ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Поляризация диэлектриков

Диэлектриками называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле. В диэлектриках электрические заряды прочно связаны с атомами, молекулами или ионами и в электрическом поле лишь несколько смещаются относительно положения равновесия. Происходит разделение центров положительного и отрицательного зарядов, т.е. поляризация. Для диэлектриков характерно высокое сопротивление прохождению постоянного электрического тока. Мерой поляризуемости диэлектрика является относительная диэлектрическая проницаемость, равная отношению емкости конденсатора с диэлектриком к емкости такого же конденсатора с вакуумом. Важнейшей характеристикой диэлектрических материалов является электрическая прочность. При превышении в объеме диэлектрика некоторой критической величины напряженности электрического поля происходит пробой. (Под напряженностью электрического поля понимают отношение приложенного к диэлектрику напряжения к расстоянию между подводящими напряжение электродами). Значение напряжения в момент пробоя называют пробивным напряжением, а достигнутую к этому моменту напряженность - электрической прочностью. [c.127]

Диэлектрической проницаемостью е (или диэлектрической постоянной) изоляционного материала называется число, показывающее, во сколько раз увеличится емкость вакуумного конденсатора, если, не изменяя формы и размеров конденсатора, заполнить пространство между электродами испытуемым веществом е = Сх/Св (где С, — емкость испытуемого образца, Св — емкость вакуумного конденсатора). Диэлектрик тем лучше, чем меньше емкость конденсатора с данным материалом, чем меньше его диэлектрическая проницаемость. Значения диэлектрической проницаемости определяют, измеряя емкость с измерительного конденсатора, между обкладками которого помещается испытуемый образец. Диэлектрическая проницаемость представляет собой комплексную величину, слагаемыми которой являются компонента е, обусловленная деформационной и ориентационной поляризацией диэлектрика, и мнимая характеристика г", связанная с кинетикой процесса установления ориентационной дипольной поляризации 8 = е — /8". [c.122]

Как уже отмечалось, диэлектрические материалы обладают высокими удельными сопротивлениями р и в них возможно наличие электростатических полей. Весьма важно для диэлектриков явление поляризации, с рассмотрения которого (см. гл. 15) и начинается третья часть книги. Большое значение для радиоэлектроники имеют также электропроводность диэлектриков (гл. 16) и диэлектрические потери (см. гл. 17). При воздействии на диэлектрик высокого напряжения может произойти пробой. Вопросы пробоя (см. гл. 18) очень важны для изучения надежности как диэлектриков, так и всей радиоэлектронной аппаратуры в целом. Помимо электрических свойств диэлектрических материалов в ряде случаев определяющее значение имеют и общие физико-химические свойства (см. гл. 19) — механическая прочность, нагревостойкость, влагостойкость, химостойкость и т. п. Важнейшие современные электроизоляционные материалы рассмотрены в гл. 20 активные диэлектрики — в четвертой части книги. [c.108]

Мы рассмотрим теперь различные виды дипольных моментов, возникающих в диэлектрике под влиянием приложенного извне поля. Их существо и определяет вид поляризации, что позволяет разбить диэлектрические материалы на несколько классов с характерным поведением оптических параметров внутри каждого из них. [c.197]

Ионно-релаксационная поляризация. Используемые в технике твердые диэлектрики могут иметь неплотную упаковку объема частицами. В таких материалах образуются ионы, которые в ходе тепловых колебаний перебрасываются из положений временного закрепления на расстояния, соизмеримые с расстояниями между частицами (10 м), и закрепляются в новых положениях. В электрическом поле перебросы становятся направленными. В результате в диэлектрике возникает различие в расположении центров положительного и отрицательного зарядов, т. е. появляется электрический момент. Такой процесс называют ионно-релаксационной поляризацией. С ростом температуры число ионов, перебрасываемых в новые положения, увеличивается, поэтому растут поляризованность и диэлектрическая проницаемость. На рис. 5.16 приведена зависимость е, от температуры для натриево-силикатного стекла, в структуре которого имеют место слабосвязанные ионы. [c.156]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости в керамических материалах с ионной структурой в большинстве случаев имеет положительное значение. Это связано с тем, что с повышением температуры понижается плотность вещества и возрастает поляризуемость ионов. Однако имеется группа материалов, обладающих отрицательным пли переменным ТК е. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты тока и с ее увеличением заметно снижается. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках находятся Б зависимости от структуры и фазового состава материала. В большинстве керамических материалов диэлектрические потери определяются поляризацией и сквозной электропроводностью. Если керамический диэлектрик образован кристаллической фазой с плотной и устойчивой упаковкой ионов (корунд), то диэлектрические потери в нем при отсутствии примесей, искажающих решетку, будут незначительны. Напротив, если в керамическом диэлектрике большое содержание стекловидной фазы, являющейся типичным веществом ионной структуры, то диэлектрические потери в таком материале вследствие большой поляризуемости щелочных ионов и большой электропроводности будут велики. Керамические диэлектрики, кристаллическую фазу которых составляют вещества, обладающие структурой с неплотной упаковкой ионов (муллит, циркон, кордиерит), характеризуются повышенными диэлектрическими потерями, вызываемыми так называемой релаксационной поляризацией. Диэлектрические потери для подавляющего большинства керамических диэлектриков с повышением температуры возрастают. Величина диэлектрических потерь связана также с частотой. [c.290]

