Ezt nevezik a fizikusok szilárd dielektrikumnak (8 betű). Dielektromos testek
A dielektrikum olyan anyag vagy anyag, amely gyakorlatilag nem ereszt át elektromosság. Ez a vezetőképesség annak köszönhető kis mennyiségben elektronok és ionok. Ezek a részecskék csak akkor képződnek nem vezető anyagban, ha magas hőmérsékleti tulajdonságokat érnek el. Mi a dielektrikum, ebben a cikkben lesz szó.
Leírás
Minden elektronikus vagy rádiós vezető, félvezető vagy töltött dielektrikum elektromos áramot vezet át magán, de a dielektrikum sajátossága, hogy még magasfeszültség 550 V felett kis áram fog folyni. Az elektromos áram a dielektrikumban a töltött részecskék bizonyos irányú mozgása (lehet pozitív vagy negatív).
Az áramok típusai
A dielektrikumok elektromos vezetőképessége a következőkön alapul:
- Az abszorpciós áramok az az áram, amely egy dielektrikumban áramlik DC amíg el nem éri az egyensúlyi állapotot, irányt változtat bekapcsoláskor és feszültség alá helyezésekor és kikapcsolásakor. Nál nél váltakozó áram a dielektrikum feszültsége a működés teljes időtartama alatt jelen lesz benne elektromos mező.
- Az elektronikus vezetőképesség az elektronok mozgása egy mező hatására.
- Az ionvezetőképesség az ionok mozgása. Megtalálható elektrolit oldatokban - sókban, savakban, lúgokban, valamint számos dielektrikumban.
- A molion elektromos vezetőképessége a molionoknak nevezett töltött részecskék mozgása. Kolloid rendszerekben, emulziókban és szuszpenziókban található. A molionok elektromos térben való mozgásának jelenségét elektroforézisnek nevezzük.
Összesítési állapot szerint osztályozva és kémiai természet. Az előbbieket szilárdra, folyékonyra, gázneműre és megszilárdulásra osztják. Kémiai jellegük alapján szerves, szervetlen és organoelem anyagokra osztják őket.
Az összesítés állapota szerint:
- Gázok elektromos vezetőképessége. A gáznemű anyagoknak meglehetősen alacsony az áramvezető képessége. Előfordulhat szabad töltésű részecskék jelenlétében, ami külső és belső, elektronikus és ionos tényezők hatására jelenik meg: röntgen- és radioaktív sugárzás, molekulák és töltött részecskék ütközése, termikus tényezők.
- Folyékony dielektrikum elektromos vezetőképessége. Függőségi tényezők: molekulaszerkezet, hőmérséklet, szennyeződések, nagy elektron- és iontöltések jelenléte. A folyékony dielektrikumok elektromos vezetőképessége nagymértékben függ a nedvesség és a szennyeződések jelenlététől. A poláris anyagok elektromos vezetőképességét szintén disszociált ionokkal rendelkező folyadék segítségével hozzák létre. A poláris és a nem poláris folyadékok összehasonlításakor egyértelmű előny vezetőképességben ők az elsők. Ha megtisztítja a folyadékot a szennyeződésektől, ez segít csökkenteni vezető tulajdonságait. A vezetőképesség és a hőmérséklet növekedésével viszkozitása csökken, ami az ionok mobilitásának növekedéséhez vezet.
- Szilárd dielektrikumok. Elektromos vezetőképességüket a töltött dielektromos részecskék és szennyeződések mozgása határozza meg. BAN BEN erős mezőket Az elektromos áram az elektromos vezetőképességet mutatja.
A dielektrikumok fizikai tulajdonságai
Ha az anyag fajlagos ellenállása kisebb, mint 10-5 Ohm*m, akkor a vezetők közé sorolhatók. Ha több mint 108 Ohm*m - dielektrikumokhoz. Előfordulhatnak olyan esetek, amikor ellenállás sokszorosa lesz a vezető ellenállásának. A 10-5-108 Ohm*m tartományban van egy félvezető. A fém anyag kiváló elektromos áramvezető.
A teljes periódusos rendszerből mindössze 25 elem tartozik a nemfémek közé, és ezek közül 12-nek lehet félvezető tulajdonsága. De természetesen a táblázatban szereplő anyagokon kívül még sok ötvözet, összetétel ill kémiai vegyületek vezető, félvezető vagy dielektrikum tulajdonságával. Ez alapján nehéz határozott jelentésvonalat meghúzni különféle anyagok ellenállásaikkal. Például csökkentett hőmérsékleti tényező mellett a félvezető dielektrikumként fog viselkedni.
Alkalmazás
A nem vezető anyagok felhasználása nagyon kiterjedt, mivel ez az egyik legnépszerűbb elektromos komponens osztály. Teljesen világossá vált, hogy tulajdonságaik miatt használhatóak az aktív és passzív alak.
