Основные свойства и характеристики диэлектриков.

1.Удельное сопротивление (проводимость).

Ом×м; концентрация носителей . Особенность диэлектриков – почти всегда ионный нрав проводимости (а не электрический). В безупречном диэлектрике носителей заряда нет Þ r ® ¥. Реально: есть примеси снутри материала, есть увлажнённость и загрязнённость поверхности эталона Þ возникает сквозной большой и поверхностный токи. Различают объёмную и поверхностную удельную проводимость γ (удельное сопротивление ρ).

[ Ом Основные свойства и характеристики диэлектриков.×м] в СИ – сопротивление куба с ребром 1м.

[ Ом], где – поверхностное сопротивление эталона, шириной d и длиной l.

Þполная проводимость твердого д/э:

Ток в диэлектриках появляется в итоге ионизации под воздействием:

а) нагревания, т.е.температуры ( )

б) эл. поля с напряженностью Е (вероятна ударная ионизация)

в Основные свойства и характеристики диэлектриков.) химического старения (f(t) , где t-время)

г) разных видов излучения (рентгеновское, радиоактивное, ультрафиолетовое и др.)

д) наличия примесей

а) , где А – коэффициент, характеризующий подвижность и концентрацию диссоциированных ионов ;

b = , где - энергия освобождения ионов, - энергия перемещения ионов, К – неизменная Больцмана.

При повышении температуры проводимость растёт прямо до термического пробоя твердого диэлектрика.

б Основные свойства и характеристики диэлектриков.) Е для газов

I

I II III

U

I – повышение тока, вызванное наружными факторами (излучением) Þ несамостоятельная проводимостьg, концентрация ионов » const. Þ производится закон Ома. II – процесс добивается насыщения: все ионы уносятся к электродам, не успевая рекомбинировать. III – самостоятельная g появляется в итоге ударной ионизации.

в) При старении молекулы могут распадаться на ионы, Þ число Основные свойства и характеристики диэлектриков. носителей возрастает, а удельное сопротивление падает.

д) Примеси заносят дополнительных носителей (ионы и даже электроны) раздельно стоят влажностные характеристики. Размер молекулы воды 2,7× м, что позволяет ей просачиваться в поры, даже таких материалов, как стекло. Присутствие воды уменьшает сопротивление материалов, потому что . Оказывает влияние пористость и смачиваемость материала.

1. церезин 2. щелочное Основные свойства и характеристики диэлектриков. стекло 3. фенопласт

Влажностные характеристики диэлектрика оцениваются гидростойкостью – это способность сохранять характеристики при воздействии воды. Фактически не пропускают воду только металлы, стёкла и керамика. Поверхностная проводимость тем ниже, чем меньше пористость вещества, чище поверхность и чем тщательнее она отполирована.

2. Электронная крепкость.

. При превышении диэлектрик теряет характеристики изоляционного материала (резко падает сопротивление Основные свойства и характеристики диэлектриков.). Явление именуется пробой диэлектрика. – пробивное напряжение; h - толщина диэлектрика. [ МВ/м] – комфортно воспользоваться [В/м]. Одним из основных причин, содействующих пробою, является наличие примесей. Вызывается как электронными , так и термическими процессами в теле. Припас эл. прочности æ =

3.Поляризация и диэлектрическая проницаемость.

Сущность поляризации состоит в том, что при внесении диэлектрика Основные свойства и характеристики диэлектриков. в электронное поле нарушается симметрия рассредотачивания зарядов. Заряды обратных символов, смещённые наружным полем , образуют диполи, поле которых действует навстречу наружному Е и компенсирует часть его.

5 2Xx/ByLhnP7K8IvP6NAw0z4cyEThFJRZyU32cxAcl/kSxF7BqshBNrX8j9/8AAAA//8DAFBLAQIt ABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10u eG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF Основные свойства и характеристики диэлектриков.9yZWxzLy5y ZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAPidCW3xAQAA7gMAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9E b2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAN43SXfbAAAABgEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAASwQAAGRycy9k b3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAABTBQAAAAA= " strokecolor="black [3200]" strokeweight="2.5pt"> + -

V

После внесения в зазор диэлектрика (Е> ) показания V уменьшаются и для восстановление показаний следует подвести дополнительный заряд.

