Презентация на тему ДИЭЛЕКТРИКИ

в диэлектрике под действием электрического поля.
Диэлектрик – вещество, основным

Поляризация – состояние вещества, при котором электрический момент некоторого его объема имеет ненулевое значение.

симметрии:
Одноатомные молекулы инертных газов (Не, Ne и др.);

Пространственное расположение зарядов

→ неполярны, хотя отдельная молекула является диполем (в кристалле

Полиэтилен

Поливинилхлорид

ионов в твердых веществах с ионными связями, т.е. для

Дипольная поляризация

Характерна для полярных диэлектриков (жидкостей, аморфных вязких веществ). Заключается в повороте (ориентации) в направлении поля молекул, имеющих постоянный электрический момент
Непосредственный поворот молекул не совершается, внешнее поле вносит упорядоченность в положения полярных молекул
Время установления 10-6 – 10-10 с
С течением времени поляризованность убывает по закону

τ – время релаксации дипольной поляризации

Если период внешнего поля Т < τ, диполи не успевают переориентироваться

которого упорядоченность ориентированных полем диполей после снятия поля уменьшается

в результате поляризации диэлектрика
Значение ε определяет интенсивность процесса поляризации

емкость вакуумного конденсатора при его заполнении диэлектриком, т.е. характеристика

Для отдельной молекулы РИ = αЕ (α – поляризуемость частицы) → P = N*PИ = N*α*E (N – количество молекул в единице объема) →

ток очень мал и сравним со сквозным
После подачи

Ток абсорбции – ловушечный ток (поглощение свободных носителей ловушками захвата)

При постоянном напряжении проходит только в периоды включения и выключения (меняя направление)

Ток утечки

ловушку, разделенные барьером W; вероятность перескока ~
Характер проводимости

уходят к катоду, а «-» - ионы – к

А – атомная масса; n – валентность; A/n – химический эквивалент

Особенности:

(k – электрохимический эквивалент вещества)

В кристаллах проводимость неодинакова по разным осям (например, у кристалла кварца ρ = 1012 Ом*м вдоль главной (оптической) оси и ρ > 2*1014 Ом*м перпендикулярно ей)

В аморфных телах проводимость одинакова во всех направлениях и зависит от состава материала и наличия примесей; для высокомолекулярных полимеров также зависит от степени полимеризации

Наличие поверхностной электропроводности

2 параллельными друг другу кромками электродов длиной b, отстоящими

Удельное поверхностное сопротивление – это сопротивление квадрата любого размера на поверхности диэлектрика, ток через который идет от одной стороны до противоположной (при a = b ρS = RS )

Характер зависимости s диэлектриков от различных факторов (температуры, влажности, величины приложенного напряжения) сходен с характером изменения . Однако при изменениях влажности окружающей среды значения s изменяются быстрее, чем .

Рост поверхностной проводимости для растворимых диэлектриков объясняется наличием на их поверхности ионов, а для пористых – влаги. Кроме того, s падает при загрязнении поверхности диэлектрика.

частицы
Влияющие факторы

С увеличением Т степень диссоциации и концентрация ионов возрастают

lnγ

1/T

Полярные жидкости (дистиллированная вода, ацетон, этиловый спирт)

Слабо полярные (касторовое масло)

Неполярные (бензол, трансформаторное масло)

103 … 105


ρ, Ом*м 108 … 1010

1010 … 1014

причем 1 фаза в виде мелких частиц (капель, зерен,

Эмульсии (обе фазы жидкости)

Суспензии (твердые частицы в жидкости)

Аэрозоли (твердые и жидкие частицы в газе)

Среда, в которой находятся мелкие частицы, - дисперсная (внешняя) среда (ДС)
Сами частицы – дисперсная (внутренняя) фаза (ДФ)

Молион – частица ДФ, имеющая на поверхности электрический заряд → проводимость в коллоидных системах называется молионной

Электрофорез → движение молионов во внешнем поле (новые вещества не образуются, меняется относительная концентрация ДФ в различных частях объема ДС

ультрафиоле-товое, радиоактивное излуче-ние, сильный нагрев)
Соударения заряженных частиц самого газа

Несамостоятельная электропроводность

Самостоятельная электропроводность

Исчезает после исчезновения внешнего фактора

на электродах
Все ионы разряжаются на электродах без рекомбинации
Возникновение ударной

Ен = 0,6 В/м;
Еи = 105 …106 В/м
(10 мм)

на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле.
Угол δ между

tgδ – основной параметр оценки качества диэлектрика. Он не зависит от формы и размеров участка изоляции и определяется только материалом

Коэффициент диэлектрических потерь ε’’ = ε*tgδ

Создаются сквозным током в хорошо проводящих диэлектриках (Рскв =γЕ2)

от температуры и частоты приложенного напряжения для неполярных диэлектриков
Релаксационные

Обусловлены активными составляющими поляризационных токов

Характерны для диэлектриков с замедленными видами поляризации (дипольной и миграционной), преимущественно жидких (τ ~ 10-6 … 10-11 с)

Проявляются в области высоких частот (радиочастот), когда поляризация отстает от изменения поля

ωр = 1/τ → частота релаксации

С увеличением температуры ωр

Величина потерь зависит от соотношения времени установления поляризации τ и периода изменения электрического поля Т = 1/f:
τ << T - энергия на поляризацию не затрачивается
τ ~ T - часть энергии уходит на поляризацию
τ >> T - поляризация вообще не успевает произойти

Зависимость tgδ полярного диэлектрика от частоты и температуры

1 – потери за счет дипольной поляризации; 2 – потери за счет сквозной проводимости; 3 – суммарные потери

Гц) в некоторых газах

Выражаются в интенсивном поглощении светового

Ионизационные потери

Представляют собой потери на частичные разряды и наблюдаются в пористых диэлектриках с газовыми включениями при повышении напряжения сверх порога ионизации Uион

в диэлектрике под действием электрического поля и потеря электроизоляционных

Епр = Uпр/h – электрическая прочность (напряженность электрического поля,

Вольт-амперная характеристика участка изоляции

После снятия напряжения

В газовых и жидких диэлектриках пробитый участок восстанавливает первоначальные свойства

В твердых диэлектриках остается след в виде пробитого отверстия неправильной формы; при вторичной подаче напряжения пробой происходит в том же месте при гораздо меньшем напряжении

Коэффициент запаса электрической прочности

Коэффициент импульса

WИ
Коэффициент ударной ионизации α → число ионизаций, производимых

Количество электронов при движении от катода к аноду возрастает в eαh раз (h – разрядный промежуток)

Механизмы пробоя

Лавинный → ударная ионизация электронов сопровождается вторичными процессами на катоде → заряды в газовом промежутке восполняются → образуется серия лавин → пробой

Лавинно-стримерный → фотоионизация под действием поля пространственного заряда лавины → возникновение положительных и отрицательных стримеров (скоплений ионизированных частиц с высокой степенью ионизации) → пробой

АВ – распространение лавины
CD – распространение стримера

длины пути
Вероятность того, что столкновение закончится ионизацией
Влияет при малых

Влияет при больших P*h

давление газа Р изменяется так, что P*h = const,

Физический смысл: одинаковые частицы в газовых промежутках получают на одном и том же длине пути λ одинаковую энергию от поля