§4.4 Диэлектрлік қыздырудың физикалық негіздері

Айнымалы электр өрісінде диэлектриктер және жарты өткізгіштер арқылы өтетін, электр тогын қолдану, диэлектрлік қыздырудың негізі болып табылады, және ол басқа қыздырулардың түрінен ерекшеленеді.Энергетикалық көзқарас жағынан, мұндай қыздыру ең тиімді болып есептеледі, өйткені ол бар болған кезде, барлық энергия қыздырылып жатқан материалдың массасына жиналады.

Технологиялық белгісіне қарай жоғары жиілікті диэлектрлік қыздырулардың қондырғыларын үш түрге бөледі.

Бірінші түрдегі қондырғылар біртекті электр өрісінде жылдам қыздыруды талап ететін, үлкен бұйымдарды өндірісті өңдеу процесі үшін қолданылады:қылшық немесе мақта талшықтарын кептіру,целюлозалар және орман материалдарын, фарфор бұйымдарын және үлкен электр изоляторын күйдіру, дыбыс және жылу изоляцияланған материалдарды өндіру, пластмассаларды және полимерлі қабыршақтарды дәнекерлеу.

Екінші түрдегі қондырғылар бойланған жалпақ бұйымдарды қыздыру үшін қолданылады:тоқыма талшығын кептіру, матадағы суреттер, қағаздар, фотопленкалар, химиялық және фармацевтикалық аспаптар, желімнің полимерленуі, каучукты қыздыру, пастеризациялау және т.б

Үшінші түрдегі қондырғыларда жылдам және біртекті қыздыруды талап етпейтін, процесстерде қолданылады: өнімдерді жібіту, қарапайым керамикалық бұйымдарды күйдіру,саңылауқұлақтарды кептіру, шай және т.б

Сапасы жоғары қыздыруды қолдану өнімнің сапасын арттырады, технологиялық процесстерді жылдамдатады, және күрделі өндіріс кезінде, қондырғының жоғары құнына қарамастан, үнемделеді.

Электр өрісіне салынған диэлектриктің бөлшектері, мезаникалық әсерге душар болады, ол оң зарядталған бөлшектерді ьір жаққа,ал терісін- екінші жаққа жылжытады. Нәтижесінде оң және теріс бөлщкетердің электр әрекетінің центрі сәйкес келмейді,және сыртқы кеңістікте мұндай молекула диполь болып саналады, яғни екі теңдіктің жүйесі, бірақ зарядтары қарама-қарсы және болады, және олар бір бірінен арақашықтықта жылжыған (4.13, а сурет).Мұндай диэлектрик, бір бағытта болған дипольден тұратындықтан , поляризацияланған деп аталады.Заряд бөлшегінің жылжуға туындысын дипольдің электр моменті деп атайды , ол электр өрісінің кернеулігімен байланысты қатынасымен анықталады, мұндағы - серпімді деформация молекуласының немес атомының- олардың поляризацияланғаны.

4.13 Сурет. Электр өрісіндегі диэлектрик поляризациясының түрлері

а-атомдардың поляризациясы; б-поляризацияның хабардар болуы

Поляризацияның бірнеше түрін ажыратады.

Атомдардың электронды поляризациясы электрон бұлтын атом ядросын байланысты жылжыту және соңғы индуцияланған диполь моментін алу (4.13, а сурет).Электрондардың өзіндік тербелуі құрайды, бұл уақыт аралығында электронның поляризациясы да орнатылады.

Молекулалардың иондық поляризациясы иондарды қатты диэлектриктерге ионды криссталды тор арқылы жылжытады ( және иондары-ас тұзында). Тордың өзіндік тербелу периоды құрайды. Серпімді ионды поляризацияның уақыты сол тәртіпте болады.

Хабардар болу поляризациясы молекуласы бар диэлектриктерде орын алады, олар электр өрісіне қарамастан қатты дипольдарды құрайды. Поляризация жарым-жарты бұрылу кезінде көрінеді,және дипольдерді сыртқы электр өрісі арқылы бөледі (4.13,б сурет).Бұл серпімді жылжудың поляризациясы, қатты және сұйық диэлектриктерде пайда болады, оның полярлы молекулалары бір бірімен байланысқан , сондықтан электр өрісінің әсерінен тек кішкентай бұрышқа ғана бұрыла алады.

Диэлектрик поляризациясы тек тұрақты ғана емес, айнымалы электр өрісінде де болады. Мұндай жағдайда, поляризацияның бағыты өріс жиілігімен өзгереді, серпімді дипольдер дірілдейді, қатты дипольдер түзу және кері бағытта бұрылады. Зарядтардың орын ауыстыруы жүреді, яғни диэлектрик арқылы электр тогы өтеді. Диэлектрикті конденсатор қоршауларының арасына орналастырған кезде,және оған жоғары жиілікті генератордан кернеу беріледі, онда тізбек тогы бұл генератор арқылы жабылады.

Поляризация энергия шығындарымен түсіндіріледі, ол молекула және орын ауыстыратын диполь (дипольдің шығындары) арасынды үйкелісті (үйкелістің шығындары) болдыртады. Энергия шығыны диэлектрикте немесе қыздырудың жартылай өткізгіштерінде жүреді, оның жылдамдығы өрістің өзгеру жиілігімен анықталады. Поляризация кезіндегі шығындар сыртқы өріс қатынасы бойынша молекулалардың кешігіп жылжуына әкеледі.