Passzív formájukban a dielektrikumok tulajdonságait elektromos szigetelőanyagokban való felhasználásra használják.
Aktív formájukban ferroelektromos anyagokban, valamint lézersugárzók anyagaiban használják.
Alap dielektrikumok
A gyakran előforduló típusok a következők:
- Üveg.
- Radír.
- Olaj.
- Aszfalt.
- Porcelán.
- Kvarc.
- Levegő.
- Gyémánt.
- Tiszta víz.
- Műanyag.
Mi az a folyékony dielektrikum?
Az ilyen típusú polarizáció az elektromos áram területén fordul elő. A folyékony, nem vezető anyagokat az anyagok öntésére vagy impregnálására használják. A folyékony dielektrikumoknak 3 osztálya van:
A kőolajolajok enyhén viszkózusak és többnyire nem polárisak. Gyakran használják nagyfeszültségű berendezésekben: nagyfeszültségű vízben. egy nem poláris dielektrikum. A kábelolajat 40 kV-ig terjedő feszültségű szigetelő papírhuzalok, valamint 120 kV-nál nagyobb áramerősségű fémalapú bevonatok impregnálására találták. A transzformátorolaj szerkezete tisztább, mint a kondenzátorolaj. Ez a típus dielektrikum kapott széleskörű felhasználás az analóg anyagokhoz képest magas költségek ellenére.
Mi az a szintetikus dielektrikum? Jelenleg nagy toxicitása miatt szinte mindenhol tilos, mivel klórozott szén bázison állítják elő. A szerves szilícium alapú folyékony dielektrikum pedig biztonságos és környezetbarát. Ez a típus nem okoz fémrozsdát, és alacsony higroszkópos tulajdonságokkal rendelkezik. Létezik egy fluororganikus vegyületet tartalmazó cseppfolyósított dielektrikum, amely különösen gyúlékonysága miatt népszerű, termikus tulajdonságaiés oxidatív stabilitás.
És az utolsó nézet az növényi olajok. Gyengén poláris dielektrikumok, ide tartozik a len, a ricinus, a tung és a kender. A ricinusolaj nagyon forró, és papírkondenzátorokban használják. A maradék olajok elpárologtathatók. A párolgás bennük nem a természetes párolgás következménye, hanem kémiai reakció polimerizációnak nevezik. Aktívan használják zománcokhoz és festékekhez.
Következtetés
A cikk részletesen tárgyalta, mi az a dielektrikum. Említették különböző fajtákés tulajdonságaik. Természetesen ahhoz, hogy megértse jellemzőik finomságát, alaposabban meg kell tanulmányoznia a fizika részt.
5.2. Dielektrikumok
1880-ban Pierre és Jacques Curie francia fizikusok fedezték fel a piezoelektromos hatást.
A piezoelektromos hatás a következő. Ha kvarckristályból vág (kvarc dielektrikum) egy bizonyos módon lemezt és helyezzük két elektróda közé, majd a kvarclemez összenyomásakor azonos nagyságú, de eltérő előjelű töltések jelennek meg az elektródákon.
Ha megváltoztatja a lemezre ható erő irányát (a kvarc összenyomása helyett megfeszül), akkor az elektródák töltéseinek előjelei is megváltoznak: azon az elektródán, ahol az összenyomás során pozitív töltés jelent meg, egy negatív. nyújtáskor jelenik meg. Ugyanakkor, mint több erőt, a lemezt összenyomva vagy nyújtva, annál nagyobb mennyiségű töltés keletkezik az elektródákon.
BAN BEN század közepe V. olyan dielektrikumokat is felfedeztek, amelyek hasonló remanens polarizációt mutatnak. Az ilyen dielektrikumokat a „mágnes” kifejezéssel analóg módon elektreteknek nevezték.
A legtöbb jellemző tulajdonság elektretek – az önálló hordozás képessége ellentétes oldalak különböző előjelű töltések, amelyek nagyon hosszú ideig fennmaradhatnak. Így a karnaubaviaszból és keverékeiből készült elektretek esetében ez az idő évek, a kerámia elektretek két évig, a polimerből készült elektretek élettartama hónapok.
A dielektrikumok elektromos tulajdonságairól szóló kiterjedt kísérleti anyag magyarázata akkor vált lehetővé, amikor megjelent egy elmélet, amely a szilárd testek szerkezetét és szerkezeti részecskéik közötti kapcsolatokat magyarázza.
Vannak olyan szilárd anyagok, amelyekben az egyes atomok vagy molekulák pozitív és negatív töltéseinek középpontja egybeesik.
