4.1 Общие сведения о диэлектриках

Диэлектрические материалы характеризуются рядом показателей свойств, большинство из которых имеет условный характер. Эти пока­затели делятся на определенные группы. Различают, например, показа­тели физических, механических, электрических, тепловых свойств и т. п.

Особо важны показатели электрических свойств диэлектриков. Это удельная электрическая проводимость σ (или удельное электрическое сопротивление ρ), относительная диэлектрическая проницаемость , коэффициент диэлектрических потерь tgδ и электрическая прочность Е.

Степень важности отдельных свойств зависит от применения данного материала. Для электроизоляционных материалов важнейшими являются их удельная электрическая проводимость и электрическая прочность, а для диэлектриков в конденсаторах – относительная диэлектрическая проницаемость  и угол диэлектрических потерь tg. Между упомянутыми показателями свойств существуют важные физические взаимосвязи. Они взаимно дополняют друг друга, поэтому необходимо знать все эти показатели. Необходимо подчеркнуть, что все они зависят от многих факторов и потому их нельзя считать константами мате­риала.

В зависимости от вида применения материала к этим четырём важнейшим показателям свойств могут быть добавлены и другие. Многие электроизоляционные материалы кроме своей электроизоля­ционной функции выполняют и механические функции. Такие электро­изоляционные материалы должны одновременно иметь и очень хоро­шие механические свойства. В ряде случаев применения через электро­изоляционные материалы в окружающую среду переходит теплота, образующаяся при протекании тока через проводники, которые эти материалы изолируют. В этом случае в число важнейших свойств попадают и тепловые свойства. Во многих случаях решающими явля­ются и другие показатели свойств электроизоляционных материалов.

Применение диэлектриков в конденсаторах позволяет получать требуемые значения ёмкости, а в некоторых случаях обеспечивает оп­ределенный характер зависимости этой ёмкости от внешних факторов. Диэлектрик конденсатора может запасать, а потом отдавать в цепь электрическую энергию (ёмкостный накопитель). Иногда конденсатор используют для разделения цепей постоянного и переменного токов, для изменения угла фазового сдвига и т.д.

Некоторые диэлектрики применяют как для создания электричес­кой изоляции, так и в качестве конденсаторных материалов, напри­мер, слюда, керамика, стекло, полистирольные и другие плёнки. Тем не менее, требования к электроизоляционным и конденсаторным материалам существенно различаются. Если от электроизоляционно­го материала требуется невысокая относительная диэлектрическая проницаемость и большое удельное сопротивление, то диэлектрик конденсатора, наоборот, должен иметь повышенную  и малое значение tgδ. Роль диэлектрика в конденсаторе также нельзя считать активной, но конденсатор уже является функциональным элементом в электри­ческой схеме [1-2,4-5].

Конденсаторы с управляемыми (активными) диэлектриками могут быть использованы для усиления сигналов по мощности, создания различных преобразователей, элементов памяти, датчиков ряда физи­ческих процессов и генерации колебаний. В классификационной схеме (рисунок 4.2) управляемые диэлектрики, в свою очередь, подразделены по принципу управления.

В дальнейшем классификация материалов осуществлена на осно­ве особенностей строения их в тех состояниях, в которых их применяют на практике, а, следовательно, на основе особенностей их свойств. К та­ким особенностям относятся: инертная высокополимерная структура пластичных в технологии материалов – пластмасс, высокоэластичное состояние других полимерных материалов – эластомеров (каучуков), волокнистое строение, монокристалличность, поликристалличность, стеклообразное состояние или многофазность. Из-за разнообразия применяемых на практике диэлектриков, различия их свойств и неко­торых исторически сложившихся традиций подразделения материалов такую классификацию не всегда удаётся строго выдерживать [1,3,7].

Рисунок 4.2 – Классификация диэлектриков