
- •Предисловие.
- •Введение
- •Руководство по изучению дисциплины
- •Проводники
- •1.2. Теплопроводность металлов
- •1.3. Термоэлектродвижущая сила
- •1.4. Зависимость удельного электрического сопротивления металлов от температуры
- •1.5. Электрические характеристики сплавов
- •1.6. Классификация проводниковых материалов
- •1.7. Материалы высокой проводимости
- •1.8. Сплавы высокого сопротивления
- •1.9. Контактные материалы
- •1.10. Сверхпроводники
- •1.11. Высокотемпературные сверхпроводники (втсп)
- •1.12. Криопроводники
- •Контрольные вопросы по теме: «Проводниковые материалы».
- •Проводниковые материалы
- •Полупроводники
- •2.1. Определение и классификация
- •2.2. Основные параметры полупроводников.
- •2.3. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры
- •2.4. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры
- •2.6. Время жизни носителей и диффузионная длина
- •2.7. Основные эффекты в полупроводниках и их применение
- •2.8. Полупроводниковые материалы
- •Контрольные вопросы к разделу Полупроводниковые материалы
- •А) Равна подвижности дырок
- •А) Температурой
- •А) Простыми органическими п/п материалами
- •А) Поликристаллический кремний
- •Задачи и упражнения к разделу Полупроводники
- •Введение
- •3.1 Поляризация диэлектриков
- •3.1.1 Определение поляризации
- •3.1.2 Диэлектрическая проницаемость
- •3.1.3 Классификация диэлектриков на линейные и нелинейные
- •3.1.4 Диэлектрики полярные, неполярные и с ионной структурой
- •Метан сн4
- •3.1.5 Электронная поляризация
- •3.1.6 Ионная поляризация
- •3.1.7 Релаксационные виды поляризации
- •3.1.8 Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, давления, влажности, напряжения
- •Влияние давления на ε учитывается барическим коэффициентом ε
- •3.1.9 Диэлектрическая проницаемость смесей
- •3.2 Электропроводность диэлектриков
- •3.2.1 Зависимость тока от времени приложения постоянного напряжения
- •3.2.2 Токи абсорбции
- •3.2.3 Общее выражение для удельной объемной электропроводности
- •С учетом (3.2.4) получим
- •3.2.4 Поверхностное сопротивление твердых диэлектриков
- •3.2.5 Электропроводность газообразных диэлектриков
- •3.2.6 Электропроводность жидких диэлектриков
- •3.2.7 Электропроводность твердых диэлектриков
- •3.2.8 Зависимость удельной электропроводности от напряженности электрического поля
- •3.3 Диэлектрические потери
- •3.3.1 Определения
- •3.3.2 Полные и удельные диэлектрические потери
- •3.3.3 Потери на электропроводность
- •3.3.4. Релаксационные потери
- •3.3.5. Диэлектрические потери полимеров
- •3.3.6. Диэлектрические потери неорганических диэлектриков
- •3.3.7. Диэлектрические потери в неоднородных диэлектриках
- •3.4. Электрическая прочность диэлектриков
- •3.4.1 Пробивное напряжение и электрическая прочность
- •3.4.2 Электротепловой пробой
- •3.4.3. Пробой газообразных диэлектриков
- •3.4.4. Пробой жидких диэлектриков
- •3.4.5. Пробой твердых диэлектриков
- •3.5. Механические, термические и физико-химические свойства диэлектриков
- •3.6. Газообразные диэлектрики
- •3.7. Жидкие диэлектрики
- •3.8. Полимеры. Общие свойства
- •3.9. Синтетические полимеры
- •3.10. Пластмассы и пленочные материалы
- •3.11. Стекло и керамика
- •3.12. Лаки, эмали, компаунды
- •3.13. Слюда и слюдяные материалы
- •3.14. Активные диэлектрики
- •Задачи и упражнения к разделу Диэлектрические материалы
- •Консультация Напомним, что поляризованность есть электрический момент единицы объема
- •Ответ: 0.025 нм
- •4. Магнитные материалы
- •4.1. Магнитные характеристики
- •4.2. Классификация веществ по магнитным свойствам
- •4.3. Природа ферромагнетизма
- •4.4. Доменная структура
- •4.5. Намагничивание магнитных материалов. Кривая намагничивания
- •4.6. Магнитный гистерезис
- •4.7. Структура ферромагнетиков
- •4.8. Магнитострикционная деформация
- •4.9. Магнитная проницаемость
- •4.10. Потери в магнитных материалах
- •4.11. Электрические свойства магнитных материалов
- •4.12. Классификация магнитных материалов
- •4.13. Основные параметры магнитотвердых материалов
- •4.14. Магнитомягкие материалы
- •Тема 8. Магнито диэлектрики (мд)
- •4.14.1. Технически чистое железо
- •4.14.2. Электротехнические стали
- •4.14.3. Пермаллои
- •4.14.4. Альсиферы
- •4.14.5. Магнитомягкие ферриты.