Отличительной особенностью пьезокерамических материалов является очень большое значение диэлектрической проницаемости, обусловленное особенностями поляризации нелинейная зависимость заряда на поверхности материала от величины приложенного напряжения (у обычных керамических диэлектриков такой зависимости не наблюдается) зависимость поляризации от температуры и проявление пьезоэлектрических свойств только до определенного значения температуры. Температуру, при которой пьезоэлектрические свойства исчезают, называют точкой Кюри. [c.300]

Ориентация диполей в электрическом поле происходит во времени, поэтому поляризация отстает от напряженности электрического поля. Это оказывает влияние на угол сдвига фаз между напряжением и током и соответственно на угол (б) в векторной диаграмме или его тангенс (численно равный отношению активной и реактивной составляющей тока). Так как активная составляющая характеризует тепловые потери, то тангенс угла диэлектрических потерь 1дб принят в качестве показателя диэлектрика. Чем tgб больше, тем при прочих равных условиях больше диэлектрические потери. Для работы при высоких частотах должны применяться материалы с малыми диэлектрическими потерями. [c.10]

В технических изолирующих материалах, помимо потерь от сквозной электропроводности и потерь от замедленной поляризации самого диэлектрика, возникают дополнительные диэлектрические потери, которые сильно влияют на электрические свойства диэлектриков. Эти потери вызываются наличием посторонних полупроводящих примесей (влаги, окислов железа, углерода и др.) и значительны даже при малом содержании таких примесей в электроизоляционном материале. [c.74]

На незаряженные частицы однородное электрическое поле никакого действия не оказывает. В резко неоднородном поле частицы, имеющие разную диэлектрическую проницаемость, получают заряды различной величины и знака. Известно, что одноименно наэлектризованные тела взаимно отталкиваются, а разноименно наэлектризованные тела взаимно притягиваются. Проводящие материалы характеризуются возможностью свободного перемещения электронов по объему тела. В диэлектриках очень мало свободных электронов. Поэтому при поляризации на поверхности диэлектрика образуются заряды разных знаков. На стороне, обращенной к положительному электроду, возникает отрицательный заряд, а на стороне, обращенной к отрицательному электроду, — положительный. [c.409]

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 тепла. [c.3]

Чистота имеет огромное влияние на качество технических диэлектриков — электроизоляционных материалов, особенно в тех случаях, когда основной состав сам отличается особенно малой проводимостью. Среди синтетических диэлектриков, как правило, наименьшей проводимостью и наименьшими диэлектрическими потерями обладают те материалы, технологический процесс получения которых обеспечивает высокую степень их чистоты (исключение представляют полярные диэлектрики, которые при предельно возможной чистоте имеют сравнительно высокие потери за счет дипольной поляризации). [c.64]

В некоторых диэлектриках происходит самопроизвольная ориентация диполей спонтанная поляризация), наблюдаемая внутри отдельных областей (доменов) в отсутствие электрического поля. Спонтанная поляризация имеет место у материалов, называемых сегнетоэлектриками. В отсутствие электрического поля электрические моменты доменов направлены беспорядочно и компенсируют друг друга. При наложении внешнего поля моменты ориентируются по полю, приводя к аномально большим значениям диэлектрической проницаемости. [c.255]