Ha ilyen anyagokat elektromos térbe helyeznek, akkor a szerkezeti részecskék „elektromos deformációja” következik be, pl. az elektromos tér kiszorítja a dielektrikumot alkotó elektromos töltéseket azokból a helyzetekből, amelyeket a tér hiányában elfoglaltak. Tehát például, ha egy dielektrikum semleges atomokból áll, akkor mező jelenlétében elektronhéjaik elmozdulnak a pozitív töltésű atommagokhoz képest. Ha a szilárd test kristályrácsa pozitív és negatív töltésű ionokból áll, például a NaCl-rács, akkor elektromos térben az egyenlő előjelű ionok egymáshoz képest elmozdulnak. Az egyes töltéspárok rugalmas elmozdulása következtében egy olyan rendszer jön létre, amelynek p=ql többletnyomatéka van, és a teljes dielektrikum polarizálódik.
A dielektrikum polarizációját numerikusan jellemzi a P térfogategységre jutó dipólusmomentum, amely egyenlő a termékkel az egységnyi anyag térfogatára jutó N elemi dipólusok száma az elemi dipólus nyomatékának nagyságával, hogy a dielektrikum egységnyi térfogatának dipólusmomentuma arányos a dielektrikumon belüli elektromos térerősséggel.
A nem poláris dielektrikumok mellett létezik a dielektrikumok nagy osztálya, amelyek molekulái külső elektromos tér hiányában is dipólusmomentummal rendelkeznek. Sok olyan molekula, amelynek pozitív és negatív töltéseinek szimmetriaközéppontja nem esik egybe egymással, rendelkezhet állandó dipólusmomentummal. Tipikus képviselők poláris szilárd dielektrikum jég, szilárd sósav, szerves üveg stb.
Amikor egy poláris dielektrikumot elektromos térbe helyezünk, a poláris molekulák úgy vannak orientálva, hogy tengelyük egybeessen az elektromos térerősség vonalak irányával. Az anyagrészecskék hőmozgása azonban megakadályozza az ilyen orientációt. A mező akciója következtében és hőmozgás telepítve van egyensúlyi állapot, amelyben a poláris molekulák átlagosan bizonyos irányú orientációra tesznek szert, és ennek köszönhetően a teljes dielektrikum a mező irányában dipólusmomentumra tesz szert, azaz. polarizált.
A vizsgált polarizáció típusát orientációsnak vagy dipólusnak nevezzük. Az ilyen típusú polarizációnál, ellentétben az elmozdulásos polarizációval, fontos szerep a dielektrikum hőmérséklete játszik szerepet.
A poláris dielektrikumok dielektromos állandója nagyobb, mint a nem poláris dielektrikumé, mivel lényegében mindkét típusú polarizációt mutatják: orientációs és rugalmas elmozdulásos polarizációt.
Ha a külső mezőt eltávolítjuk, akkor a poláris és a nem poláris dielektrikumok depolarizálódnak, azaz. polarizációjuk gyakorlatilag megszűnik.
Létezik egy harmadik típusú dielektrikum, amely spontán polarizációt mutat. Ebben az esetben a dielektrikumon belül, minden befolyásolás nélkül külső mező, spontán módon egyenletesen polarizált régiók, úgynevezett domének keletkeznek. Külső tér hiányában a régiók dipólusmomentumainak irányai eltérőek. Amikor egy mezőt alkalmazunk, a tartományok „orientálódnak”, és az egész dielektrikum polarizálódik. Mivel minden tartománynak nagy a dipólusmomentuma, az ilyen dielektrikumok dielektromos állandója általában nagyon magas, 10 4 nagyságrendű. az ilyen típusú dielektrikumokat ferroelektromosoknak nevezzük.
A ferroelektromos anyagok számos specifikus tulajdonságban különböznek a többi dielektrikumtól.
Ha poláris és nem poláris dielektrikum esetén az anyag egységnyi térfogatára jutó dipólusmomentuma arányos az E elektromos térerősséggel, akkor a ferroelektromosoknál ez lineáris függőség P és E között csak gyenge mezőkben létezik (30. ábra). A térerősség növekedésével a P dipólusmomentum az AB görbének megfelelően nő, és egy bizonyos E értéknél a változás dipólmomentum megáll. Ezt az állapotot telítettségnek nevezzük. Telítési állapotban minden ferroelektromos tartomány a mező mentén helyezkedik el, és az E mező további növekedése már nem vezet a polarizáció növekedéséhez. Ha ezután elkezdi nullára csökkenteni a térerőt, akkor a kristály polarizációja nem a kezdeti OB görbe mentén, hanem a BD görbe mentén és egy térerősségnél fog megváltozni. egyenlő nullával, a kristály polarizált marad.
Ezt a jelenséget dielektromos hiszterézisnek nevezik. Az E = 0 OD szakasz által meghatározott polarizáció mértékét maradék polarizációnak nevezzük.
