Вопрос 1

Диэлектри́ческая проница́емость среды — физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды и показывающая зависимость электрической индукции от напряжённости электрического поля.

Определяется эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды).

Различают относительную и абсолютную диэлектрические проницаемости.

Относительная диэлектрическая проницаемость ε является безразмерной и показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Эта величина для воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности). Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8 (для статического поля). Диэлектрическая постоянная воды в статическом поле достаточно высока — около 80. Велики её значения для веществ с молекулами, обладающими большим электрическим дипольным моментом. Относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков составляет десятки и сотни тысяч.

Абсолютная диэлектрическая проницаемость используется только с системе СИ, в которой индукция и напряжённость электрического поля измеряются в различных единицах.

Вопрос2

КРИ́ОПРОВОДНИКИ́, металлы, удельное сопротивление которых при охлаждении снижается плавно, без скачков и достигает малых значений при криогенных температурах (см. Низкие температуры). Снижение сопротивления криопроводников при низких температурах достигается за счет уменьшения рассеяния электронов проводимости на тепловых колебаниях кристаллической решетки. Сверхпроводящее состояние в этих материалах не наблюдается.

Так как в криопроводниках при низких температурах основной вклад в величину удельного сопротивления вносит рассеяние электронов проводимости на дефектах кристаллической решетки (в том числе и на примесных атомах), материал должен быть подвергнут отжигу и иметь высокую степень чистоты. В качестве криопроводников при температуре жидкого водорода применяют чистые медь и алюминий (марки А999 с 0.001% примесей), при температуре жидкого азота – технически чистый бериллий (0.1% примесей) (см. Чистое вещество). При температуре жидкого гелия удельное электрическое сопротивление алюминия А999 достигает значений 1.10^-12Ом.м.

Основное применение криопроводников — изготовления токопроводящих жил кабелей и проводов, работающих при температурах жидкого водорода (-252,6^оС) и азота (-195,6^оС).

Вопрос3

ДИЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЕ ПОТЕ́РИ, часть энергии электрического поля, необратимо преобразующаяся в теплоту в диэлектрике, т. е. диэлектрические потери — это электрическая мощность, затрачиваемая на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле.

Потери в диэлектриках наблюдаются как при переменном, так и при постоянном напряжении. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала характеризуется значениями удельных объемного и поверхностного сопротивлений. При воздействии переменного напряжения на диэлектрик в нем, кроме сквозной электропроводности, могут проявляться другие механизмы превращения электрической энергии в тепловую. Поэтому качество материала недостаточно характеризовать только сопротивлением изоляции. Чаще всего для характеристики способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле используют угол диэлектрических потерь, а также тангенс этого угла.

Углом диэлектрических потерь d называют угол, равный разности фаз между векторами поляризации Р и напряженности Е электрического поля, т. е. это угол, дополняющий до 90^о угол сдвига фаз jмежду током и напряжением в емкостной цепи. В случае идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи опережает вектор напряжения на угол 90^о; при этом угол d равен нулю. Чем больше рассеивается в диэлектрике мощность, тем меньше угол сдвига фаз j и тем больше угол диэлектрических потерь и его функция tgd. Тангенс угла диэлектрических потерь непосредственно входит в формулу для рассеиваемой в диэлектрике мощности, поэтому практически наиболее часто пользуются этой характеристикой.

Диэлектрические потери имеют важное значение для материалов, используемых в установках высокого напряжения, в высокочастотной аппаратуре и особенно в высоковольтных, высокочастотных устройствах, поскольку значение диэлектрических потерь пропорционально квадрату приложенного к диэлектрику напряжения и частоте. Материалы, предназначенные для применения в этих условиях, должны отличаться малыми значениями угла потерь и диэлектрической проницаемости. Большие диэлектрические потери в электроизоляционных материалах вызывают сильный нагрев изготовленного из него изделия и могут привести к его тепловому разрушению.

Виды диэлектрических потерь

1) Потери на электропроводность. Обнаруживаются в диэлектриках, имеющих заметную электропроводность, объемную или поверхностную.

2) Релаксационные потери. Обусловлены активными составляющими поляризационных токов. Характерны для диэлектриков, обладающих замедленными видами поляризации, и проявляются в области достаточно больших частот, когда сказывается отставание поляризации от изменения поля. Релаксационные потери наблюдаются и у линейных диэлектриков с ионно-релаксационным и электронно-релаксационным механизмами поляризации. Потери, обусловленные миграционной поляризацией, имеются в материалах со случайными примесями или отдельными компонентами, намеренно введенными в диэлектрик для требуемого изменения его свойств. Случайными примесями в диэлектрике могут быть, в частности, полупроводящие вещества, например, восстановленные оксиды, образовавшиеся в диэлектрике или попавшие в него в процессе изготовления.

3) Ионизационные потери. Свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии.

4) Резонансные потери. Наблюдаются в некоторых газах при строго определенной частоте и выражаются в интенсивном поглощении энергии электромагнитного поля. Резонансные потери возможны и в твердых телах, если частота вынужденных колебаний, вызываемая электрическим полем, совпадает с частотой собственных колебаний частиц твердого вещества.