Главные виды поляризации.

а) Моментальная поляризация под действием электронного поля Основные свойства и характеристики диэлектриков., упругая, без рассеяния энергии. Сюда относятся: I электрическая и II ионная.

I. Упругое смещение и деформация электрических оболочек атомов и ионов. @ сек

II. Свойственное для жестких тел с ионным строением и обоснована смещением упруго связанных ионов. @ сек. C повышением усиливается в итоге ослабления упругих сил. Заряд на обкладках конденсатора зависимо Основные свойства и характеристики диэлектриков. от U

Линейный ДЭ,

б) Релаксационная поляризация. Совершается не одномоментно и сопровождается нагревом диэлектрика.

Дипольные молекулы, находящиеся в беспорядочном термическом движении, отчасти ориентируются по полю, если молекулярные силы не препятствуют ориентации. Поворот диполей в вязкой среде просит преодоления некого сопротивления, как следствие, энергопотери. Время релаксации находится в зависимости от . При комнатной Основные свойства и характеристики диэлектриков. температура для разных диэлектриков оно составляет .

Площадь эллипса равна энергии, поглощенной ДЭ за период

в) Спонтанная (самопроизвольная) поляризация.

Существует у сегнетоэлектриков (сегнетова соль, титанат бария). У таких веществ имеются домены – области самопроизвольной предельной поляризованности, владеющие электронным моментом в отсутствии наружного напряжения. Ориентация моментов беспорядочная, как следует, результирующий момент Основные свойства и характеристики диэлектриков. = 0. При приложении поля- очень сильный эффект поляризации. В отличие от других видов поляризации имеется область насыщения.

Нелинейный ДЭ: S петли численно равна энергозатратам на переполяризацию

Способность материала к поляризации характеризуется диэлектрической проницаемостью. ∃ - абсолютная, либо e - относительная диэлектрические проницаемости. Абсолютная диэлектрическая проницаемость – это коэффициент взаимозависимости меж векторами электронного смещения и Основные свойства и характеристики диэлектриков. напряжённости электронного поля .

; (D = Q/S) ; / ; где Ф/м диэлектрическая неизменная (д/э проницаемость вакуума).

Относительная д/э проницаемость указывает во сколько раз данного материала отличается от

Интересно, что существует связь ε0=1/(μ0*с**2),

где μ0 – магнитная проницаемость вакуума, с – скорость света.

Для газов: e @ 1, для неполярных жидкостей: e = 2...2,5, для полярных жидкостей: e = 3,5...5, для твёрдых Основные свойства и характеристики диэлектриков. диэлектриков неполярных: e = 2...10 (полярных e до нескольких сотен), для сегнетоэлектриков: e = (0,5...2) .

e находится в зависимости от t и от f , у сегнетоэлектриков от Е. Для большинства диэлектриков e возрастает при увеличении температуры, e миниатюризируется при возрастании f. У сегнетоэлектриков при нагревании существует точка Кюри. Выше этой температуры Основные свойства и характеристики диэлектриков. происходит обратимое разрушение доменов и исчезновение сегнетоэлектрических параметров.

4. Утраты в диэлектриках. Тангенс диэлектрических утрат.

Схема замещения реального конденсатора.

Утраты Р = U×I×cosj = wC×tg δ

Cos j = sin δ » tg δ (потому что угол мал) – охарактеризовывает уровень диэлектрических утрат, не находится в зависимости от схемы замещения и указывается в справочниках для обычных Основные свойства и характеристики диэлектриков. критерий.

1/ tg δ – добротность изоляции.

Удельные утраты р = =

Е – напряжённость электронного поля в диэлектрике площадью S, шириной h, etg – коэффициент диэлектрических утрат. Для разных диэлектриков tg δ находится в зависимости от f и t и Е. Зависимости tg δ от температуры t в ℃

Точка А- начало ионизации, точка В- конец ионизации Основные свойства и характеристики диэлектриков.. Дальше насыщение.

5. Физико-химические и механические характеристики.

См. стр.60-65 методички «Радиоматериалы и радиокомпоненты»

6. Эффекты в диэлектриках.