Így a ferroelektromos elemek polarizációjának a váltakozó elektromos térerősségtől való függését a BDFLHB görbe írja le, amelyet hiszterézis huroknak neveznek. A spontán polarizáció nagysága a hiszterézis hurokból meghatározható.
A hőmérséklet emelkedésével azonban a ferroelektromos elemek tulajdonságai megváltoznak, és egy bizonyos hőmérsékleten, amelyet Curie-hőmérsékletnek neveznek, a spontán polarizáció eltűnik.
A ferroelektromos anyagokat lézerek gyártásában és elektronikus számítógépek tárolóeszközeiben használják.
És a turmalin. A kvarc számos krisztallográfiai módosítása közül az alacsony hőmérsékletű a-kvarcot, amely 573 °C-ig stabil, leggyakrabban piezoelektromos anyagként használják. A kristályok piezoelektromos és piroelektromos tulajdonságait évek óta használják a technikában. A piezoelektromos technikák egyik alkalmazása szó szerint mindenki számára ismert. Ezek a lemezjátszóink hangszedői...
Csak akkor, ha például felmelegíti a kristályt úgy, hogy az olvadni kezd. Az atomok elrendezésének rendje, szabályossága, periodicitása, szimmetriája - ez a kristályokra jellemző. Minden kristályban, minden szilárd anyagban a részecskék szabályos, világos sorrendben, szimmetrikusan, szabályosan ismétlődő mintában helyezkednek el. Amíg ez a rend létezik, addig létezik egy szilárd test, egy kristály. Megsértették...
Hőmérséklet-ingadozások, akár egy anyag koncentrációjának növekedésével oldatban vagy gázban, ami a részecskék egymással való találkozásának valószínűségének növekedéséhez, azaz magok kialakulásához vezet. A kristálynövekedés tehát az a folyamat, amelynek során a legkisebb kristályos részecskék - magok - makroszkopikus méretet érnek el. Sőt, a kristályosodás nem következik be a...
Ebből arra következtethetünk, hogy az optikai spektroszkópiával kapott kolloid csapadék jelenlétének tényét a kéksóban és azok méretét a feldarabolt felület közvetlen atomerőmikroszkópos megfigyelése igazolja. Így a halitok optikai abszorpciójának tanulmányozása eredményeként lehetséges az a következő következtetéseket. A színtelen mintákban nincsenek színközpontok. Kékre festett...
G.A. Vorobjov, Yu.P. Pokholkov, Yu.D. Koroljev, V.I. Merkulov
dielektrikumok
(erős mező régió)
Caf. EIKT ELTI
Az Orosz Föderáció Oktatási Minisztériuma
Tomszki Politechnikai Egyetem
G.A. Vorobjov, Yu.P. Pokholkov,
Yu.D. Koroljev, V.I. Merkulov
A dielektrikumok fizikája
(erős mező régió)
Oktatóanyag
TPU Kiadó
A kézikönyv alapvető információkat tartalmaz a fizikáról gázkisülés, beleértve az RF, mikrohullámú és optikai meghibásodást. Elméleti elképzelések a szilárd és folyékony dielektrikumok lebomlási mechanizmusáról, öregedési folyamatairól, és bemutatásra kerülnek néhány kísérleti adat a lebomlásuk jellemzőiről a különféle tényezők. A kézikönyv az „Villamosmérnöki, elektromechanikai, elektrotechnika” szakos hallgatók számára készült, és hasznos lehet a nagyfeszültségű szerkezetek tervezésével foglalkozó szakemberek számára.
Recenzensek
Orvos műszaki tudományok, TGASU professzor
G.G. Volokitin
A fizika és a matematika doktora, TGASU professzor
L.A. Lisitsina
Caf. EIKT ELTI
ELŐSZÓ
Köztudott, hogy minden anyagÁltal elektromos tulajdonságok alatti
vezetőkre, félvezetőkre és dielektrikumokra oszlanak. Ez utóbbiak talán a legkevésbé tanulmányozottak. Számos monográfia létezik a dielektrikumok lebontásának fizikájáról. Ezek közül a legalapvetőbbek V. Franz (1961) és G.I. Scanavi (1958). De ezek a könyvek már elavultak, és terjedelemük túlmutat a programok keretein akadémiai diszciplínák egyetemek Ráadásul ezek a könyvek bibliográfiai ritkasággá váltak, és gyakorlatilag hozzáférhetetlenek a hallgatók számára.
Vannak könyvek is A.A. Vorobjova, Yu.P. Raiser, G.S. Kuchinsky, B.I. Sazhina, V.Ya. Ushakova, Yu.N. Vershinina és mások, amelyek tükrözik egyéni kérdések gáznemű, szilárd vagy folyékony dielektrikumok lebomlása. Ezért ezeket a könyveket csak többre használhatják a diákok elmélyült tanulmányozása a kurzus egyes szakaszait, de nem úgy oktatóanyag. G.A. könyve széles körben ismert. Vorobjov (1977) a dielektrikumok fizikájáról (az erős terek vidéke), amelyre a hallgatók körében igény van, de mára bibliográfiai ritkasággá vált, és újra kiadása szükséges.
