2.5.3. Полярные жидкие и твердые диэлектрики.

Э

Рис.6. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и частоты для полярных диэлектриков.

ти вещества наряду с электронной поляризацией обладают еще и дипольно-релаксационной. Поэтому диэлектрическая проницаемость у них значительно выше (от 3 до 20 и более). На высоких частотах (больше 10⁶) диэлектрическая проницаемость снижается до уровня такого же, как у неполярных диэлектриков. При увеличении температуры диэлектрическая проницаемость вначале меняется мало, затем резко возрастает до максимума и далее медленно снижается (рис.6).

Наличие максимума объясняется тем, что с увеличением температуры вначале снижается вязкость среды, облегчая процессы поляризации, но затем усиливается дезориентирующее действие теплового движения. Положение этого максимума с увеличением частоты смещается в область более высоких температур. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости TK_εдля полярных диэлектриков не является постоянной величиной, он может принимать и отрицательные значения.

2.5.4. Диэлектрическая проницаемость композиционных материалов. На практике часто приходится иметь дело с диэлектриками, представляющими собой сложные системы, состоящие из смеси химически невзаимодействующих между собой компонентов. Диэлектрическую проницаемость таких композиционных материалов можно определить с помощью формул Лихтенеккера, которая для двухкомпонентной системы имеет следующий вид:

при параллельном включении компонентов –

ε = Θ₁∙ε₁+ Θ₂∙ε₂

при последовательном включении компонентов

1/ ε₁= Θ₁/ε₁+ Θ₂/ε₂

При случайном распределении компонентов, что имеет место в технических диэлектриках, например, керамике, бумаге, пенопласте

lnε= Θ₁∙ln(ε₁) + Θ₂∙ln(ε₂)

где ε,∙ε₁,∙ε₂– диэлектрические проницаемости соответственно смеси и её компонентов; Θ₁, Θ₂– объемные концентрации компонентов (Θ₁ + Θ₂ = 1).

2.6. Электрическое поле при комбинировании диэлектриков.

Для устройств с электрическим полем важно понимать, как изменяется электрическое поле при использовании комбинации двух диэлектриков с разной диэлектрической проницаемостью.

В однородном поле, в межэлектродном зазоре d, напряженность электрического поля может быть вычислена по формулеE=U/d.

Если расположить диэлектрики так, что электрическое поле перпендикулярно поверхности раздела, то значения напряжённости поля в каждом материале обратно пропорциональны диэлектрическим проницаемостям:

Рассмотрим простую задачку. В плоский воздушный конденсатор с зазором dи напряжениемUвводят пластину диэлектрика, которая имеет толщинуd₁, с диэлектрической проницаемостьюε.

Как изменится поле в оставшейся части зазора, и какое поле будет в диэлектрике?

Несложно решить эту задачу, воспользовавшись приведенными выражениями, которые для нашего случая можно переписать как

Е_в(d-d₁)+E_дd₁=U

Е_в ε_в=E_дε_д

Решив систему уравнений, получим

Анализируя эти выражения можно увидеть, что поле в газовой прослойке всегда увеличено, а в диэлектрической - уменьшено.

Тема 3. Электропроводность диэлектриков.

3.1. Общие представления об электропроводности.

3.2.