1) Электрострикция- эффект конфигурации линейных размеров вещества при приложении к нему электронного поля. Наблюдается полностью во всех субстанциях. Связь меж деформацией и электронным полем является квадратичной, как следует, при перемене знака эффект сохраняется Основные свойства и характеристики диэлектриков.. Более ярко проявляется у сегнетоэлектрических релаксаторов, также у PMN- керамики (Pb , ). НАСА удалось убрать проблемы в оптической системе телескопа Хаббл после его пуска в космос.

2) Пьезоэлектрический эффект.

Появление поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (другими словами на поверхности диэлектрика образуются заряды).

Существует оборотный пьезоэффект- появление механических деформаций под действием электронного Основные свойства и характеристики диэлектриков. поля. Пьезоэффект наблюдается в нецентросимметричных диэлектриках.

Разглядим механическую модель такового диэлектрика, когда связь меж атомами занесены пружинами жёсткостью k, можно представить схемой

где g- пьезоэлектрический коэффициент – пьезомодуль

Т – механическое напряжение

D – электронное смещение

А = – коэффициент ацентричности

Если при = , то наблюдается прямой и оборотный пьезоэффект. Если А = 1, то пьезоэффект отсутствует. Если же при всем Основные свойства и характеристики диэлектриков. этом , то наблюдается пироэффект (возникновение заряда на поверхности под действие тепла). Пьезоэлектрики имеют широкую гамму внедрения. (См. рис.4-12. методички «Радиоматериалы и радиокомпоненты»)

Пьезотрансформатор:

Простой поперечно-поперечный трансформатор. Под действием - прямой пьезоэффект – р, под действием р – оборотный пьезоэффект ® .

Применение: ЗУ, преобразователь модуляции АМ в ЧМ, делители и умножатели частоты (параметроны), резонаторы, пьезодатчики, пьезодвигатели Основные свойства и характеристики диэлектриков., часы, пьезоэлектр. звонки, пьезоусилители и почти все другое. Они все отличаются очень малым потреблением энергии. А не так давно изобрели куртку из пьезоткани, вырабатывающую электричество.

3) Пироэффект – возникновение заряда на поверхности при воздействии тепла (при уменьшении либо увеличении температуры).

Применение: приборы ночного видения очень высочайшей чувствительности (добивается В Основные свойства и характеристики диэлектриков./град), указатель температуры.

4) Электретный эффект – способность диэлектрика продолжительно сохранять наэлектризованное состояние и создавать в окружающем пространстве электронное поле (подобно неизменным магнитам, создающих магнитное поле).

Механизм состоит в том, что вязкость диэлектрика при воздействии температуры (термоэлектреты) либо облучении светом (фотоэлектреты) миниатюризируется. Диполи поначалу ориентируются по полю, потом, после снятия воздействия Основные свойства и характеристики диэлектриков. вязкость увеличивается, а диполи сохраняют полученную ориентацию (поляризацию)

Применение: в технике связи, электрофотографии.

5) Оптоэлектрический эффект.

Зависимость показателя преломления света от .

n = f( ) = f(Е) – линейный (эфф. Поккельса)

n = f( ) – квадратичный (эфф. Керра).

Наблюдается в водянистых кристаллах – бесформенных субстанциях, владеющих резкой анизотропией (как в кристаллах) электронных и оптических параметров Основные свойства и характеристики диэлектриков.. Термохромный эффект – изменение цвета под действием температуры.

Сегнетоэлектрические кристаллы: ниобат лития, прозрачная сегнетоэлектрическая керамика, цирконат титанат свинца, измененный лантаном, (ЦТСЛ- керамика) (эффект усиливается поблизости точки Кюри).

Применение: для построения знакоиндикаторов, светофильтров, модуляторов света (запись звука на киноплёнку).

Пассивные диэлектрики.

1) органические полимеры (содержат в составе углерод С). Получаются из мономеров при Основные свойства и характеристики диэлектриков. больших давлениях и температурах. Образуют или линейную, или пространственную цепочку.

Линейные – термопластичные (т.е. неоднократно размягчаются при нагревании и отвердевают при охлаждении, не вступая в хим. реакции ).