A bemutatott kézikönyv G.A. már említett könyvén alapul. Vorobjov, valamint a „Dielektrikumok fizika (High Field Region)” kurzus előadásainak anyagai, amelyeket sok éven át Yu.P. Pokholkov és V.I. Merkulov az „Elektromos szigetelés, kábel és kondenzátor technológia” szak hallgatói számára Tomszkban Politechnikai Egyetem. A gázbontásról szóló egyes szakaszok írásakor a Yu.D. Koroljov.
A kézikönyvben tárgyalt számos kérdés miatt S.G. részt vett a konzultációk előkészítésében. Ekhanin, P.E. Troyan, V.V. Lopatin, Yu.I. Kuznetsov és munkatársai, akik közvetlenül részt vettek a dielektrikumok lebomlásának vizsgálatában, és akiknek a szerzők mély köszönetüket fejezik ki.
Kérjük, hogy az olvasók észrevételeit e-mailben küldje el.
Resu: 634050, Tomsk, Lenin Ave., 30, TPU.
Caf. EIKT ELTI
BEVEZETÉS
BAN BEN A dielektrikumok, más anyagokhoz hasonlóan, mindig tartalmaznak töltött részecskéket. Ha gyenge elektromos mezőt alkalmazunk a dielektrikumra, akkor a benne lévő, a töltött részecskék mozgásával összefüggő folyamatok nem okozzák annak pusztulását. Az ilyen jelenségek alkotják a dielektrikumok fizikáját, a gyenge mezők tartományát. Ha egy dielektrikumon sokkal erősebb elektromos teret alkalmazunk, amelyben a töltött részecskék végső soron a dielektrikum pusztulását okozzák, akkor az ilyen jelenségek alkotják a dielektrikumok fizikáját, az erős mezők tartományát. Erős elektromos térben minőségileg új jelenségek lépnek fel a dielektrikumokban, amelyek gyenge elektromos térben lehetetlenek. Ezeket a mezőket a magas jelenléte jellemzi kinetikus energia elektromos térben való mozgás során keletkező töltött részecskék, amelyek az atomok és molekulák gerjesztési energiájához és ionizációs energiájához hasonlíthatók.
BAN BEN A legtöbb esetben nagyon erős elektromos tér okozza éles növekedés elektromos vezetőképesség, ami miatt a dielektrikum elveszti elektromos szigetelő tulajdonságait. Ezt a jelenséget dielektromos lebontásnak nevezik. A GOST szerint 21515–76, az áttörés az a jelenség, amikor egy vezető csatorna keletkezik egy dielektrikumban elektromos tér hatására. A dielektrikumra adott minimális elektromos feszültséget, amely meghibásodáshoz vezet, törésnek nevezzük, és U pr-nek jelöljük. A megfelelő minimális feszültség az
A dielektrikum lebomlásához vezető természetes elektromos teret elektromos erősségnek (áttörési feszültségnek) nevezzük. Egyenletes elektromos térben egyenlő: E pr = U np d (ahol d –
dielektromos vastagság). Nem egyenletes elektromos tér esetén az E av értéke. = U pr d átlagos áttörési feszültségnek nevezzük
A dielektrikum elektromos tér hatására bekövetkező tönkremenetelének mechanizmusa meglehetősen összetett és sokrétű, és eltérő módon mehet végbe az alkalmazott feszültség típusától, az alkalmazás idejétől, a dielektrikum típusától, szerkezetétől, hőmérsékletétől és egyéb vizsgálati körülményektől függően. . Ez lehet az ütési ionizáció kialakulása, a hőstabilitás megsértése és a dielektrikum túlmelegedése a nagy dielektromos veszteségek vagy az elektrokémiai öregedési folyamatok miatt. hosszú távú expozíció elektromos mező. Azt is mondhatjuk, hogy a dielektromos lebontás sok kombinációja fizikai folyamatok(elektromos, termikus, optikai, mechanikai stb.), melyek domináns fejlődését mechanizmusa határozza meg.
Caf. EIKT ELTI
A bontási mechanizmust és annak fejlődését a dielektrikum típusa befolyásolja a legjelentősebben. Például a gáznemű és folyékony dielektrikumok lebomlása eltér a szilárd dielektrikumok lebontásától a második fokozat hiányában, pl. a pusztulás szakaszai. Ezt a szakaszt a dielektrikumban a termikus vagy mechanikai roncsolás okozta maradék változások jellemzik, amelyek vezető csatorna megjelenéséhez vezetnek. A gáznemű és folyékony dielektrikumok lebomlása után gyakorlatilag nem figyelhetők meg ilyen visszafordíthatatlan változások, pl. elektromos erejük öngyógyítása megtörténik, kivéve, ha természetesen kémiai változás anyagokat.
