13. Полярные и неполярные диэлектрики.

Атомы в молекуле диэлектрика могут быть соединены ковалентной связью полярной и неполярной. В связи с этим существует разделение диэлектриков на полярные и неполярные. Различие заключается в том, что неполярные диэлектрики не обладают электрическим моментом в отсутствие электрического поля, а полярные обладают, например ПЭТФ (лавсан). Если на поверхность неполярного диэлектрика положить электроды и подать напряжение, то в каждом атоме вещества произойдет смещение друг относительно друга электрона и ядра. В полярном диэлектрике при тех же условиях ориентация диполей и на поверхности материала появятся заряды.

Полярные диэлектрики по сравнению с неполярными обладают значительно более низкими диэлектрическими характеристиками. Неполярные вещества применяются как лучшие диэлектрики. Особенно они важны для устройств, работающих в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ). Полярные вещества применяются там, где допустима изоляция среднего уровня. Электронная поляризация является единственным видом поляризации для неполярных диэлектриков, у которых ε = 2 – 2,5.

13. Диэлектрические потери в переменном поле.

Потери, обусловленные проводимостью (потери от сквозного тока через диэлектрик). Электропроводность и потери, связанные с электропроводностью, не являются постоянными величинами. Электропроводность зависит от температуры, с ростом которой возрастаетподвижность носителей, и может вырасти их число, например, из-за диссоциации на ионы молекул воды. Этот вид проводимости свойственен всем диэлектрикам (полярным и неполярным). Для неполярных он часто единственный вид диэлектрических потерь. Потери от релаксационных видов поляризации. В этом случае потери вызваны внутренним трением при ориентации диполей. Наиболее значимыми видами потерь данной группы являются дипольно-релаксационные потери для диэлектриков с молекулярным строением и ионно-релаксационные для диэлектриков ионного строения. Особую группу диэлектриков составляют полимеры, так как они состоят из длинных цепных молекул, каждая их которых содержит в себе повторяющиеся элементарные звенья. Подобное строение приводит к тому, что в полимерах могут присутствовать дипольно-сегментальные и дипольно-групповые потери. Дипольно-сегментальные потери вызваны д-с поляризацией, т. е. смещением по направлению электрического поля отдельных отрезков молекул (сегментов). Проявляется этот вид поляризации при температуре большей, чем температура стеклования (температура при которой молекулы приобретают гибкость, а ее отрезки подвижность). Этот вид потерь присущ полярным и неполярным полимерам, а с точки зрения их строения он реализуется для аморфных материалов, а также для аморфных областей кристаллических полимеров. Дипольно-групповые потери вызваны дипольно-групповой поляризацией, которая обусловлена подвижностью полярных групп (–Cl–OH и –F–СООН). Данный вид поляризации свойственен полярным полимерам, аморфным и кристаллическим и проявляется при температуре меньшей температуры стеклования. Ионизационные потери (потери от частичных разрядов) — потери от ионизации газовых включений в твердых и жидких диэлектриках, в первых в виде трещин и пор, а во-вторых в виде пузырьков. Особое место среди диэлектриков занимает целлюлозные материалы и биополимер хитозан, которые содержат поры и воздух во всех своих структурных элементах. Целлюлозные диэлектрики (бумага и картон) используются в пропитанном состоянии для увеличения их электрической прочности. Резонансные потери проявляются при очень высоких частотах, порядка 10¹² – 10¹⁵ Гц, когда период изменения электрического поля соизмерим со временем установления мгновенных типов поляризации. Таким образом, потери при переменном напряжении равны и больше потерь в постоянном электрическом поле и определяются более сложными закономерностями.

13. Электропроводность твердых диэлектриков. В твердых диэлектриках наиболее характерна ионная электропроводность, которая преимущественно обусловлена движением ионов примесей. В кристаллах диэлектриков примеси способствуют ослаблению связей в кристаллической решетке, что приводит к диссоциации самого диэлектрика и появлению собственных носителей заряда. При низких температурах электропроводность твердых диэлектриков обусловлена в основном примесями, а при высоких — собственными носителями, из-за этого возникает излом в зависимости логарифма электропроводности lnγ от обратной температуры. В некоторых случаях изломы могут быть обусловлены различием энергий диссоциаций ионов основного вещества. 1. Зависимость для чисто примесной проводимости.2,3 Зависимость для собственной и примесной проводимостей (для кривой 2 характерно большее содержание примесей).4. Зависимость для чисто собственной проводимости.Для малых температурных интервалов объемное сопротивление можно вычислить по формуле:, где ρ₁ и ρ₂ – удельные сопротивления при температурах t₁ и t₂ соответственно. α – коэффициент, зависящий от природы диэлектрика: для органических диэлектриков α = 0,03 – 0,04, а для неорганических α = 0,01 – 0,015.

13. Слюда.

Слюды представляют группу сложных слоистых алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов, имеющих кристаллическую структуру. Характерной особенностью кристаллов слюды является способность расщепляться на тонкие платины толщиной до 5 мкм. Существует около тридцати различных типов слюды, однако лишь три из них находят широкое промышленное применение. Мусковит и флогопит применяются в электро- и радиотехнике как диэлектрики, вермикулит используется в строительстве как теплоизоляционный материал. Фактически химический состав природных слюд значительно сложнее, в результате замещений в них присутствуют также другие элементы (оксиды металлов, фтор, хлор). Крайне нежелательные примеси — магнитные окиси железа (магнетит). Примеси в основном залегают по плоскостям спайности, что ведет к резкому снижению свойств в этом направлении. Помимо высокой нагревостойкости слюдам присуща высокая короностойкость (10 класс) Данное качество очень важно для материалов, применяемых в высоковольтных установках. Для слюд характерна высокая стойкость к механическому истиранию, что имеет большое значение для изоляции электрических машин из-за наличия в них вращающихся деталей. Слюда расщепляется до пластинок, толщина которых 5-45 мкм, полученная щипаная слюда используется для производства клееной слюдяной изоляции. Путем склейки слюды связующим изготавливают широкую гамму различных композиционных материалов. Расщепление пластин площадью более 10 см² осуществляется вручную. Из лучших сортов мусковита изготавливают штамповкой пластин прямоугольного формы (слюда конденсаторная), а также фасонные детали для различных электронных приборов и телевизоров. Помимо этого, широкое распространение получили композиционные материалы на основе слюдяных бумаг (слюдинитовой и слюдопластовой), применение которых позволяет исключить ручной труд и полностью механизировать производство, повысить электрическую прочность (измельченные частицы слюды более плотно укладываются в материале по сравнению со щипаной слюдой) и геометрические размеры (площадь) диэлектрика.