- •4.14.6. Специальные магнитные материалы
- •14.4.7. Аморфные магнитные материалы (амм)
- •4.14.8. Магнито диэлектрики (мд)
- •4.15. Магнитотвердые материалы
- •Тема 1. Сплавы на основе железа. Тема 2. Металлокерамические магниты Тема 3. Магнитотвердые ферриты Тема 4. Сплавы на основе редкоземельных металлов (рзм)
- •4.15.1. Сплавы на основе железа—никеля—алюминия
- •4.15.2. Металлокерамические магниты
- •4.15.3. Магнитотвердые ферриты
- •4.15.4. Сплавы на основе редкоземельных металлов (рзм)
- •Контрольные вопросы к разделу «Магнитные материалы»
- •А) температуру, при которой значение минимально;
- •Задачи и упражнения к разделу “Магнитные материалы“
- •Термины и определения Термины, использованные в эу в соответствии с госТом 22622 – 77
- •Основные государственные стандарты на электротехнические материалы *
- •Предметный указатель
- •А люминий –15
- •Литература.
- •Содержание
3.13. Слюда и слюдяные материалы
Слюды представляют собой группу материалов, относящихся к водным алюмосиликатам с ярко выраженной слоистой структурой, которая обусловливает высокую анизотропию свойств, то есть неодинаковость физико-механических и электрических параметров в направлении вдоль и поперек слоев. В качестве электрической изоляции в настоящее время применяют два вида минеральных слюд: мусковит и флогопит. Кроме природных слюд применяются также и синтетические. Слюда является весьма ценным природным минеральным электроизоляционным материалом. Использование ее в качестве изоляции крупных турбо- и гидрогенераторов, тяговых электродвигателей и в качестве диэлектрика в некоторых конденсаторах связано с ее высокой электрической прочностью, нагревостойкостью, механической прочностью и гибкостью. Сравнение свойств мусковита, флагопита и фторфлогопита—синтетической слюды приведено в таблице 3.13.1.
Фторфлогопит находит применение в качестве изоляционных материалов в электронных лампах, для окон волноводов, в качестве диэлектрика конденсаторов, работающих до температуры 600-700°С и для др. изделий, применяемых в радиоэлектронике. Кроме того, на основе природной слюды, также как и на основе синтетической слюды может быть изготовлено много различных интересных для техники материалов. Многочисленные новые слюдинитовые и слюдопластовые материалы обеспечивают в настоящее время повышение надежности электротехнического оборудования, улучшения качества и повышение удельной мощности электрических машин.
Таблица 3.13.1
Вид слюды |
Нагревостой-кость |
ρv,Ом·м |
tgδ при частоте 1 МГц |
Плотность кг/м3 |
Мусковит Флогопит Фторфлогопит |
500-600 800-900 1100 |
1012 – 1014
1014 - 1015
|
0,0003 0,0015 0,0002 |
2,6-2,8 2,7-2,8 2,6-2,8 |
3.14. Активные диэлектрики
Диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий и использовать эти воздействия для создания функциональных элементов электроники, относятся к группе активных диэлектриков.
К числу активных диэлектриков относятся сегнето-, пьезо- и пироэлектрики; электро-, магнито- и акустооптические материалы, диэлектрические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами и др.
Сегнетоэлектрики — вещества, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических свойств, которые проявляются лишь в определенном диапазоне температур.
Следствием доменного строения сегнетоэлектриков является нелинейная зависимость их поляризованности от напряженности электрического поля, показанная на рис. 3.1.2, которая носит название диэлектрической петли гистерезиса и резко выраженная температурная зависимость е, в которой максимум е достигается при температуре, соответствующей точке Кюри.
