Электрические свойства диэлектриков

Определение величины диэлектрической проницаемости твердых диэлектриков.

Если представить себе конденсатор, между пластинами которого находится диэлектрик, то емкость такого конденсатора С_д будет превышать емкость конденсатора, между пластинами которого – вакуум, в eраз:

Величина e называется относительной диэлектрической проницаемостью.

Предположим, что конденсатор емкостью С_д не подключен к источнику тока, и заряды с обкладок не стекают (Q=const), тогда увеличение емкости С_д в e раз (С_д= e × С_о) при Q=const эквивалентно уменьшению в e раз разности потенциалов между обкладками конденсатора U (так как С=Q/U). Следовательно, при введении диэлектрика между обкладками конденсатора электрическое поле внутри него уменьшается, несмотря на постоянство заряда Q на обкладках. Это объясняется тем, что на поверхности диэлектрика индуцируются заряды, противоположные по знаку заряду прилегающего электрода (рис.1). Именно эти заряды и нейтрализуют часть полного заряда Q на обкладках конденсатора.

Рис. 1. Образование на поверхности диэлектрика зарядов, противоположных по знаку заряду прилегающего электрода

Таким образом, в диэлектрике, помещенном в электрическое поле, происходит пространственное разделение зарядов, то есть возникает электрический момент, процесс образования которого называется поляризацией. Величина e характеризует при этом способность различных материалов к поляризации в электрическом поле.

Значение емкости конденсатора и накопленный в нем электрический заряд определяется рядом механизмов поляризации: электронной упругой поляризацией, ионной упругой поляризацией, дипольно-релаксационной, ионно-релаксационной и миграционной поляризацией (подробно о механизмах поляризации диэлектриков см. [2]).

В зависимости от механизмов поляризации, диэлектрики подразделяются на несколько групп:

1. Неполярные диэлектрики – обладают только электронной поляризацией и, следовательно, имеют наименьшее значение диэлектрической проницаемости. К ним относятся парафин, сера, полиэтилен, полистирол, фторопласт (e находится в пределах от 1,8 до 3). Все неполярные материалы характеризуются малыми диэлектрическими потерями в диапазоне радиочастот, высокой электрической прочностью и весьма высоким удельным сопротивлением.

2. Полярные диэлектрики имеют одновременно дипольно-релаксационную и электронную поляризации. Основные представители: кремнийорганические соединения, фенол-формальдегидные смолы, эпоксидные компаунды, капрон, органические стекла, поливинилхлорид (винипласт) (рис. 2).

У полярных полимеров из-за асимметрии строения молекул сильно выражена дипольно-релаксационная поляризация, поэтому они обладают пониженными электроизоляционными свойствами по сравнению с неполярными диэлектриками, особенно на высоких частотах.

Полярные полимеры, по сравнению с неполярными, характеризуются в несколько раз большим значением eи заметно меньшим удельным объемным сопротивлением. Поэтому они используются в основном как изоляционные и конструкционные материалы в диапазоне низких частот.

К числу сильнополярных диэлектриков относятся гетинакс (получают горячей прессовкой бумаги, пропитанной фенол-формальдегидной смолой) и текстолит (стеклотекстолит) (получают прессовкой пропитанной хлопчатобумажной ткани или стеклоткани), так как волокнистая основа и пропитывающее вещество обладают полярными свойствами.

3. Ионные соединения – это твердые неорганические диэлектрики с ионной, электронной, ионно- и электронно-релаксационными механизмами поляризации. К ним относятся кварц, слюда, корунд (Al₂O₃), неорганические стекла, многие виды керамики, рутил (TiO₂). Диэлектрическая проницаемость большинства стекол лежит в диапазоне 4 - 20 (диэлектрическая проницаемость корунда e= 10, для рутила e= 100 -120).

Провести измерения емкости условного конденсатора, поместив исследуемые образцы диэлектрических материалов с напыленными электродами в измерительную ячейку.

Измерить диаметр и толщину исследуемых образцов, данные занести в табл. 1.

Провести расчет диэлектрической проницаемости e по формуле емкости плоского конденсатора с однослойным диэлектриком:

гдеe - диэлектрическая проницаемость материала;

e _о - диэлектрическая постоянная, равная 8,86×10^-12 Ф/м;

S - площадь электродов (рассчитать по формуле для площади круга);

2. Таблицы с результатами определения диэлектрической проницаемости различных материалов

3. Выводы по 1 части работы о величине полученных значений диэлектрической проницаемости

Определение удельного объемного и поверхностного сопротивления диэлектриков.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: