11. Полярность связей и молекул. Дипольный момент.

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.

Неполярные молекулы состоят из одинаковых атомов (Н₂ — молекула водорода, Cl₂ — молекула хлора, N₂ — молекула азота) или из атомов, имеющих близкие значения электроотрицательности. Такие молекулы имеют симметричную структуру (электронная пара в равной мере принадлежит обоим атомам). Электроотрицательность — способность атомов в химических соединениях притягивать к себе электроны другого атома. Полярные молекулы резко различаются по виду и размерам атомов, и по их электроотрицательности. Такие молекулы образуют несимметричную молекулу (электронная пара смещена в сторону более электроотрицательного атома).В результате у полярных молекул образуется электрический дипольный момент p=ql. где q — электрический заряд; l — расстояние. 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.

12. Диэлектрическая проницаемость композиционных диэлектриков

Композиционные материалы (КМ) — материалы, состоящие из двух и более компонентов и обладающие специфическими свойствами, отличными от суммарных свойств их составляющих. Особенности композиционных материалов: состоят из двух и более компонентов; особое значение имеют свойства материала на границе раздела компонентов; свойства композита не повторяют свойства его отдельных компонентов. Рассм. основные закономерности, использ. для расчета параметров смеси заданного состава. Предположим, что смесь физическая и ее компоненты невступают друг с другом в химические реакции и предполагаем, что зерна компонентов смеси являются однородными и изотропными и обладают опр. параметрами, постоянными по всему объему каждого зерна.

При параллельном соединении.

Получаем выражение для «эффективной» ε∗ неоднородного двухкомпонентного Д.

Обозначим соотношения S1/(S1 +S2)=у1 и у2=S2/(S1 +S2). у1 и у2 представляю собой доли объемного содержания (объемные концентрации) в сложном первого и второго компонентов и у1+у2=1. Окончательно имеем

В случае последовательного соединения

h1/(h1+h2)=у1 и у2= h2/(h1+h2), где h1 и h2 - толщины слоев. Для расчета ε статистич. смесей примен. ф-лы, вывод к-х основан на разл. теорет. предпосылках и эксперим. данных. Широкое примен. нашла ф-ла Лихтенеккера, иначе логарифмический з-н смешения.

13. Электропроводность диэлектриков. Носители заряда.

Электрический ток — упорядоченное перемещение в веществе свободных электрических зарядов под действием электрического поля. Таким образом, необходимым условием возникновения электропроводности в диэлектриках является наличие свободных носителей заряда. В идеальном диэлектрике не содержится свободных зарядов, т. е. все заряды связаны. В реальном же диэлектрике содержится незначительное количество свободных носителей, так как на практике в материалах неизбежны загрязнения (примеси воды, солей, кислот, щелочей и т. д.), т. е. все диэлектрические материалы способны в той или иной степени проводить электрический ток. Электропроводность диэлектриков не является величиной постоянной и зависит помимо агрегатного состояния от наличия и количества ионогенных примесей, температуры, влажности, давления, величины напряженности электрического поля и т. д. При изучении электропроводности необходимо учитывать старение электрической изоляции — необратимое ухудшение диэлектрических характеристик материала в процессе его эксплуатации. В газах свободные носители возникают под действием: внешних ионизирующих факторов (космических, радиоактивных, рентгеновских излучений и высоких температур); внутренних факторов (ударная ионизация под воздействием электрического поля). В диэлектрических жидкостях электропроводность обусловлена: ионами примесей (неполярные жидкости); диссоциацией молекул самого диэлектрика (полярные жидкости); молионами (коллоидными системами), представляющими собой заряженные молекулы. В твердых веществах носителями заряда являются: ионы примесей; слабосвязанные ионы и ионные вакансии самого материала (в керамических материалах и стеклах); свободные электроны и дырки (возникают крайне редко в некоторых видах керамики и полимеров при определенных внешних воздействиях).