В настоящее время известно несколько сотен сегнетоэлектриков, которые по типу химической связи и физическим свойствам принято подразделять на две основные группы: 1) ионные кристаллы, к которым относятся титанат бария (ВаТiOз), титанат свинца (РbТiOз), ниобат калия (КNbOз), барий-натриевый ниобат (Ba2NaNb5O5) или сокращенно БАНАН и др.; 2) дипольные кристаллы, к которым относятся сегнетова соль (NаКС4Н4O6·4Н2O), триглицинсульфат (NH2СНзСООНз)·Н2SСO4дигидрофосфат калия КН2РO4и др.
Сегнетоэлектрики находят применение для изготовления малогабаритных низкочастотных конденсаторов с большой удельной емкостью; материалов с большой нелинейностью поляризации для диэлектрических усилителей, модуляторов и др. управляемых устройств; в счетно-вычислительной технике для ячеек памяти, для модуляции и преобразования лазерного излучения, в пьезо- и пироэлектрических преобразователях. Сегнетоэлектрики, петля диэлектрического гистерезиса которых по форме близка к прямоугольной, например, такие как триглицинсульфат (ТГС), можно применять в запоминающих устройствах ЭВМ. Электрооптические свойства сегнетоэлектрических кристаллов используют для модуляции лазерного излучения, осуществляемого электрическим полем, приложенным к кристаллу.
Все cегнетоэлектрики обладают пьезоэлектрическим эффектом, однако обратное не справедливо.
Пьезоэлектрики — это вещества с сильно выраженным пьезоэлектрическим эффектом. Прямым пьезоэлектрическим эффектом называют явление поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. При обратном пьезоэффекте происходит изменение размеров диэлектрика под действием приложенного электрического поля.
В различных пьезопреобразователях используют кристаллы кварца, сульфата лития, сегнетовой соли, ниобата и танталата лития. Широко применяется для изготовления пьезопреобразователей пьезоэлектрическая керамика, изготовляемая в основном на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца (сокращенно ЦТС).
К активным диэлектрикам относятся пироэлектрики, то есть диэлектрики, обладающие пироэлектрическим эффектом. Пироэлектрический эффект состоит в изменении спонтанной поляризованности диэлектриков при изменении температуры. К типичным линейным пироэлектрикам относятся турмалин и сульфит лития. Пироэлектрики спонтанно поляризованы, но, в отличие от сегнетоэлектриков, направление их поляризации не может быть изменено электрическим полем. Пироэффект используется для создания тепловых датчиков и приемников лучистой энергии, предназначенных, в частности, для регистрации инфракрасного и СВЧ-излучения. Значительным пироэффектом обладают некоторые сегнетоэлектрические кристаллы, к числу которых относятся ниобат бария стронция, триглицинсульфат-ТГС, ниобат и танталат лития.
Контрольные вопросы к разделу Диэлектрики
Электрической прочностью диэлектрика называют.
а) Напряжениt, при которой происходит пробой
б) напряженность электрического поля, при которой происходит пробой (+)
в) Механическую прочность диэлектрика в сильных электрических полях
Какова должна быть наименьшая толщина изоляции, выдерживающая напряжение 40 кВ, если его электрический прочность равна 20 кВ/мм.
а) 2мм (+)
б) 0,5мм.
в) Данных для решения задачи недостаточно.
г) 5мм.
В основе электрического пробоя твердых диэлектриков лежит явления:
а) Фотоионизации.
б) Ударной ионизации (+)
в) Тепловой ионизации атомов.
Электрический пробой в твердых диэлектриках протекает за время:
а) 1мин.
б) Зависит от природы диэлектрика.
в) 10-810-7с (+)
г) 10-1510-14с
Какая из приведенных зависимостей Uпр от толщины диэлектрика правильна?
а)
3
а) 3 и 2 (+)
Uпр
б) 4 и 2
2 в) только 3
г) только 1
4
1
h
Какое из приведенных ниже соотношений правильно? Е- электрическая прочность соответственно твердых, жидких и газообразных диэлектриков.
а) Еж> Егаз > Етв
б)
ЕжЕтв < Егаз.
в)
Етв
Еж> Егаз (+)
г) Етв > Еж> Егаз
Пленка диэлектрика при электрическом пробое разрушается при напряжении 1,5кВ. Определите толщину пленки, если её электрическая прочность равна 50кВ/м.
а) 0,03 мм (+)
б) 0,3 мм
в) 3 мм
г) 33,3 мм
На рисунке представлены зависимости Uпрот температуры окружающей среды для электрического и теплового пробоя. Какой вид пробоя будет наблюдаться температуре Т1 и Т2?
