоя эти переходы в проводящее состояние обратимы. Резкое и обратимое повышение проводимости в сильных полях наблюдается и при инжекционных процессах в связи с током, ограниченным пространственным зарядом (см. 2.2). При этом нарушение устойчивой проводимости в отличие от пробоя также является обратимым. [c.43]

Электрическое и магнитное поля индуцируют в жидких и твердых телах (проводниках, диэлектриках и магнетиках) токи, дипольный и магнитный моменты. В результате взаимодействия токов и наведенных моментов с неоднородным переменным полем на жидкость или твердое тело действуют электромагнитные силы. Появляются качественно новые возможности управления движением тел. Такие задачи возникают во многих областях современной техники и технологии — при создании бесконтактных подвесов, новых видов транспорта, устройств для сепарации, транспортировки и упаковки деталей, очистки воды от диэлектрических примесей — нефти, мазута [45, 144-145]. Широко ведутся работы в области ферродинамики по созданию приборов и устройств, используюш их содержаш ие ферромагнитные частицы жидкости, движуш иеся в электромагнитом поле [146]. Другое направление исследований связано с созданием систем пассивной и активной стабилизации спутников, тросовых космических систем в режимах тяги или генерации электроэнергии в магнитном поле Земли [147, 148]. В рамках релятивистской электромеханики показано, что черная дыра, враш аюш аяся в магнитном поле, играет роль батареи, преобразуюш ей энергию враш ения в массу покоя и энергию выбросов в магнитосфере квазаров и активных ядрах галактик [149]. [c.311]

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]

ДИЭЛЕКТРИКИ, ве1цества, в к-рых может сохраняться б. или м. длительное время раз созданное, электрич. поле без затраты энергии на поддержание его. Если в диэлектрике имеются свободные заряды, то они будут, перемещаясь под действием электрического поля и доходя до поверхности, нейтрализовать внешние заряды, создающие поле, или же создавать обратное поле, ослабляющее внешнее, приложенное. Перемещение зарядов будет длиться до тех пор, пока результирующее поле в Д. не станет равным нулю. Движение свободных зарядов обусловливает электропроводность (см.) Д. Требование, чтобы в веществе существовало электрич. поле, м. б. сведено к тому, чтобы электропроводность вещества была достаточно мала. Практически можно считать Д. вещество, уд. сопротивление к-рого > 10 Q- м. Термин Д. является условным когда вещество подвергается лишь кратковременному воздействию напряжения и поле в диэлектриках существует лишь кратковременно, Д. могут считаться вещества, обладающие значительно меньшим удельным сопротивлением, чем указано выше, напр, дестиллированная вода. Наоборот, при длительно приложенном постоянном напряжении мы вынуждены в ряде случаев трактовать вещества с указанным выше уд. сопротивлением как проводники. [c.462]

Если все пространство между параллельными пластинами передающей линии заполнено диэлектриком с диэлектрической постоянной 8, то емкость увеличивается в е раз (см. том II, п. 9.9). (То же справедливо и для передающей линии из двух проводников, только в этом случае мы должны заполнить диэлектриком все пространство. В ачучае параллельных пластин электрическое поле вне области между пластинами равно нулю и поэтому не имеет значения, есть ли диэлектрик вне пластин, или его там нет.) [c.166]

Более перспективным оказывается усиление поверхностных волн. Одно из преимуществ состоит в том, что взаимодействие ПАВ с носителями может происходить в тонком приповерхностном слое ( 1), в результате чего перегрев снижается и возможна работа усилителя в непрерывном режиме. Известно два основных конструктивных варианта усилители ПАВ на монолитном иьезоиолу-проводнике [67, 68] и усилители на базе слоистой структуры из пьезодиэлектрика и полупроводника, предложенные Ю. В. Гуляевым и В. И. Пустовойтом [69] ), В последнем случае взаимодействие электронов полупроводника с ПАВ, распространяющейся в основном в диэлектрике, осуществляется посредством экспоненциально спадающего электрического поля волны, проникающего в полупроводник. Описанная слоистая система обладает рядом до- [c.328]

В линиях с опорным диэлектрическим листом толщину последнего стремятся делать возможно меньшей, насколько позволяют требования конструктивной (прочности. Обычно она равна 2—5 мм. На обеих сторонах диэлектрической пластины печатным способом наносят полоски центрального проводника. Обе полоски на входе и выходе системы соединяют параллельно. При этом электрическое поле будет существовать лишь между каждым полосковым проводником и соответствующей заземленной пластиной, а в листе диэлектрика будут тслько краевые поля. Опорный диэлектрический лист укрепляют между заземленными пластинами с помощью металлических или диэлектрических опор. [c.80]

Смысл зон Бриллюэна в металле на границах зон имеется полоса энергий 2Уп, в которой нет разрешенных энергетических состояний. Существование такой запрещенной полосы энергий имеет решающее значение, в частности, число электронов проводимости, приходящихся в кристалле на один атом, в нашей модели будет определять, чем окажется кристалл -диэлектриком или проводником. Если число электронов проводимости окажется достаточным для того, чтобы заполнить все доступные состоянрм в первой зоне Бриллюэна (2электрона на атом) или в первой и во второй зонах (4 электрона на атом), то из-за наличия запрещенной полосы энергий не будет разрешенных состояний, в которые электрон мог бы перейти под влиянием внешнего поля. При этом протекание электрического тока окажется невозможным и кристалл будет вести себя как диэлектрик, если величина поля недостаточна для того, чтобы перебрость электрон в разрешенное состояние в следующей зоне Бриллюэна (рис.4.2). [c.16]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...