38. Классификация диэлектрических материалов.

Все диэлектрические материалы имеют молекулярное или ион­ное строение. Молекулы, в свою очередь, образованы из атомов, ато­мы и ионы — из электронов и положительно заряженных ядер. При этом суммарный заряд всех отрицательно и положительно заряжен­ных частиц, образующих диэлектрик как молекулярного, так и ион­ного строения, равен нулю.

Идеальный диэлектрик состоит только из связанных (между собой) заряженных .частиц (свободных зарядов в нем нет). Поэтому электро­проводность в идеальном диэлектрике отсутствует. Под действием приложенного электрического поля все связанные заряженные час­тицы диэлектрика упорядоченно смещаются из своих равновесных состояний только на ограниченные расстояния, а диполи ориентиру­ются по полю; в результате диэлектрик поляризуется — в нем возни­кает электрический дипольный момент. Упорядоченное смещение заряженных частиц и ориентация диполей, вызванные постоянно изменяющимся электрическим напряжением, приводит к образова­нию в материале токов смещения (подробнее см. гл. 3.1 и 8.6).

Способность диэлектриков поляризоваться под действием приложенного электрического поля является их фундаментальным свойством-

Поляризация наблюдается также и в полупроводниках, однако для них она не столь важна и характерна.

В металлических проводниках и магнитных материалах поляризация отсутствует.

Диэлектрические материалы используют в электротехнике в ос­новном для создания электрической изоляции, например, у прово­дов и кабелей, а также для электрической емкости конденсаторов.

Основные электрические характеристики этих материалов — диэлектрическая проницаемость ε, удельное объемное сопротивле­ние ρ, удельное поверхностное сопротивление ρs диэлектрические потери tgδ, электрическая прочность Епр — в конечном счете опре­деляются механизмом и расстоянием смещения связанных заря­женных частиц, а также концентрацией и подвижностью свободных зарядов, т.е. поляризацией и электропроводностью, соответствен­но. Электропроводность и некоторые виды поляризации вызывают диэлектрические потери. По функциям, выполняемым в аппаратуре и приборах, их можно подразделить на электроизоляци­онные и конденсаторные материалы (пассивные диэлектрики) и управ­ляемые материалы (активные диэлектрики) (рис. 7.1).

Электроизоляционные материалы используют для создания элект­рической изоляции, которая окружает токоведущие части электричес­ких устройств и отделяет друг от друга элементы схемы или конструк­ции, находящиеся под различными электрическими потенциалами.

Применение диэлектриков в конденсаторах позволяет получать требуемые значения емкости, а в некоторых случаях обеспечивает оп­ределенный характер зависимости этой емкости от внешних факторов. Диэлектрик конденсатора может запасать, а потом отдавать в цепь электрическую энергию (емкостный накопитель). Иногда конденсатор используют для разделения цепей постоянного и переменного токов, для изменения угла фазового сдвига и т. д.

Некоторые диэлектрики применяют как для создания электричес­кой изоляции, так и в качестве конденсаторных материалов (напри­мер, слюда, керамика, стекло, полистирольные и другие пленки). Тем не менее, требования к электроизоляционным и конденсаторным материалам существенно различаются. Если от электроизоляционно­го материала требуется невысокая относительная диэлектрическая проницаемость и большое удельное сопротивление, то диэлектрик конденсатора, наоборот, должен иметь повышенную ε и малое значение tgδ. Роль диэлектрика в конденсаторе также нельзя считать активной, но конденсатор уже является функциональным элементом в электри­ческой схеме.

Конденсаторы с управляемыми (активными) диэлектриками могут быть использованы для усиления сигналов по мощности, создания различных преобразователей, элементов памяти, датчиков ряда физи­ческих процессов и генерации колебаний. В классификационной схеме рис. 7.1 управляемые диэлектрики в свою очередь подразделены по принципу управления.