если частота вынужденных колебаний, вызываемая электрическим полем, совпадает с частотой собственных колебаний частиц твердого вещества.
3. Дайте определение температурного коэффициента диэлектрической проницаемости. Какой из исследованных конденсаторных материалов обладает наилучшей температурной стабильностью?
Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости
можно определить, воспользовавшись уравнением Клаузиуса–Моссотти. Дифференцируя по
, получаем
.
Разделив и умножив правую часть на
и воспользовавшись, после некоторых преобразований получим
.
Если ввести коэффициент объемного расширения
,
Для газов эта величина порядка
, для жидких и твердых
диэлектриков –
.
Знак минус соответствует уменьшению диэлектрической проницаемости с ростом температуры, что определяется уменьшением концентрации молекул. Однако здесь не учтено деполяризующее влияние теплового движения молекул, кроме того, реальная зависимость может оказаться значительно более сложной (см. рис.).
Качественная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры при электронной(
), дипольно–релаксационной (
), ионно–
релаксационной(
) поляризации от температуры в твердом, жидком и газообразном состояниях Из рисунка видно, что только электронная поляризация дает монотонное
убывание диэлектрической проницаемости с ростом температуры. Это объясняется тем, что поляризуемость частиц при электронной поляризации не зависит от температуры, а концентрация частиц уменьшается в связи с тепловым расширением диэлектрика, причем резкие снижения (прыжки) наблюдаются в точках агрегатных переходов.
4. Какие свойства диэлектрических материалов влияют на значение емкости конденсаторов?
Емкость конденсатора определяется теми же факторами, которые влияют на емкость одиночных проводников: площадь поверхности пластин, расстояние между пластинами, диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами.
5. Почему емкость конденсатора, изготовленного из слюды, с увеличением температуры возрастает, а у конденсатора из полипропилена емкость с повышением температуры уменьшается?
Слюда является полярным диэлектриком, полипропилен неполярным.
С ростом температуры увеличивается подвижность молекул, и поэтому растёт относительная диэлектрическая проницаемость полярного диэлектрика. У неполярного мы наблюдаем банальное тепловое расширение материала, то есть увеличивается расстояние между обкладками.
6. Чем объясняется наличие максимума в зависимости C = f(T) для сегнетоэлектрического конденсатора?
Сегнетоэлектрики обладают спонтанной поляризацией до определённой температуры, которая и выражена точкой максимума на графике зависимости. Каждый сегнетоэлектрик имеет свой температурный максимум (точку Кюри). До данной температуры сегнетоэлектрик постепенно теряет свои особенные свойства (высокая диэлектрическая проницаемость ε (порядка десятка тысяч), нелинейная зависимость поляризации и т.д.), после температуры Кюри сегнетоэлектрик становится обычным диэлектриком. За счёт повышения температуры возрастает кинетическая энергия колебаний ионов, а электростатическая связь между ними ослабевает. Внешнему полю легче оторвать ионы и изменить их положение, соответственно вырастут поляризация и диэлектрическая проницаемость. Также легирование
сегнетоэлектриков позволяет проводить манипуляции с диэлектрической проницаемостью и температурой Кюри. Легирование – это введение примесей, а значит, и введение новых ионов, которые изменяют энергию связи ионов сегнетоэлектрика, изменяя тем самым температуру Кюри и диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектрика.
7. Где применяются материалы, исследованные в работе; каковы их электрические и физико-механические свойства?
Про все исследуемые материалы в общем можно сказать, что они применяются в различных отраслях электротехники и микроэлектроники, в зависимости от их свойств. Конденсаторы, микросхемы, изоляционные покрытия, всё это производится при помощи рассматриваемых материалов.
8. Какие из материалов, исследованных в работе, можно отнести к высокочастотным диэлектрикам?
К высокочастотным диэлектрикам относятся неполярные линейные полимеры с электронной поляризацией, а также некоторые слюды. То есть, из рассмотренных в работе материалов можно выделить полипропилен и слюду (мусковит).