Пространственные – термореактивные (т.е. хим. активны, после отвердевания характеристики изменяются, при определённых критериях вступают в хим реакции).

Полимеризация.

- целофан: неполярен, r= ¸ Ом Основные свойства и характеристики диэлектриков.×м; e=2,3¸2,4 ; tg δ=(2¸5) ; = 100 мВ/м. При степени полимеризации n ³ 1250 становится твёрд. (степень полимеризации – число мономерных звеньев в молекуле). Подменой атомов Н можно получить диэлектрики с разными качествами.

- полифторэтилен – плёнка с пьезоэффектом.

-фторолон-4 (фторопласт-4) тефлон (!). Выходит полимеризацией тетрафторэтилена F2C=CF2.

Наилучший диэлектрик! Неполярный. Нагревостойкость до 300 С. r Основные свойства и характеристики диэлектриков. @ Ом×м, e=1,9...2,2 ; спектр частот до Гц; tg δ = (1..3)× ; = 200 мВ/м. Обл. высочайшей хим стойкости превосходящий платину и золото. При нагревании до 415℃ разлагается, Þ обыденные способы формовки не используются. Изделия получают способом спекания при t » 380 С.

Недочет: высочайшая цена, трудности технологии.

- фторолон-3. Практически не уступает фторопласту-4: r @ Ом Основные свойства и характеристики диэлектриков.×м ; нагревостойкость t=130 С; полярен (потому что несимметричное строение молекул); tg δ очень находится в зависимости от t и r. Разработка ординарна!

Порошковые пластмассы – фенолформальдегидные смолы с наполнителем. К примеру, бакелит (русский аналог – карболит). Термореактивны r @ Ом×м, e = 4,5 ; tg δ = 0,01.

Слоистые пластики. Наполнитель – волокнистые материалы (гетинакс – наполнитель бумага, текстолит – наполнитель Основные свойства и характеристики диэлектриков. ткань, стеклотекстолит – наполнитель стеклоткань).

2. Стекла – неорганические квазиаморфные вещества. Сложные системы разных оксидов (SiO2.B2O3). Кварцевое стекло - неплохой частотный ( Гц) диэлектрик r @ Ом×м. e (при t=20 С)=3.8 ; tg δ = 2× . Применяется в световодах. Выходит из SiO2 при t >1700С; Имеет меньший коэффициент линейного расширения из всех веществ вообщем. Очень высочайший предел прочности на Основные свойства и характеристики диэлектриков. сжатие (до 2100 МПа). Обладает высочайшей прозрачностью прямо до λ=4мкм (начиная с ультрафиолетового λ=160 нм).

Борсиликатное стекло – окись бора и окись кремния. Вольфрамовое и молибденовое стекло и другие. Диэлектрическая проницаемость всех стекол возрастает при увеличении температуры.

Типы стекол определяется предназначением.

1) Конденсаторные стекла – для диэлектрика конденсатора. Обязан иметь завышенный Основные свойства и характеристики диэлектриков. коэффициент и малый tg δ.

2) Установочные стекла – для производства установочных деталей, разных изоляторов (антенн, опор и др.)

3) Ламповые стекла – для производства баллонов осветительных и электрических ламп. Требование: близкий к применяемому металлу (вольфрам, молибден, платина) коэф. температурного расширения.

4) Стекла с наполнителем, к примеру, микалекс – пластмасса жаркой штамповки из стекла и слюдяного порошка Основные свойства и характеристики диэлектриков..

r = .. Ом×м, = 6.0…8.5, tg δ=(3...10)× ; =(10¸20)МВ/м

3. Ситаллы – изготовляются оковём искусственной кристаллизации стекол особым составом ( СИ-силикат, АЛЛ-от кристалл) .Занимают промежуточное место меж стеклом и керамикой.

r = ... Ом×м, = 5 7, tg δ=(1...80)×

Применение: Для производства ответственных изделий. Имеют высшую механическую крепкость, высшую точность размеров изделий, чистоту поверхности, пониженную хрупкость

Установочные ситаллы Основные свойства и характеристики диэлектриков. употребляются в качестве подложек ИМС и СВЧ-детаей пленочных резисторов.

Конденсаторные ситаллы владеют завышенной электронной прочностью по сопоставлению с глиняними конденсаторами.

4. Керамика – неорганические материалы, которые при изготовлении изделий подвергаются неотклонимому обжигу(спеканию) при t>1300С.

Традиционный – изоляторный фарфор. Главные составляющие кристаллический кварц SiO2, корунд Al2O3 и полевой шпат. Низкочастотный, огромные утраты Основные свойства и характеристики диэлектриков. (tg δ= ).

Керамика с низкой : радиофарфор (фарфор с введением тяжёлого оксида BaO, по этому tg δ миниатюризируется, r увеличивается).

Ультрафарфор (tg δ миниатюризируется, r больше, чем у обыденного фарфора; характеризуется огромным содержанием глинозёма Al2O3). Это частотный диэлектрик).

Алюмооксид (в главном состоит из оксида алюминия (95.99%), высочайшее r, малый tg δ (2...3), =10, = 1600 ℃, очень высочайшая механическая Основные свойства и характеристики диэлектриков. крепкость). Применяется в качестве вакуумплотных изоляторов в корпусах полупроводниковых устройств и подложек ИМС.

Керамика с высочайшей (конденсаторная): для производства глиняних конденсаторов – малая масса и габариты. Основная составляющая часть – диоксид титана TiO2. = 100 (в спектре f до Гц), tg δ=(2..20)× . Базу низкочастотной конденсаторной керамики составляет титанат бария BaTiO3 и твёрдые смеси Основные свойства и характеристики диэлектриков. с сегнетоэлектрическими качествами: e = 900...8000, но нестабильна (находится в зависимости от t, f, E).

5. Волокнистые материалы: х/б нити, шелк, стеклонити – из их создаются ткани. Связующие пропитки определяют диэлектрические характеристики тканей.

6. Пропиточные воды: лаки, клеи, компаунды, смолы. Служат для пропитки и сотворения защитных покрытий.

7. Материалы для твердотельных лазеров

а) Самый 1-ый – рубин Основные свойства и характеристики диэлектриков. (накачка- газоразрядной лампой(λ=0,694мкм)

Стекла и кристаллы, активированные редкоземельными металлами.

б) Алюмоиттриевый с легированием неодимом (λ =1.32 мкм). Применение: обработка материалов, лазерные дальномеры, целеуказатели. Самый распространённый лазер высочайшей мощности. Работает в импульсном режиме.

Активные диэлектрики.

Такие, которые очень изменяют свои свойства под воздействием наружных критерий.

1) Сегнетоэлектрики. e = f (E Основные свойства и характеристики диэлектриков., t, æ), æ- механическое воздействие.

Традиционный: сегнетова соль: NaKC4H4O6*4H2O

Др. сегнетоэлектрики: титанат бария BaTiO3. Титанат кальция CaTiO3, ниобат лития LiNbO3. При внедрении добавок существенно меняется и температура точки Кюри. К примеру, BaTiO3 + SrTiO3 (в % обозначено количество BaTiO3). Зависимость ε от температуры в ℃

Применение: Компактные низкочастотные конденсаторы с большой удельной ёмкостью Основные свойства и характеристики диэлектриков., диэлектрические усилители, модуляторы, генераторы, модуляция лазерного излучения, пьезо- и пироэлектрические преобразователи, вариконды (конденсатор, ёмкость которого находится в зависимости от напряжения).

2) Пьезо- и пиродиэлектрики употребляют нецентросимметричные молекулы. (цирконат- титанат свинца PbZrO3-PbTiO3)

ЦТС-19(содержит цирконий, титан, свинец); ЦТС-23; ТБКС(содержит барий, кальций), НБК(содержит ниобий) и другая пьезокермика. Ниобат лития LiNbO Основные свойства и характеристики диэлектриков.3, пьезокварц SiO2, германат висмута Bi12GeO20.

3) Электреты органические и неорганические диэлектрики: политетрафторэтилен, поликарбонат, полиметилметакрилат и др.

4) Водянистые кристаллы (смеси неких органических веществ в дихлорэтане)


osnovnie-shkoli-upravleniya.html
osnovnie-simptomi-intoksikacii-bz.html
osnovnie-simptomi-zabolevanij-pochek-i-mochevivodyashih-putej.html