а) при Т1-
электрический
Uпр.
при Т2– тепловой (+)
б) при Т1- тепловой
при Т2- электрический
в)
одновременно и
электрический
и тепловой
Т1Т2. Т
Влияет ли наличие газообразных включений на электрическую прочность изоляции?
а) да, присутствие газообразных включений увеличивает её электрическую прочность
б) нет, не влияет
в) да, уменьшает электрическую прочность (+)
С какой целью твердую изоляцию пропитывают жидкими диэлектриками?
а) чтобы уменьшить потери
б) чтобы увеличить электрическое сопротивление
в) чтобы увеличить электрическую прочность (+)
В однородных электрических полях с уменьшением площади электродов электрическая прочность диэлектрика:
а) растёт
б) уменьшается (+)
в) остается неизменной
С изменением температуры окружающей среды Uпр при электрическом пробое:
а) значительно уменьшается
б) значительно увеличивается
в) практически не меняется (+)
Единицей измерения электрической прочности диэлектрика в системе Си является:
а) кВ/мм
б) В/м (+)
в) Мв/м
Какие диэлектрики относится к полярным?
а) которые имеют два полюса
в) ток, через которые в прямом и обратном направление различен
г) молекулы которых имеют электрический момент (+)
В неполярных диэлектриках основным видом поляризации является:
а) спонтанный вид поляризации
б) электронный вид поляризации (+)
в) дипольно-релаксационный вид поляризации
Диэлектрическая проницаемость это величина, характеризующая:
а) интенсивность процессов поляризации (+)
б) степень проникновения электрического поля в диэлектрик
в) потери в диэлектриках
Какой вид потерь является преобладающим в полярных диэлектриках в слабых электрических полях?
а) потери на электропроводность
б) потери на поляризацию (+)
в) потери на ионизацию
Угол диэлектрических потерь, это угол, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением.
а) в емкостной цепи до 180о градусов
б) в индуктивной цепи до 90о градусов
в) в емкостной цепи до 90о градусов (+)
К упругой поляризации относятся:
а) электронная и дипольно-релаксационная
б) спонтанная и дипольная
в) электронная и ионная (+)
Изменение диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков от температуры объясняется:
а) изменением времени релаксации частиц, участвующих в поляризации (+)
б) изменением объема вещества
в) изменением скорости движения электронов
Как изменяется емкость плоского конденсатора, если в качестве диэлектрика в нем использовать не плёнку из фторопласта с ε=2, а пластику слюды тех же габаритов: но с ε=8.
а) останется неизменной
б) уменьшится в 4 раза
в) увеличится в 4 раза (+)
Уменьшение диэлектрической проницаемости неполярных диэлектриков с увеличением температуры объясняется:
а) изменением концентрации частиц при тепловом расширении вещества (+)
б) изменением времени релаксации диполей
в) изменением скорости движения электронов
В неполярных диэлектриках зависимость тангенса угла диэлектрических потерь
определяется:
а) зависимостью активной составляющей электропроводности от температуры (+)
б) потерями на поляризации
в) изменением реактивной составляющей тока, протекавшего через диэлектрик
Какие виды потерь присутствуют в полярных диэлектриках, в слабых электрических полях?
а) потери на поляризацию
б) потери на электропроводность
в) потери на поляризацию и электропроводность (+)
Зависимость ε от частоты для неполярных и полярных диэлектриков имеет вид, соответственно:
ε а) 1 и 2
б) 2 и 1
3 в) 2 и 3
г) 3 и 1 (+)
1 2
f
Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует потери
в диэлектриках
а) при постоянном напряжении
б) в переменных электрических полях (+)
в) при импульсной нагрузке диэлектрика
Потери на электропроводность и поляризацию описываются, соответственно графиками:
а) 1 и 3
б) 1 и 2
3 2
в) 3 и 2 (+)
г) 2 и 3
1
t
Какой из перечисленных материалов можно использовать, в качестве высокочастотной гибкой изоляции при температуре 150оС?
а) гетинакс, текстолит
б) поливинилхлорид
в) фторопласт –4 (+)
Для работы в области высоких частот по приведенным значениям ε и
наиболее подходит материал с:
а) ε=1,9.
=0,001.(+)
б) ε=5,5
=0,004.
в) ε=17.
=0,1.
В каком случае при измерении диэлектрической проницаемости была допущена ошибка?
а) ε=2500.
б) ε=5.
в) ε=0,5. (+)