A dielektrikum meghibásodása általában az elektromos készülék vészállapotát okozza, ezért nagyon fontos az elektromos készüléket úgy megtervezni, hogy minimális méretekés üzemi feszültségnek kitéve nem tört át a szükséges üzemidő alatt. Ugyanakkor megtalálhatóak a dielektrikumok lebomlását kísérő jelenségek gyakorlati használatúj technológiák fejlesztésekor. Ilyen például a gázkisülés alkalmazása gázkisüléses készülékekben, gázlézerekben, robbanásveszélyes emissziós eszközökben, szerkezeti anyagok elektromos szikrafeldolgozásában, elektromos impulzus-megsemmisítésben és köszörülésben. sziklák, kenőolajok beszerzésekor stb. Minden esetben fontos ismerni a dielektrikumok lebontási mintázatait.
A legtöbbet tanulmányozott a gázok lebontása, ezért az első részben tárgyaljuk. Ezenkívül a gázkisüléssel kapcsolatos számos ötletet széles körben használnak a szilárd és folyékony dielektrikumok lebomlásának magyarázatára. A következő a tanulmányi fokot tekintve a szilárd és folyékony dielektrikumok lebontása, amelyről a második és a harmadik részben tárgyalunk.
Ellentétben G.A. könyvével. Vorobjov „A dielektrikumok fizikája (erős mezők régiója)”, ebben a kézikönyvben a gázkisüléssel foglalkozó szakasz mennyisége jelentősen megnövekedett. Ezt elősegítette, hogy 1987-ben megjelent egy alapvető monográfia a gázkisülés fizikájáról, amelyet Yu.P. Felszálló. Az ütközési kérdéseket részletesebben tárgyaljuk atomi részecskék, a gázlebontás sajátosságai különböző frekvenciatartományokban, az izzás, az ív és a koronakisülés jellemzői.
A szilárd dielektrikumok lebontásával foglalkozó összes szakaszt felülvizsgálták, figyelembe véve azok fontosságát a modern kor szempontjából. elméleti elképzelések. Jelentősen csökkent azoknak a szakaszoknak a száma, amelyekben Wagner, A. F. hőbontási elméleteit mutatják be. Walter és N.N. Semenov, V.A. szigorú elmélete. Foka, klasszikus elméletek Rogowski és Ioffe elektromos meghibásodása és más elméletek javarészt történelmi érdeklődés. Azon szakaszok mennyisége, amelyekben
Caf. EIKT ELTI
Bemutatjuk a szilárd dielektrikumok elektromos lebontásának kvantummechanikai elméleteit Zener, Frenkel és Fowler ütésmentes mechanizmusával, valamint A. Hippel és G. Fröhlich kvantummechanikai elméleteit.
Amikor az irodalomban a szilárd dielektrikumok elektromos lebontásának mechanizmusát magyarázzuk, két elmélet létezik: tudományos irányok. A legtöbb kísérleti adat azt mutatja, hogy a szilárd dielektrikumok elektromos meghibásodását az elektronok ütési ionizációja okozza. Azonban Yu.N. Versinin és munkatársai tagadják annak lehetőségét, hogy szilárd dielektrikumokban elektronok általi ütési ionizáció alakuljon ki. A szilárd dielektrikumok elektromos tönkremenetelének mechanizmusának magyarázatát a szilárd dielektrikumok tönkretétele során fellépő túlmelegedési elektromos instabilitás és elektronikus detonáció helyzetéből közelítik meg. Ezeket a kérdéseket külön részben tárgyaljuk.
A szilárd dielektrikumok lebontásának kérdései az ultraerős elektromos terek tartományában (elektromos keményedés, elektromos áramok és izzás mikronrétegekben, törés előtti diszlokációk és repedések stb.) külön fejezetben kerülnek kiemelésre és jelentősen kibővítve, amelyek nem mondanak ellent. az elektronok ütési ionizációjával történő elektromos lebontás mechanizmusa. Bevezetésre kerültek a dielektromos fóliák és az öntött MDM-rendszerek lebontásával foglalkozó szakaszok.
A polimer dielektrikumok lebomlásának néhány jellemzőjét Artbauer, Stark, Garton, S.N. munkái alapján veszik figyelembe. Kolesova. A részleges kisülések hatására szilárd dielektrikumok elektromos öregedésére vonatkozó rész kibővült a G.S. Kuchinsky és S.N. Koikova.
