29. Описать характер изменения тока в диэлектрике при подаче на него неизменяющегося во времени напряжения.

Все диэлектрики под воздействием не изменяющегося во времени напряжения пропускают некоторый, хотя и весьма незначительный ток, называемый током утечки I, который складывается из двух составляющих Iv – объемного тока и Is– поверхностного тока.

П ри подключении диэлектрика к не изменяющемуся во времени напряжению в начальный промежуток времени в цепи протекает быстро спадающий ток смещения Iсм плотность которого равна скорости изменения во времени электрического смещение (величины которая характеризует электрическое поле в среде с учётом её поляризационных свойств.) D:

Этот ток спадает за время порядка постоянной времени RC (характеристика, которая определяет скорость изменения напряжения или заряда на конденсаторе при его зарядке или разрядке через резистор). схемы источник-образец, которое очень мало (порядка 10^−13 10^−15с). Таким образом, в первом приближении можно сказать, что этот ток обуславливается зарядкой геометрической емкости.

Однако общий ток продолжает изменяться и после этого. Это спадание может продолжаться в течение нескольких минут и даже часов и обусловлено перераспределением объемных зарядов, а также установлением медленных (в основном) и быстрых видов поляризации. Эту спадающую часть тока называют током абсорбции Iабс.

Со временем, когда произойдет зарядка геометрической емкости, установятся все виды поляризации, произойдет перераспределение объемных зарядов в диэлектрике останется не изменяющийся во времени электрический ток, получивший название сквозного тока Iскв, который обусловлен поверхностной и объемной электропроводимостями

30. Ток утечки в диэлектрике.

Все диэлектрики под воздействием не изменяющегося во времени напряжения пропускают некоторый, хотя и весьма незначительный ток, называемый током утечки I, который складывается из двух составляющих Iv – объемного тока и Is– поверхностного тока.

31. Описать характер изменения электропроводности сухого диэлектрика при изменении температуры.

При температуре выше точки излома А электропроводность определяется в основном собственными дефектами – это область высокотемпературной, или собственной, электропроводности. Ниже излома, в области низкотемпературной, или примесной электропроводности, зависимость более пологая. В отличие от трудновоспроизводимой низкотемпературной области электропроводности, определяемой в основном природой и концентрацией примесей, значение собственной удельной проводимости не зависит от примесей, хорошо воспроизводится и является физической характеристикой данного соединения.

Ионная электропроводность сопровождается переносом вещества: положительные ионы движутся к катоду, а отрицательные к аноду. Электролиз особенно ярко выражен при повышенных температурах, когда ρ мало, и при приложении высоких постоянных напряжений.

32. Описать характер изменения электропроводности (проводимости) пористых увлажненных диэлектриков при изменении температуры.

Пористый диэлектрик при наличии в нем влаги, даже в ничтожных количествах, резко увеличивает свою электропроводность.

33. Описать характер изменения электропроводности (проводимости) непористого примесного диэлектрика при изменении температуры.

При температуре выше точки излома А электропроводность определяется в основном собственными дефектами – это область высокотемпературной, или собственной, электропроводности. Ниже излома, в области низкотемпературной, или примесной электропроводности, зависимость более пологая. В отличие от трудновоспроизводимой низкотемпературной области электропроводности, определяемой в основном природой и концентрацией примесей, значение собственной удельной проводимости не зависит от примесей, хорошо воспроизводится и является физической характеристикой данного соединения.

Ионная электропроводность сопровождается переносом вещества: положительные ионы движутся к катоду, а отрицательные к аноду. Электролиз особенно ярко выражен при повышенных температурах, когда ρ мало, и при приложении высоких постоянных напряжений.

3. Что называется, собственным, а что индуцированным электрическим моментом?

С обственный электрический момент — это электрический момент системы связанных зарядов, которым они обладают без воздействия внешнего электрического поля.

Под действием внешнего эл. поля связанные заряды в диэлектрике смещаются из своих равновесных состояний: положительные в направлении вектора напряженности поля Е, отрицательные в обратном направлении.

В результате этого каждый элементарный объем диэлектрика dV приобретает индуцированный эл. момент dp. Образование индуцированного эл. момента Р в диэлектрике и представляет собой явление поляризации.

4. Описать процесс электронной поляризации в диэлектриках.

Представляет собой смещение центра заряда электронного облака относительно положительно заряженного ядра под действием внешнего электрического поля. Смещению противодействует кулоновское притяжение электронов к ядру. Время установления электронной поляризации очень мало (около 10^−15с), поэтому она практически не зависит от частоты электромагнитного поля вплоть до частот оптических колебаний. Этот вид поляризации не связан с потерей энергии поля, так как упругое изменение конфигурации электронного облака не приводит к рассеянию энергии в виде тепла. Величина ε практически не зависит от температуры. У диэлектриков, обладающих только электронной поляризацией, ε незначительно уменьшается с ростом температуры только в связи с тепловым расширением диэлектрика и уменьшением числа поляризованных частиц в единице объема.

5. Описать процесс ионной упругой поляризации в диэлектриках.

заключается в возникновении упругого смещения связанных ионов из положений равновесия на расстояния, не превышающие постоянную кристаллической решетки, при воздействии внешнего электрического поля.

Время установления ионной поляризации ∼10−13 с. Поэтому у ионных кристаллов ε начинает зависеть от частоты поля в инфракрасном диапазоне (10^12–10^14Гц).

6. Описать процесс дипольной упругой поляризации в диэлектриках.

в некоторых твердых, в большинстве своем органических, диэлектриках дипольно-релаксационная поляризация обычно обусловлена не ориентацией самой молекулы, а ориентацией имеющихся в ней полярных радикалов по отношению к молекуле. Такую поляризацию называют дипольно-радикальной.

