- •Содержание.
- •4.5. Полупроводниковые материалы. 32
- •5.4. Проводниковые материалы. 33
- •Значение электротехнических материалов.
- •Классификация материалов.
- •Диэлектрики.
- •Характерные особенности диэлектриков.
- •Области применения диэлектриков.
- •Электрические характеристики диэлектриков.
- •Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая прочность.
- •Виды поляризаций.
- •Зависимость ε от некоторых факторов.
- •Определение диэлектрической проницаемости.
- •Электропроводность диэлектриков.
- •Диэлектрические потери.
- •Параллельная схема замещения и векторная диаграмма реального конденсатора.
- •Пробой диэлектрика.
- •Электрический пробой газов.
- •Экспериментальный закон Пашена.
- •Пробой жидких диэлектриков.
- •Пробой твёрдых диэлектриков.
- •Физико-механические и химические свойства диэлектриков.
- •Механические свойства диэлектрика.
- •Тепловые характеристики диэлектриков.
- •Влагостойкость диэлектрика.
- •Распределение влаги внутри диэлектрика.
- •Другие характеристики диэлектриков.
- •Электроизоляционные материалы.
- •Газообразные диэлектрики.
- •Жидкие диэлектрики.
- •Твёрдые органические диэлектрики.
- •Неорганические диэлектрики.
- •Магнитные материалы.
- •Характерные особенности магнитных материалов.
- •Области применения магнитных материалов.
- •Характеристики магнитных материалов.
- •Магнитомягкие магнитные материалы.
- •Материалы с большой μн.
- •Магнитные материалы с большой индукцией насыщения.
- •Марки электротехнической стали.
- •М Рисунок 3.19 агнитотвёрдые материалы.
- •Энергетическая диаграмма чистого полупроводника.
- •Примесная электропроводность.
- •Структурная схема чистого кремния.
- •Вольт-Амперная характеристика p-n переходва .
- •Характеристики проводников.
- •Проводниковые материалы.
- •Проводниковые материалы Классификация и основные свойства проводниковых материалов
- •1 Ом· м ═ 10·10 мкОм· м ═ 10· 10 Ом· мм²/м.
-
Зависимость ε от некоторых факторов.
Величина ε зависит:
- от химической природы материала
1<εнейтр<3
εнейтр≈2
εвозд≈1
εазот≈1,0007
20>εполярных>3
εсегнетоэ-в≤104
- от температуры материала ε=f(T)
Рисунок 2.5
Нейтральные εэ. Т ε незначительно. Более резкие переходы из-за уменьшения плотности.
Для диэлектриков с ионной поляризацией T<Tк, T εд-р т.к.уменьшается вязкость, облегчается поворот диполей под действием электрического поля.
εд-р – дипольно-релационная поляризация. При Т>Тк, Т εд-р т.к. велико хаотическое тепловое движение дипольных молекул, которое препятствует поляризации.
(К-1) – характеризует относительное изменение ε при изменении температуры на один градус (К или С○).
ТКε – температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.
– средний температурный коэффициент (геометрический смысл – отношение катионов).
При Т=Тк . Тк=0
Тк – температура, при которой ε максимальна, и касательная параллельна оси абсцисс (tgα=0).
(К-1) – температурный коэффициент ёмкости.
(К-1) – температурный коэффициент удельной проводимости.
(К-1) – температурный коэффициент магнитной проницаемости.
- от частоты ε=f(f) для полярных диэлектриков.
Рисунок 2.6
При f>fкр диполи не успевают полностью ориентироваться направлению электрического поля за время полупериода (Т/2). Τполяризации<T/2.
εнейтр не зависит от частоты, т.к. мгновенная поляризация не успевает сместится.
- от времени ε=f(t) для сегнетоэлектриков.
Рисунок 2.7
- от других факторов, менее значимых (у диэлектриков сложного состава от концентраций входящих в их состав веществ).
-
Определение диэлектрической проницаемости.
Задано: h, S, f, U.
Регулируем: C0, R0.
Измеряем: tgδ, Cx.
Вычисляем , .
Мост R5000 – двухплечный.
Рисунок 2.8
Rx – сопротивление, эквивалентное потерям.
С0=Сх при равновесии моста, т.к. ток амперметра IμA=0;
tgδ0=tgδx.
-
Электропроводность диэлектриков.
Сквозной ток – направленное движение свободных зарядов.
В диэлектриках сквозной ток – направленное движение свободных ионов (ионов примесей, слабозакреплённые ионы самого диэлектрика), если на диэлектрик подать постоянной напряжение, то зависимость тока от времени имеет вид:
Рисунок 2.9
Мгновенный ток через диэлектрик равен сумме токов сквозного и смещения:
i=iкr+icм
Мгновенный ток смещения зависит от мгновенной поляризации:
iсм=icк+iабc
i
Рисунок
2.10
Rиз – сопротивление изоляции.
Действующий ток – ток, который измеряет прибор.
Действующее напряжение – напряжение, которое измеряет прибор.
Рисунок
2.10
На переменном напряжении i=iск+iсм │iсм│>10│iск│.
На переменном напряжении протекает сумма токов, причём ток смещения значительно превосходит сквозной ток в десятки, сотни и даже тысячи раз, т.е. на переменном напряжении через ёмкость практически протекает ток смещения. Вот почему сопротивление изоляции измеряют на постоянном напряжении а не на переменном.
Сопротивление изоляции изменяется через 1 минуту после подачи постоянного напряжения (из диаграммы), т.к. за это время затухнут токи смещения, ток абсорбции будет равен нулю, и через диэлектрик будет протекать сквозной ток.
RV Рисунок
2.11
Удельное объёмное электрическое сопротивление – это сопротивление куба диэлектрика с ребром 1м, когда ток протекает через противоположные грани.
Величина ρv зависит от:
-
Химической природы. ρv=107..1018 Ом∙м. ρполярн<<ρнейтр.
-
Наличия ионов примесей (Н2О и др.) примесь ρv
-
Старение: примеси Rиз UпрUраб
-
Температура. ρv=f(t) T ρv т.к. увеличивается количество свободных ионов. ρT=ρ0e-αT T – температура. [K-1] – температурный коэффициент удельного электрического сопротивления. Т старение срок службы диэлектрика V=Ae-αT
-
Другие факторы: Наличие воздушных включений. Возможна ионизация, если U>Uи. Uи – напряжение ионизации. При ионизации ионы и электроны, которые образуют токи ионизации, разрушают диэлектрик. При наличии ионизирующих облучений (ультрафиолет, рентгеновское, радиационное)могут появиться дополнительные заряды. ρv Rиз Iск.
Поверхностное сопротивление Ом, Ом.
Рисунок
2.12
Величина ρs зависит от следующих факторов:
-
От химической природы ρs поляр<<ρs нейтр т.к. дипольные молекулы полярного диэлектрика притягивают дипольный молекулы воды. Влаг обладает малым удельным сопротивлением. H2O ρs. 107<ρv др. диэлектриков >ρH2O≈104 Ом∙м.
Нейтральные диэлектрики плохо смачиваются. Гидрофобные диэлектрики отталкивают влагу и вообще на смачиваются водой (воск, парафин, фторопласт4).
-
От состояния поверхности ρs неровн<<ρs гладкой В неровностях накапливаются загрязнения и влага. С гладкой поверхности загрязнения смываются дождём и сдуваются ветром. Отсюда важно покрытие лаком, чтобы затруднить смачивание и проникновение влаги внутрь диэлектрика.
-
От наличия примесей и влаги на поверхности. примесь ρs Uразр. изоляторов