A folyékony dielektrikumok lebontásával foglalkozó rész új adatokkal egészült ki a folyadék kisülésének kialakulásáról és az ultrahang elektromos szilárdságára gyakorolt hatásáról. Figyelembe veszik az elektromos kisülés folyadékba merített szilárd dielektrikumba való bevezetésének jellemzőit és mintázatait.
A főbe elektromos jellemzők dielektrikumok közé tartozik a dielektromos állandó, elektromos vezetőképesség, dielektromos veszteségekÉs dielektromos szilárdság.
A dielektromos állandó
A dielektrikumban az elektromos töltéshordozók szorosan kötődnek atomokhoz vagy ionokhoz, és csak elektromos térben tudnak mozogni. Ebben az esetben a pozitív és negatív töltések középpontja elválik, azaz. polarizáció. Megkülönböztetni a következő típusok polarizáció: elektronikus, ionos, dipól-relaxációs és spontán (önszigetelő).
3.1. ábra – A hidrogénatomok elektronikus polarizációja
a – külső mező hiányában, b – mező jelenlétében
Képesség különféle anyagok elektromos térben polarizálni az jellemzi dielektromos állandó. A dielektrikummal ellátott kondenzátor mért kapacitásából megállapítható:
ahol C a kondenzátor és a dielektrikum kapacitása;
C 0 ugyanannak a kondenzátornak a kapacitása vákuumban.
ábrán. A 3.2 ábrán két lapos kondenzátor látható, az elektródák területe S (m 2), a köztük lévő távolság pedig h (m). ábrán látható kondenzátorban. 3.2, a, vákuum van az elektródák között, és a 3. ábrán. 3.2, b - dielektromos. Ha az elektródák elektromos feszültsége U (V), akkor az elektromos térerősség E = U/h (V/m).
A kondenzátorban vákuummal felhalmozódott elektromos töltést ún ingyenés egyenlő Q 0-val (Cl).
Az elektromos térben a dielektrikumot alkotó részecskékben a kapcsolódó pozitív és negatív töltések elmozdulnak. Ennek eredményeként elektromos dipólusok keletkeznek (3.2. ábra, b).
Rizs. 3.2 - Elektromos töltések a kondenzátor elektródáin U feszültség alkalmazásakor
Ezért a dielektrikum felületén polarizációs töltések képződnek: negatívak a pozitív elektródán, és fordítva. E polarizációs töltések kompenzálására egy elektromos feszültségforrás egy további kötött töltést Q hoz létre. A teljes Q töltés egy dielektrikummal rendelkező kondenzátorban egyenlő
Q=Q 0 + Q d = ε r Q 0,
ahol ε r a relatív dielektromos állandó.
Elektromos kapacitás kondenzátor vákuummal és dielektrikummal az elektródák között egyenlő
A C 0 (F) kapacitást a kondenzátor geometriai kapacitásának nevezzük.
Ebben az esetben a lapos kondenzátor kapacitását a képlet határozza meg
ahol ε 0 = 8,84·10 -12 F/m – dielektromos állandó.
Egy hengeres kondenzátor kapacitása
Egy anyag relatív dielektromos állandójának értékét, amely a polarizálhatóság mértékét jellemzi, elsősorban a polarizációs mechanizmusok határozzák meg. Az érték azonban nagyban függ attól az összesítés állapota anyagok, mivel az egyik állapotból a másikba való átmenet során az anyag sűrűsége, viszkozitása és izotrópiája jelentősen megváltozik.
Gáznemű anyagok a molekulák közötti nagy távolságok miatt nagyon alacsony sűrűség jellemzi. Emiatt minden gáz polarizációja jelentéktelen, dielektromos állandójuk közel egység.
A gáz dielektromos állandójának hőmérséklettől és nyomástól való függését az egységnyi gáztérfogatban lévő molekulák száma határozza meg, amely arányos a nyomással és fordítottan arányos az abszolút hőmérséklettel.
A dipólmolekulákat tartalmazó folyadékok polarizációját az elektronikus és a dipól-relaxációs komponensek egyszerre határozzák meg. Az ilyen folyadékok dielektromos állandója annál nagyobb több értéket dipólusok elektromos nyomatéka és mi nagyobb szám molekulák térfogategységenként.
BAN BEN szilárd anyagok A polarizáció minden típusa lehetséges. Legalacsonyabb érték A dielektromos állandók szilárd dielektrikumokat tartalmaznak, amelyek nem poláris molekulákból állnak, és csak elektronikus polarizációval rendelkeznek.
A dielektrikumokat poláris - ε r >2 - polárisra osztják - többféle polarizációt mutatnak és nem poláris - ε r ≤2 - csak elektronikus polarizáció jelenik meg. A létrehozáshoz nem polárisokat használnak elektromos szigetelő anyagok, poláris -szerű dielektrikumok a kondenzátorokban.