Природа диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах различна в зависимости от агрегатного состояния вещества. Диэлектрические потерн могут обусловливаться сквозным током или, как указывалось при рассмотрении явления поляризации, активными составляющими токов смещения. При изучении диэлектрических потерь, непосредственно связанных с поляризацией диэлектрика, можно характеризовать это явление поляризации кривыми, представляющими зависимость электрического заряда на электродах конденсатора с даниы.м диэлектриком от приложенного к конденсатору напряжения (рис. 3-1). При отсутствии потерь, вызываемых явлением поляризации, заряд линейно зависит от напряжения (рис, 3-1, а) и такой диэлектрик называется линейным. Если в линейном диэлектрике наблюдается замедленная поляризация, связанная с потерями энергии, то кривая зависимости заряда от напрял<ения приобретает вид эллипса (рис. 3-1,6). Площадь 31 ого [c.44]

Все существующие феноменологические модели связи электрического сигнала на электродах короткозамкнутого конденсатора с диэлектрическим слоем при прохождении волны нагрузки с параметрами нагрузки предполагают поляризацию диэлектрика на фронте волны с изменением диэлектрической проницаемости и проводимости (или без изменения последней) I связанную с поляризацией неравновеспость состояния вещества за фронтом волны. За фронтом идет процесс распада поляризации по одному или нескольким механизмам с соответствующими временами релаксации [109, 157, 311, 374]. Для большинства исследованных материалов в диапазоне давления до ЫО кгс/см2 величина ударной поляризации в 10 —10 раз лченьше предельной величины поляризации, соответствующей развороту всех диполей полярного диэлектрика в одном направлении. В связи с этим следует ожидать, что при наложении сильного электрического поля поляризация диэлектрика значительно более высокая, чем при прохождении ударной волны. Вместе с тем вклад ударной поляризации в поляризованном электрическим полем диэлектрике резко уменьшается. Эти соображения позволяют принять, что процессы ударной поляризации в диэлектрике при сильном внешнем электрическом поле можно не учитывать при анализе работы диэлектрического датчика давления. [c.173]

Миграционная (плп междуслойная) поляризация — особый вид поляризации, наблюдающийся в неоднородных диэлектриках в диэлектриках с включениями воды, проводящих частиц и т. д. на поверхности раздела различных диэлектрических материалов и на границе диэлектрика и электрода и т, п. Миграционная поляризация сводится к переносу зарядов и накоплению их на поверхностях раздела материалов, имеющих различные параметры (в и у). Миграционная поляризация, как и дипольная, принадлежит к числу медленных (релаксационных) видов поляризации поэтому, в частности, увеличение емкостп изоляции вследствие увлажнения последней тем больше, чем меньше частота переменного напряжения, приложенного к изоляции. [c.32]

В неполярных жидкостях, так же как и в газах, диэлектрнчб ские потери малы н определяют ся только электропроводностью если в жидкости нет полярных примесей. В полярных жидких диэлектриках наряду с потеря ми от электропроводности ос новпое место занимают диэлектрические потери, связанные с ди польно-релаксационнон поляризацией, которые в десятки и сотни раз превосходят потери в неполярных материалах. [c.24]

Кроме того, в твердых диэлектриках наблюдаются электроннорелаксационная, резонансная, структурная и самопроизвольная (спонтанная) поляризации, которые в полимерных материалах, как правило, не проявляются. Таким образом, пз всех рассмотренных видов поляризации стеклопластики на основе полиэфирных, эпоксидных, фенольно-формальдегидных и других смол следует отнести к материалам, которые обладают почти всеми видами поляризации одновременно, так как смолы обладают электронной и диполы-ю-релаксациоиной поляризациями одновременно, а стеклонаполнитель — ионно-релаксационной поляризацией. Основной предпосылкой для определения плотности полимерных материалов служит формула Клаузиуса—Моссоти, связывающая электрические свойства молекул, диэлектрическую проницаемость, поляризуемость и дипольный момент с плотностью и молекулярной массой [c.98]

Таким образом, в твердых диэлектриках могут быть потери, обусловленные поляризацией, сквозной электропроводностью, неоднородностью структуры и ионизацией. Потери за счет электронной поляризации весьма незначительны. К материалам с такими потерями относят полиэтилен, фторопласт, полистирол, отвержденную полиэфирную смолу. И наоборот, материалы с ди-польно-релаксапионной и ионно-релаксационной поляризацией обладают большими потерями. К таким материалам относят полиуретаны, эбонит, оргстекло, фенолформальдегидные и совмещенные эпоксидные смолы, неорганические стекла. Но чаще всего в твердых неоднородных диэлектриках, какими являются стеклопластики, могут быть все виды потерь одновременно. Величину диэлектрических потерь можно характеризовать удельными по- [c.100]

