12 Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков

Диэлектрическая проницаемость твердых тел может принимать самые различные численные значения. В твердых телах возможны все виды поляризации. Для твердых неполярных диэлектриков характерны те же закономерности, что и для неполяр­ных жидкостей и газов. Это подтверждается зависимостью  (t) для парафина, показанной на рис. 1-5.

Твердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц, обладают электронной и ионной поляризациями и имеют диэлектрическую проницаемость, лежащую в широких пределах. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ионных кристаллов в большин­стве случаев положителен. Исключением являются кристаллы, содержащие ионы титана. На рис . 1-6 представлена температурная зависимость  от температуры для ионного кристалла в случае ТК>0.

Твердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с неплотной упаковкой частиц, в которых наблюдается, помимо электронной и ионной, также и ионно-релаксационная поляризация, характеризуются в большинстве случаев сравнительно невы­соким значением диэлектрической проницаемости и большим положительным температурным коэффициентом ее. Примером может служить электротехнический фарфор,  которого в зависимости от температуры показана на рис. 1-7.

Полярные органические диэлектрики обнаруживают, дипольную поляризацию в твердом состоянии. К таким диэлектрикам относятся целлюлоза и продукты ее пере­работки, полярные полимеры, лед. Диэлектрическая проницаемость указанных материа­лов в большой степени зависит от температуры и от частоты прило­женного напряжения, подчиняясь тем же закономерностям, какие наблюдаются для полярных жидкостей (рис. 1-8).

Диэлектрическая прони­цаемость сегнетоэлектриков велика и имеет резко выраженную за­висимость от напряженности поля и от температуры. Характерной особенностью сегнетоэлектриков является наличие в них диэлектри­ческого гистерезиса (отставание изменений электрической индукции от изменений напряженности электрического поля). На рис. 1-9 показана зависимость  от температуры для керами­ческого сегнетоэлектрика. Температура, при которой  имеет максимум, н азывается температурой (точкой) Кюри.

13 Электропроводность газов

Газы при небольших значениях напряженности электрического ноля обладают исключительно малой проводимостью. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свобод­ных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений заряженных частиц с молекулами.

Внешними факторами, вызывающими ионизацию газа, являются рентгеновы лучи, ультрафиолетовые лучи, космические лучи, ра­диоактивное излучение, а также термическое воздействие (сильный нагрев газа). Электропроводность газа, обусловленная действием внешних ионизаторов, называется несамостоятельной.

Удар­ная ионизация возникает в газе в тех случаях, когда кинетическая энергия заряженных частиц, приобретаемая под действием электри­ческого поля, достигает достаточно больших значений. Электропро­водность газа, обусловленная ударной ионизацией, носит название самостоятельной.

При ионизации газа, обусловленной внешними факторами, происходит расщепление моле­кул на положительные и отрицательные ионы. Одновременно часть положительных ионов, соединяясь с отрицательными части­цами, образует нейтральные молекулы. Этот процесс, как известно, называется рекомбинацией.

На рис. 2-2 показан характер зависимости тока от напряжения. Начальный участок кривой, до напряжения U_н, соответствует области выполнения закона Ома, когда запас положительных и отрицательных ионов достаточный и его можно считать постоянным. Ток пропорционален напряжению на газовом промежутке. По мере возрастания приложенного напряжения ионы уносятся к электро­дам, не успевая рекомбинировать, и при некотором напряжении все ионы, создаваемые в газовом промежутке, будут разряжаться на электродах. Очевидно, что дальнейшее увеличение напряжения уже не будет вызывать возрастания тока, что соответствует горизон­тальному участку кривой рис. 2-2 (ток насыщения при напряжениях от U_н до U_кр).

Т ок насыщения достигается для воздуха в нормальных условиях при расстоянии между электродами в 10 мм и напряженности поля около 0,6 В/м. Реальное значение плотности тока насыщения в воздухе весьма мало и составляет примерно 10^-15 А/м². Поэтому воздух можно рассматривать как совершенный диэлектрик до тех пор, пока не создадутся условия для появления ударной ионизации. При увеличении напряжения ток остается постоянным лишь до тех пор, пока ионизация осуществляется под действием внешних факторов. При возникновении ударной ионизации появляется самостоятельная электропроводность, и ток вновь начинает увеличиваться с возра­станием напряжения.