7. Описать процесс дипольно-релаксационной поляризации в диэлектриках.

заключается в повороте (ориентации) дипольных молекул в направлении внешнего электрического поля. Дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении, ориентируются в направлении внешнего электрического поля, создавая эффект поляризации диэлектрика

Дипольно-релаксационная поляризация связана с потерей энергии по ля, поскольку поворот диполей в направлении поля связан с преодолением некоторого сопротивления.

При приближении угловой частоты внешнего электрического поля ω=2πƒ к угловой частоте релаксации ωр=1/τ, величина εдр начинает снижаться вследствие инерционности процесса ориентации диполей. Дипольные молекулы за полу период изменения напряжения не успевают полностью переориентироваться по направлению поля. При очень высоких частотах (ω>>ωр) диполи практически не успевают реагировать на изменения внешнего поля и диэлектрик ведёт себя как неполярный. Изменение ε с изменением частоты называют диэлектрической дисперсией.

8. Описать процесс ионно-релаксационной поляризации в диэлектриках.

заключается в смещениях слабосвязанных ионов под действием внешнего электрического поля на расстояния, превышающие амплитуду ангармонических тепловых колебаний.

Поляризация заметно усиливается с повышением температуры

При увеличении частоты величина εир снижается за счет инерционности процесса переориентации

9. Описать процесс миграционной (междуслойной, структурной) поляризации в диэлектриках.

Наблюдается в диэлектриках, содержащих проводящие и полупроводящие включения или слои с различной проводимостью, в композиционных материалах. Время установления: секунды, минуты и даже часы

Этот вид поляризации обычно возможен лишь на низких частотах

10. Описать процесс спонтанной поляризации в диэлектриках.

это вид поляризации возникает под влиянием внутренних процессов в диэлектрике, без внешних воздействий. Диэлектрики, в которых наблюдается спонтанная поляризация относятся к активным диэлектрикам.

Особенностью строения сегнетоэлектриков является наличие в них доменной структуры (подобно ферро- и ферримагнетикам).

11. Как определить диэлектрическую проницаемость диэлектрика, представляющего собой физическую смесь различных ингредиентов?

12. Виды поляризации диэлектриков.

• Электронная,

• Ионная упругая,

• Дипольная упругая.

• Ионно-релаксационная,

• Дипольно-релаксационная,

• Миграционная (междуслойная),

• Спонтанная.

13. Перечислите быстрые и медленные виды поляризации. Чем они отличаются?

Различают 2 ВИДА поляризации:

БЫСТРЫЕ (упругие):

Малое время установления τ. Не приводят к потерям энергии при промышленных частотах.

• Электронная,

• Ионная упругая,

• Дипольная упругая.

МЕДЛЕННЫЕ (неупругие, релаксационные):

Большое время установления τ. Приводят к потерям энергии и нагреву диэлектрика.

• Ионно-релаксационная,

• Дипольно-релаксационная,

• Миграционная (междуслойная),

• Спонтанная.

14. В каких диэлектриках наблюдаются быстрые, а в каких – релаксационные виды поляризации?

1. Нейтральные и слабополярные, способные в основном к электронной поляризации:

• твёрдые – парафин, сера, ПЭ; • жидкие – бензол, трансформаторное масло; • газы – азот, водород.

2. Полярные, электронная и дипольно-релаксационная поляризация:

• органические жидкие; • полужидкие; • твёрдые вещества – компаунды, смолы, целлюлоза.

3. Ионные кристаллы с плотной упаковкой, электронная и ионная (упругая) поляризация:

кварц, слюда, каменная соль, корунд, рутил, первоскит.

4. Неорганические стёкла и керамика, электронная и ионно-релаксационная поляризация:

фарфор, микалекс.

5. Неоднородные диэлектрики, в зависимости от состава способны к любым видам поляризации.

6. Активные диэлектрики, сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики и т.д.

15. Виды диэлектриков по видам поляризационных процессов.

1. Нейтральные и слабополярные, способные в основном к электронной поляризации:

• твёрдые – парафин, сера, ПЭ; • жидкие – бензол, трансформаторное масло; • газы – азот, водород.

2. Полярные, электронная и дипольно-релаксационная поляризация:

• органические жидкие; • полужидкие; • твёрдые вещества – компаунды, смолы, целлюлоза.

3. Ионные кристаллы с плотной упаковкой, электронная и ионная (упругая) поляризация:

кварц, слюда, каменная соль, корунд, рутил, первоскит.

4. Неорганические стёкла и керамика, электронная и ионно-релаксационная поляризация:

фарфор, микалекс.

5. Неоднородные диэлектрики, в зависимости от состава способны к любым видам поляризации.

6. Активные диэлектрики, сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики и т.д.

34. Зависимость относительной диэл. проницаемости от температуры для неполярных диэлектриков (электронная и ионная поляризации; объяснить приведенную зависимость).

35. Зависимость относительной диэл. проницаемости от температуры для полярных диэлектриков (дипольно_релаксационная зависимости). поляризация; объяснить приведенные

Д ипольно-релаксационная поляризация возможна, если межмолекулярные взаимодействия не мешают диполям ориентироваться вдоль поля. С увеличением температуры взаимодействие между диполями ослабляется, что должно усиливать дипольно-релаксационную поляризацию. Однако в то же время возрастает энергия хаотического теплового движения молекул, что уменьшает ориентирующее влияние внешнего электрического по ля. Поэтому, величина дипольно-релаксационной поляризации с увеличением температуры вначале возрастает, пока ослабление сил межмолекулярного взаимодействия пре обладает над возрастанием интенсивности хаотического теплового движения молекул. Затем, когда интенсивность теплового движения молекул будет преобладать (тепловая энергия «разбрасывает» диполи), величина дипольно релаксационной поляризации будет уменьшается