СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИКОВ Электрические

СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИКОВ

Электрические свойства связаны с воздействием на диэлектрик внешнего электрического поля. Ø Поляризация; Ø Электропроводность; Ø Нагрев за счет диэлектрических потерь; Ø Пробой диэлектрика – внезапная потеря изоляционных свойств.

Тепловые свойства Ø Нагревостойкость – способность длительное время выдерживать воздействие высоких температур без ухудшения изоляционных свойств; ØХолодостойкость; ØТеплопроводность – способность проводить тепло от более нагретых к менее нагретым частям материала; ØТепловое расширение; ØТропикостойкость

Влажностные свойства o Гигроскопичность – способность материала поглощать влагу из окружающей среды; o Влагопроницаемость – способность материала пропускать через себя пары воды.

Химические свойства Ø Растворимость Ø Химостойкость Ø Радиационная стойкость Ø Светостойкость Ø Трекингостойкость

Механические свойства Ø Прочность при растяжении, сжатии и изгибе; Ø Хрупкость – способность разрушаться без заметной пластической деформации; Ø Вязкость (внутреннее трение) – свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой; Ø Вибропрочность – способность материала выдерживать без разрушения длительное воздействие вибраций, т. е. повторяющихся колебаний определенной частоты и амплитуды.

Поляризация диэлектриков Поляризация – это ограниченное смещение связанных электрических зарядов или ориентации диполей в напра-влении приложенного электрического поля. В результате поляризации в диэлектрике образуется внутреннее электростатическое поле, направленное встречно приложенному (внешнему) электрическому полю.

Расстояние, на которое происходит смещение связанных зарядов обозначается буквой Д и называется вектором смещения. Д зависит от напряженности внешнего электрического поля (Е).

Механизмы поляризации ØПоляризация практически мгновенная, протекающая без рассеяния мощности. Время поляризации ≈10 -15 с. Ø Поляризация протекающая замедленно с рассеянием электрической мощности в диэлектрике в виде тепла. Максимальное время поляризации max= 60 с.

Виды поляризации диэлектриков Электронная поляризация (мгновенная) представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов, ионов (происходит в материалах любой структуры) – Cэ, Qэ.

ØИонная поляризация (мгновенная) обуслов-лена ограниченным смещением упруго связан-ных ионов (происходит в твердых диэлектриках ионной структуры с плотной упаковкой ионов) – Cи, Qи.

Релаксационные виды поляризации Релаксационными называются поляризации, протекающие замедленно, с рассеянием мощности. ØДипольно-релаксационная поляризация (Cд-р, Qд-р, rд-р ) или дипольная – ориентация полярных молекул (диполи) в направлении внешнего электрического поля (происходит в полярных диэлектриках).

ØИонно-релаксационная поляризация (Cи-р, Qи-р, rи-р ) - ограниченное смещения связанных ионов вещества под воздействием внешнего электрического поля в направлении этого поля (происходит в диэлектриках ионной структуры с неплотной упаковкой ионов). ØЭлектронно-релаксационная поляризация (Cэ-р, Qэ-р, rэ-р ) возникает в связи с ориентацией в направлении поля избыточных «дефектных» электронов и «дырок» . Характерна для диэлектриков с электронной составляющей проводимости.

Ø Миграционная (структурная) поляризация (Cм, Qм, rм ) обусловлена наличием в технических диэлектриках проводящих и полупроводящих включений, слоев с различной проводимостью, а также наблюдается в композиционных диэлектриках. При внесении неоднородных диэлектриков в электрическое поле свободные электроны и ионы проводящих и полупроводящих включений перемещаются в пределах каждого включения, образуя поляризованные области на границе раздела сред. Миграционная поляризация возможна только при низких частотах.

ØСпонтанная (самопроизвольная) поляризация (Cсп, Qсп, rсп) наблюдается только в сегнетоэлектриках, имеющих доменную структуру. Домены обладают определенным электрическим моментом в отсутствии внешнего поля, но при этом ориентация электри-ческих моментов в разных доменах различна (результиру-ющий электрический момент равен нулю). Наложение внешнего поля вызывает ориентацию элект- рических моментов доменов в направлении поля, что обус- лавливает очень сильную поляризацию. В отличии от других видов поляризации при некотором значении напряженности внешнего электрического поля наступает насыщение и дальнейшее усиление поля уже не вызывает возрастания интенсивности поляризации.

ØРезонансная поляризация проявляется в диэлектриках при частоте ƒ=106 Гц, когда собственная частота электронов или ионов совпадает с частотой внешнего электрического поля, что приводит к значи-тельному увеличению вектора смещения зарядов (Cр, Qр, rр). ØХарактеристикой способности диэлектрика изолиро-вать является сопротивление, которое диэлектрик оказывает протеканию тока через него - Rиз (сопротивление изоляции).

Эквивалентная схема замещения диэлектрика

Классификация диэлектриков по виду поляризации ØПервая группа – диэлектрики, обладающие только электронной поляризацией: неполярные и слабополярные твердые диэлектрики, неполярные жидкости, все газы. ØВторая группа – диэлектрики, обладающие электронной и дипольно-релаксационной поляриза-циями: полярные (дипольные) органические, полужид-кие и твердые вещества. ØТретья группа – твердые неорганические диэлектри-ки с электронной, ионной и ионно-релаксационной поляризациями.

В этой же группе выделяется две подгруппы материалов: n диэлектрики с электронной и ионной поляризациями (с плотной упаковкой ионов). n диэлектрики с электронной, ионной и ионно- релаксационной поляризациями (с неплотной упаковкой ионов). n Четвертая группа – сегнетоэлектрики, характе- ризующиеся спонтанной, электронной, ионной и электронно-ионно-релаксационной поляризация- ми. Виды поляризации в диэлектриках зависят от их строения и определяют их электрические свойства.

• Если к диэлектрику приложено внешнее электрическое поле постоянного напряжения, то все виды поляризации заканчиваются через одну минуту после приложения напряжения. • Если к диэлектрику приложено внешнее электрическое поле переменного напряжения, то поляризационные процессы продолжаются до снятия напряжения.