В литературе имеются данные о применении для регистрации давления в ударных волнах эффектов, связанных с поляризацией под нагрузкой кварца, рубина и некоторых других материалов. Сигнал, снимаемый с малого сопротивления, которое соединяет электроды, прилегающие с двух сторон к пластине из пьезоэлектрического или диэлектрического материала при прохождении по его толщине ударной волны, соответствует форме последней при ее интенсивности, не вызывающей пластических деформаций [365, 366]. Использование таких датчиков ограничивается их высокой стоимостью. Попытки использовать для измерения давления процесс деполяризации сегнетокерами-ки при прохождении волны нагрузки не дали положительного результата [189, 371]. Исследования с ударным нагружением диэлектрического слоя обнаружили появление сигнала на электродах, прилегающих к поверхности диэлектрика (при соединении электродов малым сопротивлением), обусловленного ударной поляризацией [190, 311, 374], однако сложный характер явлений, связанных с ударной поляризацией и ее распадом, не позволяет просто связать величину сигнала с параметрами нагрузки. [c.169]

Поляризация представляет собой процесс смещения структурных элементов (электроноб, атомов, ионов и др.) кристаллической решетки со своего нормального положения под влиянием электрического поля. В результате взаимодействия с внешним электрическим полем происходит нарушение и перераспределение электростати- чe киx сил, действующих внутри кристалла, при сохранении его общей нейтральности. Механизм поляризации может быть различен в зависимости от того, какие структурные элементы участвуют в процессе поляризации, В керамических материалах имеются следующие основные виды поляризации электронная, ионная, электронно- и ионно-релаксационная, спонтанная (самопроизвольная). Степень поляризации керамического диэлектрика и его поляризуемость в целом складываются-как сумма поляризаций каждого вида. Диэлектрическая проницаемость керамики отражает ее поляризуемость. [c.16]

Коэффициент затухания а характеризует уменьшение электромагнитной энергии при распространении её по кабелю. Уменьшение или затухание энергии объясняется потерями её в линии передачи. Различаются два вида потерь потери в металле и потери в изоляции. При прохождении тока по кабелю происходит нагревание внутреннего и внешнего проводников и возникают потери энергии (джоулевы потери). Потери в изоляции обусловлены несовершенством применяемых электроизоляционных материалов и затратами энергии на диэлектрическую поляризацию. Как потери в Meraj ie, так и потери в диэлектрике с ростом частоты увели- [c.324]

Диэлектрическая проницаемость 8 связана с поляризуемостью элементов кристаллической решетки отдельных фаз, составляющих керамический диэлектрик, а именно электронных оболочек атомов или ионов. В керамических диэлектриках, имеющих в большинстве случаев ионную структуру, наблюдаются электронная и ионная поляризации. Однако в некоторых случаях (магнезиальная, титансодержащая керамика) наблюдаются и другие виды поляризации (спонтанная), чем и объясняется большое различие в значении диэлектрической проницаемости е у различных по своей химической природе и строению керамических материалов. Величина е у кераг мических материалов колеблется в широких пределах — от нескольких единиц до десяти тысяч. [c.289]

Ряд керамических материалов и стекол также может использоваться как электреты (см. табл. 26.1). Электризацию их осуществляют путем помещения на несколько часов в сильное электрическое поле ( 2 МВ/м) при температуре 150—200" С. Ток абсорбции и миграционная поляризация создают суммарный гомозаряд. Максимальная плотность заряда получена в керамике титаната кальция. Однако ввиду высокой диэлектрической проницаемости (150) напряженность внешнего поля электретов из aTiOg не выще, чем из полимерных диэлектриков (см. формулу 26.1), а ввиду больших d (ikI мм) их г/d таксе же, как у полимерных пленок. [c.272]

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]

При переменном напряжении вследствие непрерывно происходящего изменения направления электрического поля токи спонтанной поляризации существуют в течение всего времени приложения напряжения. Спонтанная поляризация наблюдается при разных частотах вплоть до сверхвысоких радиочастот. Токи спонтанной поляризации имеют не только большую реактивную составляющую, но и большую активную составляющую, благодаря чему сегнетоэлектрики имеют сравнительно большой tg 6. Особенностью сегнетоэлектриков является своеобразная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. На рис. 2-15 показана зависимость от температуры диэлектрической проницаемости одного из промышленных материалов сегнетоэлектриков титаната бария (Ва-Т10з), впервые изученного в качестве диэлектрика Б. М. Ву- [c.47]

Домённая поляризация. Доменная поляризация присуща особому классу твердых диэлектриков — сегнетоэлектрикам, получившим свое название от сегнетовой соли, на которой впервые были обнаружены те особенные свойства, которые характеризуют этот класс материалов. Сегнето-электрическими свойствами обладают некоторые неорганические кристаллы. Эти кристаллы состоят из областей — доменов, представляющих собой как бы большие диполи с определенными электрическими моментами. Таким образом, сегнетоэлектрики отличаются от полярных диэлектриков тем, что последние имеют полярные молекулы, а первые — спонтанно поляризованные области, существующие в материале и до наложения внешнего поля. Под влиянием приложенной разности потенциалов происходит однообразная ориентация электрических моментов всех доменов в поле она приводит к созданию очень большого суммарного электрического момента, к большому поляризационному заряду, к большому емкостному току. Следовательно, такие материалы обладают очень большой диэлектрической проницаемостью. Ориентация доменных электрических моментов под влиянием электрического поля (доменная поляризация) связана с известным искажением кристаллической решетки. Как при других видах, поляризации, так и при доменной при постоянном напряжении после установления поляризации вызванный ею ток становится равным нулю. При переменном напряжении вследствие непрерывно происходящего изменения направления электрического поля токи доменной поляризации существуют в течение всего времени приложения напряжения. Доменная поляризация наблюдается при разных частотах вплоть до сверхвысоких радиочастот. Токи доменной поляризации имеют не только большую реактивную составляющую, но и большую активную составляющую, благодаря чему сегнетоэлектрики имеют сравнительно большой tg б. Особенностью сегнетоэлектриков является своеобразная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. На рис. 2-6 показана зависимость от температуры относительной диэлектрической проницаемости одного из промышленных материалов сегнетоэлектриков — титаната бария (BaTiOз), впервые изученного в качестве диэлектрика Б. М. Вулом и И. М. Гольдман. Эта кривая снята при напряженности электрического поля 3 кВ/м. При температуре, близкой к абсолютному нулю, [c.39]

Таким образом, каждая пара ионов образует упругий диполь. Наряду с процессом поляризации ионного смещения в ионных кристаллах протекает электронная поляризация. Общая интенсивность процессов поляризации у ионных кристаллических диэлектриков (радиокерамические материалы, слюда) довольно большая, поэтому значения диэлектрической проницаемости у них относительно большие (е = 7 Ч- 12 и выше). Оба процесса поляризации мгновенные, поэтому диэлектрическая проницаемость ионных кристаллических диэлектриков не зависит от частоты приложенного напряжения. Ионные диэлектрики широко применяют в радиотехнике. [c.25]

В инженерной практике термины диэлектрический материал и электроизоляционный материал часто применяются как равнозначащие. По ГОСТ 17СЗЗ-71 Материалы электротехнические. Термины и определения диэлектрик определяется как Вещество, основным электрическим свойством которого является способность к поляризации и в котором возможно существование электростатического поля , диэлектрический материал — как злектротехнический материал, обладающий свойствами диэлектрика , а электроизоляционный материал — как диэлектрический материал, применяемый для устранения утечки электрических зарядов в электротехнических устройствах . Таким образом, строго говоря, понятие диэлектрический материал шире, чем понятие электроизоляционный материал . Приобретающие все больщее значение в современной технике активные диэлектрики не только играют пассивную роль подобно обычным электроизоляционным материалам в различных устройствах, в частности во многих видах радиоэлектронной аппаратуры, используется изменяемость свойств этих материалов под действием различных факторов. К активным диэлектрикам (см. гл. 5) принадлежат сегнетоэлектрики, диэлектрическая проницаемость которых существенно изменяется при изменении напряженности электрического поля и температуры п ь е з о э л е к т р и к и, генерирующие электрические заряды под действием ме-ханических напряжений [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...