A nem poláris dielektrikumok közé tartoznak a gázok, folyadékok és szilárd anyagok amelyek csak elektronikus polarizációval rendelkeznek (hidrogén, benzol, paraffin, kén, polietilén). A poláris (dipól) anyagok közé tartoznak a folyékony és szilárd anyagok, amelyek egyidejűleg többféle polarizációval rendelkeznek (szerves szilíciumvegyületek, gyanták, vegyületek stb.).
Minden folyékony és szilárd anyag, a rájuk ható elektrosztatikus mező hatásának jellege szerint, vezetőkre, félvezetőkre és dielektrikumok.
Dielektrikumok (szigetelők)– olyan anyagok, amelyek rosszul vagy egyáltalán nem vezetik az elektromosságot. A dielektrikumok közé tartozik a levegő, egyes gázok, üveg, műanyagok, különféle gyanták és sokféle gumi.
Ha olyan anyagokból készült semleges testeket helyezünk el elektromos térben, mint az üveg vagy az ebonit, megfigyelhetjük vonzásukat mind a pozitív, mind a negatív töltésű testekhez, de sokkal gyengébbek. Ha azonban az ilyen testeket elektromos térben szétválasztják, részeik semlegesnek bizonyulnak, mint az egész test egésze.
Ennélfogva, az ilyen testekben nincsenek szabad elektromosan töltött részecskék, képes mozogni a testben külső elektromos tér hatására. Azokat az anyagokat, amelyek nem tartalmaznak szabad elektromosan töltött részecskéket, ún dielektrikumok vagy szigetelők.
A töltetlen dielektromos testek vonzása a töltött testekhez azzal magyarázható, hogy képesek polarizáció.
Polarizáció– a kapcsolt elmozdulásának jelensége elektromos töltések atomok, molekulák vagy kristályok belsejében külső elektromos tér hatására. A legegyszerűbb példa a polarizációra– külső elektromos tér hatása semleges atomra. Külső elektromos térben a negatív töltésű héjra ható erő ellentétes irányú a rá ható erővel. pozitív kernel. Ezen erők hatása alatt elektronhéj kissé elmozdul a maghoz képest és deformálódik. Az atom általában semleges marad, de a benne lévő pozitív és negatív töltésközpontok már nem esnek egybe. Egy ilyen atomot két egyenlő modulusú rendszernek tekinthetünk pontdíjak ellentétes jel, amelyet dipólnak neveznek. 
Ha két ellentétes előjelű töltésű fémlemez közé helyezünk egy dielektromos lemezt, akkor a dielektrikum minden dipólusa külső elektromos tér hatására pozitív töltésnek bizonyul, amely a negatív lemez felé néz. negatív töltések pozitív töltésű lemezre. A dielektromos lemez általában semleges marad, de felületeit ellentétes előjelű kötött töltések borítják.
Elektromos térben a polarizációs töltések a dielektrikum felületén a külső elektromos térrel ellentétes irányú elektromos teret hoznak létre. Ennek eredményeként az elektromos térerősség a dielektrikumban csökken, de nem lesz nulla.
A vákuumban lévő elektromos tér E 0 intenzitásmodulusának és a homogén dielektrikumban lévő elektromos tér E intenzitásmodulusának arányát ún. az anyag dielektromos állandója ɛ:
ɛ = E 0 / E
Amikor kétpontos elektromos töltések kölcsönhatásba lépnek egy ɛ dielektromos állandójú közegben a térerősség ɛ-szeres csökkenése következtében Coulomb-erő szintén ɛ-szeresére csökken:
F e = k (q 1 q 2 / ɛr 2)
A dielektrikumok képesek gyengíteni a külső elektromos mezőt. Ezt a tulajdonságot kondenzátorokban használják.
Kondenzátorok- Ezt elektromos eszközök elektromos töltések felhalmozására. A legegyszerűbb kondenzátor két párhuzamos fémlemezből áll, amelyeket dielektromos réteg választ el egymástól. Amikor egyenlő nagyságú és ellentétes előjelű töltéseket adunk a lemezekre +q és –q A lemezek között intenzitású elektromos tér jön létre E. A lemezeken kívül az ellentétes töltésű lemezekben az elektromos mezők hatása kölcsönösen kompenzálódik, a térerősség nulla. Feszültség U lemezek között egyenesen arányos az egyik lemez töltésével, tehát a töltési arány q feszültségre U
C=q/U
a kondenzátor állandó értéke bármely töltési értéknél q. Ez egy hozzáállás VAL VEL a kondenzátor kapacitásának nevezzük.
Van még kérdése? Nem tudja, mi az a dielektrikum?
Segítséget kérni egy oktatótól -.
Az első óra ingyenes!
blog.site, az anyag teljes vagy részleges másolásakor az eredeti forrásra mutató hivatkozás szükséges.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete