Dielektrisches Material. Die Haupteigenschaften von dielektrischen Materialien

Klassifizierung auf der Struktur von Molekülen

Klassifizierung von chemische Zusammensetzung

Klassifizierung nach Empfangsmethode

Klassifizierung durch den Aggregativstaat

Aktive und passive Dielektrika

Bestimmung von dielektrischen Materialien

Klassifizierung und Nutzungsbereich von dielektrischen Materialien

Die Dielektrika werden Substanzen bezeichnet, deren wichtige elektrische Eigenschaft ist die Fähigkeit, im elektrischen Feld zu polarisieren.

Elektrische Isoliermaterialien werden als dielektrische Materialien bezeichnet, die zur Schaffung elektrischer Isolation von stromführenden Teilen elektrischer Anlagen ausgelegt sind.

Der Isolator ist ein Produkt eines elektrischen Isoliermaterials, dessen Aufgaben, deren Aufgaben befestigen und isoliert, voneinander unter verschiedenen Potentialen (z. B. Luftübertragungs-Isolatoren).

Die elektrische Isolierung ist ein elektrisches Isoliersystem eines spezifischen spezifischen elektrischen Produkts aus einem oder mehreren elektrischen Isoliermaterialien.

Dielektrika, die als elektrisch isolierende Materialien verwendet werden, werden passive Dielektrika genannt. Derzeit können die sogenannten aktiven Dielektrika, deren Parameter eingestellt werden können, wodurch die elektrische Feldstärke, die Temperatur, die mechanische Spannungen und andere Parameter ändert, die sie auf Faktoren beeinflussen.

Beispielsweise ändert ein Kondensator, das dielektrische Material, in dem das Piezoelektrikum unter der Wirkung der angelegten Wechselspannung serviert wird, seine linearen Abmessungen und wird zu einem Ultraschall-Oszillationsgenerator. Die Kapazität des elektrischen Kondensators aus nichtlinearem Dielektrikum - ferroelektrisch variiert in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke; Wenn ein solcher Behälter in der oszillatorischen LC-Schaltung enthalten ist, ändert sich die Einstellfrequenz.

Dielektrische Materialien klassifiziert:

Durch den aggregierten Zustand: gasförmig, flüssigkeit und fest;

Durch Verfahren zum Erhalten: natürlich und synthetisch;

Durch chemische Zusammensetzung: organisch und anorganisch;

Auf der Struktur von Molekülen: neutral und polar.

Gasförmige Dielektrika

Die dielektrischen gasförmigen Dielektrika umfassen: Luft, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlendioxid, Elegan, Chladone (Freon), Argon, Neon, Helium usw. Sie werden bei der Herstellung von elektrischen Geräten (Luft- und E-Mail-Schalter, Abluft) verwendet.

Das häufigste als ein elektrisch isolierendes Material verwendet Luft. Luft enthält: Wasser- und Gasepaare: Stickstoff (78%), Sauerstoff (20,99%), Kohlendioxid (0,03%), Wasserstoff (0,01%), Argon (0,9325%), Neon (0, 0018%), ebenfalls als Helium, Krypton und Xenon, was in Bezug auf Beträge zehntausend Dollar Prozent beträgt.

Wichtige Eigenschaften von Gasen sind ihre Fähigkeit, elektrische Festigkeit, niedrige Dielektrizitätskonstante, hoher Widerstandswert, praktisch keine Alterung, Inertheit einer Anzahl von Gasen in Bezug auf feste und flüssige Materialien, Nicht-Toxizität, die Fähigkeit, bei niedrigen Temperaturen zu arbeiten, wiederherzustellen Hochdruck, nicht verursachend.

Flüssige Dielektrika

Flüssige Dielektrika sollen Wärme aus Wicklungen und magnetischen Linien in Transformatoren, Bogensaugen in Ölschalter entfernen, die feste Isolation in Transformatoren, ölgefüllte Eingänge, Kondensatoren, geölte und ölgefüllte Kabel verbessert.

Flüssige Dielektrika sind in zwei Gruppen unterteilt:

Ölöle (Transformator, Kondensator, Kabel);

Synthetische Öle (SovoPol, flüssiges Silikon- und fluororganische Verbindungen).

4.1.7 Bereiche der Verwendung von Dielektrika als ETM

Anwendung in der elektrischen Energiewirtschaft:

- Lineare und Unterstationsisolierung - Es handelt sich um Porzellan, Glas- und Silikonreifen in suspendierten Isolatoren VL, Porzellan in Träger- und Durchlaufisulatoren, Faserglas als Trägerelemente, Polyethylen, Papier in Hochspannungseingängen, Papier, Polymeren in Stromkabeln;

- Isolierung von elektrischen Geräten - Papier, Getinax, Fiberglas, Polymere, Speichelmaterialien;

- Maschinen, Geräte - Papier, Karton, Lacke, Verbindungen, Polymere;

- Kondensatoren verschiedener Typen- Polymerefilme, Papier, Oxide, Nitride.

Aus praktischer Sicht sollte jeweils die Wahl des elektrischen Isoliermaterials die Arbeitsbedingungen analysieren und das Isoliermaterial entsprechend dem komplexen Komplex auswählen. Zur Orientierung ist es ratsam, die wichtigsten dielektrischen Materialien unter den Anwendungsbedingungen in Gruppen zu teilen.

1. Heizfeste elektrische Isolierung. Dies ist in erster Linie die Produkte aus Glimmermaterialien, von denen einige in der Lage sind, auf 700 ° C zu arbeiten, die auf 700 ° C arbeiten können, die auf sie (Glasfaser, Fiberglas) basieren. Organosilikat- und Metallphosphatbeschichtungen. Keramikmaterialien, insbesondere Bornitrid. Zusammensetzungen aus Silikon mit hitzebeständigem Bindemittel. Polyimid, Fluorpeilung, besitzt eine hohe Heizbeständigkeit von Polymeren.

2. Feuchtigkeitsbeständige elektrische Isolierung. Diese Materialien sollten hydrophob (niedrigem Wasser) und nicht hygroskopisch sein. Ein heller Vertreter Diese Klasse ist fluorpulstisch. Prinzipiell ist die Hydrophobisierung durch Erzeugen von Schutzbeschichtungen möglich.

3. Strahlungsbeständige Isolierung. Dies ist zunächst anorganische Filme, Keramik, faserkstolitische, slobinitische Materialien, einige Arten von Polymeren (Polyimiden, Polyethylen).

4. Tropische resistente Isolierung.Das Material muss hydrophob sein, um in hoher Luftfeuchtigkeit und Temperatur zu arbeiten. Darüber hinaus muss es gegen Formpilz resistent sein. Beste Materialien: Fluorpunststoff, einige andere Polymere, schlechtestes Papier, Karton.

5. Frostbeständige Isolierung. Diese Anforderung ist charakteristisch, hauptsächlich für Gummi, weil Mit einer Temperaturabnahme, alle Gummi, die Elastizität verlieren. Die frostbeständigen Silikonreifen mit Phenylgruppen (bis -90 ° C).

6. Isolation zur Arbeit im Vakuum (Raum, Vakuuminstrumente). Für diese Bedingungen müssen vakuumdische Materialien verwendet werden. Einige speziell gekochte keramische Materialien sind geeignet, Polymere sind ungeeignet.

Elektrotechnische Karton. Als dielektrische Distanzierungskissen, Unterlegscheiben, Streben, als Isolation von magnetischen Rohren, Nutisolierung von rotierenden Maschinen usw. Karton wird in der Regel nach dem Imprägnieren mit Transformatoröl verwendet. Die elektrische Festigkeit der imprägnierten Karton erreicht 40-50 kV / mm. Da es höher ist als die Stärke des Transformatoröls, um die elektrische Festigkeit der Transformatoren zu erhöhen, sind spezielle Barrieren aus Karton oft in der Ölumgebung geeignet. Die Ölarbeiter-Isolierung hat in der Regel die Festigkeit E \u003d 300-400 kV / cm. Der Nachteil des Kartons ist Hygroskopizität, die mechanische Festigkeit nimmt infolge von Feuchtigkeit und elektrischer Festigkeit (in 4 oder mehrmals) drastisch ab.

IM in letzter Zeit Die Produktion von Isolatoren für VL basierend auf siliziumkautschuk.. Dieses Material bezieht sich auf Kautschuke, dessen Haupteigenschaft elastisch ist. Dies ermöglicht nicht nur Isolatoren, sondern auch flexible Kabel aus Kautschuken. Im Energiesektor werden verschiedene Arten von Kautschuken verwendet: Naturkautschuk, Butadien, Styrolbutadien, Ethylen-Propylen und Silikon.

Elektrotechnisches Porzellan. Es ist ein künstliches Mineral, das aus Lehmmineralien, wilden Kugeln und Quarz infolge der Wärmebehandlung auf Keramiktechnologie gebildet wird. Die wertvollsten Eigenschaften umfassen eine hohe Beständigkeit gegen Verwitterungsbeständigkeit, positive und negative Temperaturen auf die Auswirkungen chemischer Reagenzien, hohe mechanische und elektrische Festigkeit, niedrige Kosten für Quellkomponenten. Dies hat die weit verbreitete Verwendung von Porzellan für die Herstellung von Isolatoren bestimmt.

Elektrotechnisches Glas Als Material für Isolatoren gibt es einige Vorteile gegenüber Porzellan. Er hat insbesondere einen stabileren Rohstoffbasis, es ist einfacher zu Technologien, die eine größere Automatisierung ermöglicht, die Möglichkeit der visuellen Kontrolle fehlerhafter Isolatoren.

Glimmeres ist die Basis einer großen Gruppe von elektrischen Isoliermitteln. Der Hauptvorteil von Glimmer ist eine hohe Wärmebeständigkeit zusammen mit ausreichend hohen elektrischen Isoliereigenschaften. Mica ist ein natürliches Mineral der komplexen Zusammensetzung. In der Elektrotechnik werden zwei Arten von Glimmer verwendet: cal 2 Muskovit ()) 2 und Floogopit KMG 3 (ALSI 3 O 10 (OH) 2. Hohe elektrische Isoliereigenschaften von Glimmer sind seiner ungewöhnlichen Struktur verpflichtet, nämlich Laminationen. SiLDUDA Es ist möglich, in flache Platten bis hin zu Submikrongrößen aufzutreten. Zerstörende Spannungen, wenn die Trennung einer Schicht von der anderen Schicht etwa 0,1 MPa beträgt, während beim Strecken entlang der Schicht - 200-300 MPa dehnt. Von anderen Glimmer-Eigenschaften beachten wir Die niedrige Tg weniger als 10 -2; hoher spezifischer Widerstand, mehr als 10 12 Ohm · m; ausreichend hohe elektrische Festigkeit, mehr als 100 kV / mm; Wärmebeständigkeit, Schmelzpunkt von mehr als 1200 ° C.

Mica wird als elektrische Isolierung verwendet, wie in Form von fettreichen dünnen Platten, inkl. zusammengeklebt (Mikaniten) und in Form von Salipapieren, inkl. mit verschiedenen Bindemitteln imprägniert (Luxinate oder Glimmer). Das Blyuda-Papier wird von der Technologie in der Nähe der Technologie des gewöhnlichen Papiers hergestellt. Der Glimmer mahlt, bereiten einen Zellstoff auf, auf Papiermaschinen rollen über die Papierblätter.

Mikanits Sie haben die besten mechanischen Eigenschaften und Feuchtigkeitsbeständigkeit, aber sie sind teurer und weniger technologisch. Anwendung - Passions- und Vitk-Isolierung elektrischer Maschinen.

Slyudiniten - Blattmaterialien aus muskulitbasisem Glimmerpapier. Manchmal werden sie mit einem Fiberglas-Substrat (Flossomudinitis) oder einem Polymerfilm (Filmverbindung) kombiniert. Papier, imprägniert mit Lack oder anderen Bindemitteln, besitzt die besten mechanischen und elektrophysikalischen Eigenschaften als Nahrungsarbeit, aber ihre Wärmebeständigkeit ist in der Regel niedriger, da Es wird durch die Eigenschaften des Imprägnierbindemittels bestimmt.

SiLDOPOPLASTS. - Blechmaterialien aus flogopitbasisem Glimmerpapier und mit Bindemitteln imprägniert. Wie Slobiniten werden sie auch mit anderen Materialien kombiniert. Im Vergleich zu Miclawities haben sie mehrere schlechteste elektrophysische Eigenschaften, haben jedoch geringere Kosten. Die Verwendung von Miclowitis- und Glimmerträger - Isolieren von elektrischen Maschinen, heizfesten Isolieren von elektrischen Geräten.

Die größte Nutzung von Gas in der Energietechnik hat Luft. Dies ist auf die günstige, Zugänglichkeit von Luft, Erkenntnis, Wartung und Reparatur von Luft-Isoliersystemen zurückzuführen, die Möglichkeit der visuellen Kontrolle. Objekte, in denen Luft als elektrische Isolierung verwendet wird - Stromleitungen, offene Verteilergeräte, Luftschalter usw.

Von elektronegativen Gasen mit hoher elektrischer Festigkeit fand ich die größte Anwendung elegas SF6.. Er erhielt seinen Namen von der Reduktion von "elektrischem Gas". Die einzigartigen Eigenschaften von Eleginaz wurden in Russland eröffnet, es begann auch in Russland. In den 30er Jahren der berühmte Wissenschaftler B. Gokhberg hat die elektrischen Eigenschaften einer Anzahl von Gasen untersucht und auf einige Eigenschaften von Sixfluoridsulfur SF6 aufmerksam gemacht. Die elektrische Festigkeit bei Atmosphärendruck und der Spalt 1 cm ist E \u003d 89 kV / cm. Das Molekulargewicht beträgt 146, charakteristisch ist ein sehr großer Wärmeausdehnungskoeffizient und hohe Dichte. Dies ist wichtig für Energieanlagen, in denen die Kühlung jeder Teile des Geräts durchgeführt wird, da Mit einem großen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist ein konvektiver Strom, der Wärme trägt, leicht ausgebildet. Aus Hitze physikalische Eigenschaften: Schmelzpunkt \u003d -50 ° C bei 2 atm, Siedepunkt (Sublimation) \u003d -63 ° C, was die Möglichkeit der Verwendung bei niedrigen Temperaturen bedeutet.

Von anderen nützliche Eigenschaften Wir notieren Folgendes: Chemische Trägheit, Nicht-Toxizität, Nichtpflege, Wärmebeständigkeit (bis zu 800 ° C), Explosionssicherheit, schwache Zersetzung bei Entladungen, Temperatur mit geringer Verflüssigung. In Abwesenheit von Verunreinigungen ist Eleasz für den Menschen völlig harmlos. E-Mail-Zersetzungsprodukte infolge der Entladungen (zum Beispiel in der Entladung oder den Schalter) sind jedoch toxisch und chemisch aktiv. Der Komplex der Eigenschaften von Eleganz lieferte eine ziemlich weit verbreitete Verwendung von Eleginase-Isolation. Elegane-Geräte werden in der Regel unter Druck in wenigen Atmosphären zur größeren Kompaktheit von Kraftwerken verwendet, da Die elektrische Festigkeit erhöht sich mit zunehmendem Druck. Basierend auf der eleginazischen Isolation werden eine Anzahl von elektrischen Spender erstellt und betrieben, Kabel, Kondensatoren, Schalter, kompakte CRC (geschlossene Schaltanlage).

Das häufigste flüssige Dielektrikum im Energiesektor ist Transformatoröl.

Transformatoröl. - gereinigte Ölfrequien, die durch Destillation erhalten wird, kocht bei einer Temperatur von 300 ° C bis 400 ° C. Je nach Ursprung von Öl haben sie unterschiedliche Eigenschaften und diese unterscheidenden Eigenschaften der Rohstoffe reflektieren sich auf den Eigenschaften des Öls. Es hat eine komplexe Kohlenwasserstoffzusammensetzung mit einem Durchschnittsgewicht von Molekülen 220-340 A.E. und enthält die folgenden Hauptkomponenten.

Aus zugehörigem Transformatoröl gemäß den Eigenschaften und der Verwendung von flüssigen Dielektrika ist es erwähnenswert, den Kondensator und den Kabelölen zu bemerken.

Kondensatoröle. Unter diesem Begriff kombinierte eine Gruppe verschiedener Dielektriken, die zur Imprägnierung der Papieröl- und Papierfilm-Isolierung von Kondensatoren verwendet werden. Das Üblichste kondensatoröl. Gemäß GOST 5775-68 produzieren Sie durch tiefere Reinigung von Transformatoröl. Es unterscheidet sich von gewöhnlichen Ölen mehr Transparenz, einem geringeren Wert von TG  (mehr als zehnmal). Rizinusöl Gemüseursprung, es wird von Milbensamen erhalten. Der Hauptbereich der Verwendung ist die Imprägnierung von Papierkondensatoren für den Betrieb bei Impulsbedingungen.
Die Dichte des Rizinusöls 0,95-0,97 t / m3, die Temperatur von Tiefkühl-10 ° C bis -18 ° C. Die Dielektrizitätskonstante bei 20 ° C beträgt 4,0 - 4,5 und bei 90 ° C -  \u003d 3,5 - 4.0 ; Tg  bei 20 ° C ist 0,01-0,03 und bei 100 ° C Tg  \u003d 0,2-0,8; EPR bei 20 ° C beträgt 15-20 mV / m. Rizinusöl löst sich nicht in Benzin auf, löst sich jedoch in Ethylalkohol auf. Im Gegensatz zu Ölölen verursacht Castor keine Schwellung des gewöhnlichen Gummis. Dieses Dielektrikum bezieht sich auf schwachlyolare flüssige Dielektrika, deren Widerstand unter normalen Bedingungen 108 bis 1010 om · m beträgt.

Kabelöle Entwickelt für die Imprägnierung der Papierisolierung von Stromkabeln. Die Basis von ihnen ist auch Ölöle. Von Transformatoröl unterscheidet sich Öl durch erhöhte Viskosität, erhöhter Flammpunkt und reduzierte dielektrische Verluste. Von den MARKEN von Ölen beachten wir, dass Mn-4 (niedrig-viskos, um Niederdruckkabel füllen), C-220 (hohe Viskosion zum Füllen von Hochdruckkabeln), KM-25 (am meisten viskosen).

Die zweite Art von flüssigen Dielektrika ist schwierige und nicht brennbare Flüssigkeiten. Flüssige Dielektrika mit solchen Eigenschaften sind ziemlich viel. Die größte Verteilung des Power Engineering und der Elektrotechnik erhalten chlordiphenyl.. IM fremdliteratur Sie sind aufgerufen chlorbiphenyls.. Dies sind Substanzen, die einen doppelten Benzolring aufweisen, sogenannte. DI (BI) Phenylring und ein oder mehrere daran angebrachte Chloratome. In Russland werden Dielektrika dieser Gruppe in Form von Mischungen verwendet, hauptsächlich eine Mischung aus Pentachloroduphenyl mit Trichloroduphenyl. Die kommerziellen Namen einiger von ihnen sind "Rat", "Sovvol", "Caloriya-2".

Dielektrische Materialien werden für eine Reihe intraspezifischer Anzeichen klassifiziert, die durch ihre Hauptmerkmale bestimmt werden: elektrisch, mechanisch, physikalisch-chemisch, thermisch.

4.2.1 Die elektrischen Eigenschaften von dielektrischen Materialien umfassen:

Spezifischer voluminöser elektrischer Widerstand ρ, om * m oder spezifische Volumenleitfähigkeit σ, cm / m;

Spezifischer elektrischer Oberflächenwiderstand ρ S, Ohm oder spezifische Oberflächenleitfähigkeit σ s cm;

Temperaturkoeffizient spezifischer elektrischer Widerstand Tc ρ, ˚С -1;

Dielektrische Permeabilität & epsi;;

Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstante TKε;

Tangenter Winkel der dielektrischen Verluste δ;

Elektrische Festigkeit des Materials E PR, MV / M.

4.2.2 Thermische Eigenschaften bestimmen die thermischen Eigenschaften der Dielektrika.

Die thermischen Eigenschaften umfassen:

Wärmekapazität;

Schmelztemperatur;

Erweichungstemperatur;

Kapazitätstemperatur;

Hitzeverträglichkeit;

Heizbeständigkeit;

Die kalte Widerstand ist die Fähigkeit der Dielektrika, niedrige Temperaturen zu widerstehen, während elektrische Isoliereigenschaften aufrechterhalten;

Tropischer Widerstand - Beständigkeit von Dielektrika zu einem Komplex externer Einflüsse in einem tropischen Klima (scharfe Temperaturdifferenz, hohe Luftfeuchtigkeit, Sonnenstrahlung);

Thermoelastisch;

Blitztemperatur des Dampfes elektrischer Isolierflüssigkeiten.

Heizbeständigkeit ist eine der wichtigsten Merkmale der Dielektrika. Gemäß GOST 21515-76 ist die Erwärmungsbeständigkeit die Fähigkeit eines dielektrischen Dielektrikums, für eine lange Zeit einer erhöhten Temperatur über der mit einem normalen Betriebszeitraum vergleichbaren Zeit zu existieren, ohne eine ungültige Verschlechterung seiner Eigenschaften.

Heizwiderstandsklassen. Nur sieben. Gekennzeichnet durch den Temperaturindex von TI. Diese Temperatur, bei der die Lebensdauer des Materials 20 tausend Stunden beträgt.

4.2.3 Schweißeigenschaften von Dielektrika

Feuchtigkeitsbeständigkeit ist die Zuverlässigkeit des Isoliervorgangs, wenn er sich in der Atmosphäre eines Wasserdampfes in der Nähe der Sättigung befindet. Die Feuchtigkeitsbeständigkeit wird durch Ändern von elektrischen, mechanischen und anderen physikalischen Eigenschaften nach dem Finden von Material in einer Atmosphäre mit erhöhter und hoher Luftfeuchtigkeit bewertet; durch Feuchtigkeits- und Wasserdurchlässigkeit; Durch Feuchtigkeits- und Wasserabsorption.

Feuchtigkeitsdurchlässigkeit - Die Fähigkeit des Materials, Feuchtigkeitspaare in Gegenwart der Differenz zwischen der relativen Luftfeuchtigkeit auf beiden Seiten des Materials zu überspringen.

Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeit - Die Fähigkeit des Materials, Wasser während der langfristigen Depression in einer feuchten Atmosphäre in der Nähe des Sättigungszustands zu sorbieren.

Wasserabszess - die Fähigkeit des Materials, Wasser mit langem Tauchen in Wasser zu sorbieren.

Tropischer Widerstand und Tropenisation der Ausrüstung - Schutz elektrischer Geräte aus Feuchtigkeit, Schimmel, Nagetieren.

4.2.4 Mechanische Eigenschaften von Dielektriken definieren die folgenden Eigenschaften:

Zerstörerischer Stress mit statischer Spannung;

Destruktive Spannung während der statischen Kompression;

Destruktive Spannung während der statischen Kurve;

Härte;

Stoßviskosität;

Spaltwiderstand;

Haltbarkeitsbeständigkeit (für flexible Materialien);

Flexibilität in der Anzahl der doppelten Beggs;

Platestroistische Eigenschaften.

Mechanische Eigenschaften von Dielektrika definieren die entsprechenden GOSTs.

4.2.5 Physikalisch-chemische Eigenschaften:

Säurezahl Bestimmen der Menge an freien Säuren im Dielektrikum, die die dielektrischen Eigenschaften von flüssigen Dielektrika, Verbindungen und Lacken verschlechtern;

Kinematische und bedingte Viskosität;

Wasseraufnahme;

Wasserbeständigkeit;

Feuchtigkeitsbeständigkeit;

Greiferfestigkeit;

Tracking-Kapazität;

Radio-Haltbarkeit usw.

5.8.2. Flüssige Dielektrika

Sind in 3 Gruppen unterteilt:

1) Ölöle;

2) synthetische Flüssigkeiten;

3) pflanzenöle.

Flüssige Dielektrika dienen zur Imprägnierung von Hochspannungskabeln, Kondensatoren, zum Füllen von Transformatoren, Schaltern und Eingängen. Darüber hinaus führen sie die Funktionen des Kühlmittels in Transformatoren, den Dug-Shaker in den Schalter usw. aus.

Ölöle

Ölöle darstellen eine Mischung aus Paraffin-Kohlenwasserstoffen (Mit n 2 n + 2) und naphthen (mit n 2 n ) Reihen. Sie werden in der Elektrotechnik als Transformator, Kabel- und Kondensatoröle häufig verwendet. Öl, Füllung der Lücken und Poren in elektrischen Anlagen und Produkten, erhöht die elektrische Festigkeit der Isolierung und verbessert den Kühlkörper von den Produkten.

Transformatoröl. holen Sie sich durch Destillation aus Öl. Die elektrischen Eigenschaften von Transformatoröl hängen weitgehend von der Qualität der Ölreinigung von Verunreinigungen, dem Wassergehalt und dem Grad der Atmungsgrad ab. Dielektrische Permeabilität von Öl 2.2, spezifischer elektrischer Widerstand 10 13 Ohm · M..

Der Zweck von Transformatorölen besteht darin, die elektrische Festigkeit der Isolation zu erhöhen; Destillierte Wärme; Fördern Sie das Dugwashing in Ölschalter, verbessern die Qualität elektrische Isolierung In elektrischen Produkten: Risostats, Papierkondensatoren, Papierisolierkabel, Stromkabel - durch Füllen und Imprägnieren.

Transformatoröl während des Betriebs verschlimmern sich, was seine Qualität verschlechtert. Alterungsöl fördert: Kontakt Öl mit Luft, erhöhten Temperaturen, Kontakt mit Metallen (Cu., Pb, Fe.), die Auswirkungen von Licht. Um die Lebensdauer der Lebensdauer zu erhöhen, wird Öl durch Reinigung und Entfernen von Alterungsprodukten regeneriert, wobei Inhibitoren hinzugefügt werden.

Kabelund kondensator Öle unterscheiden sich von Transformer mehr hohe Qualität Reinigung.

Synthetische Flüssigkeitsdielektrika

Synthetische Flüssigkeitsdielektrika für einige Eigenschaften überschreiten Öl elektrische Isolieröle.

Chlorierte Kohlenwasserstoffe

Sobol – pentachlordiphenyl.C 6 H 2 SL 3 - C 6 H 3 SL 2 Während der Chlorierung von Diphenyl erhaltenVon 12 h 10

C 6 h 5 - c 6 h 5 + 5 cl 2 → c 6 h 2 cl 3 - c 6 h 3 sl 2 + 5 HCl

Sobol Es wird zur Imprägnierung verwendet und Kondensatoren füllen. Es hat eine hohe Dielektrizitätskonstante im Vergleich zu Ölölen. Dielektrische Permeabilität des Rates von 5.0, spezifischer elektrischer Widerstand 10 11 ¸ 10 12 Ohm · m. ursprünglich den Rat für die Imprägnierung der Papierleistung und radodestern mit erhöhter spezifischer Kapazität und geringer Betriebsspannung.

Sovvol. - eine Mischung aus Eule mit trichlorbenzol. Verwendet, um explosionsgeschützte Transformatoren zu isolieren.

Siliziumflüssigkeiten

Den größten Vertrieb haben polydimethylsiloxane., polydiethylsiloxane., polymethylphenylsiloxane. Flüssigkeiten.

Polysiloxanflüssigkeiten - flüssige Silikonpolymere ( polyorganosiloxane.), haben solche wertvollen Eigenschaften wie: hoch heizbeständigkeit, chemische Inertheit, geringe Hygroskopizität, geringe Speiseltemperatur, hohe elektrische Eigenschaften in einem breiten Spektrum von Frequenzen und Temperaturen.

Flüssige Polyorganosiloxane sind Polymerverbindungen mit geringen Polymerisationsgrad, dessen Moleküle eine silbische Gruppierung von Atomen enthalten

,

wo Siliziumatome mit organischen Radikalen assoziiert sindR: Methyl CH 3, Ethyl C 2 H 5, Phenyl C 6 H 5 . Moleküle aus Polyorganosiloxan-Fluiden können eine lineare, linearabzweigende und zyklische Struktur aufweisen.

Flüssigkeit polymethylsiloxane. bei Hydrolyse erhalten dimethydichlorsilana. In der Mischung von C. trimethylchlorsilan. .

Die resultierenden Flüssigkeiten sind farblos, in aromatischen Kohlenwasserstoffen gelöst, Dichlorethan und eine Anzahl anderer organischer Lösungsmittel, nicht in Alkoholen und Aceton gelöst. Polymethylsiloxane. Chemisch inert, haben keine aggressive Maßnahmen gegen Metalle und interagieren nicht mit den meisten organischen Dielektrika und Gummi. Dielektrizitätskonstante 2.0.¸ 2.8, spezifischer elektrischer Widerstand 10 12 Ohm · M., Elektrische Festigkeit 12¸ 20 mV / m

Formel polydimethylsiloxan.aber Hat Aussehen

– Sein(CH 3) 3 - O - [ Sein(CH 3) 2 - O] n -Sein(CH 3) \u003d o

Flüssige Silikonpolymere werden verwendet, als:

Polydyethylsiloxane. – bei Hydrolyse erhalten diethyldihlorsilana. und triethylchlorsilana. . Haben einen weiten Siedetemperaturbereich. Die Struktur wird durch die Formel ausgedrückt:

Eigenschaften hängen vom Siedepunkt ab. Elektrische Eigenschaften stimmen mit den Eigenschaften zusammen polydimethylsiloxan..

Flüssigkeit polymethylphenylsiloxane. haben eine Struktur, ausgedrückt von der Formel

Hydrolyse bekommen. phenylmethyldihorsilanov. und andere ölviskose. Nach der VerarbeitungNaon Die Viskosität steigt dreimal an. Erwärmen Sie die Erwärmung für 1000 Stunden bis 250 ° C. Elektrische Eigenschaften stimmen mit den Eigenschaften zusammen polydimethylsiloxan..

Zum γ - Bestrahlung Die Viskosität von Silikonflüssigkeiten erhöht sich stark, und die dielektrischen Eigenschaften verschlechtern sich stark. Mit einer großen Dosis von Strahlungsflüssigkeit transfizieren in gummiartig Masse und dann in einen festen zerbrechlichen Körper.

Fluorogene Flüssigkeiten

Fluorogene Flüssigkeiten - Von 8 f 16 - unsinn und explosionsbeständig, hohe Meisterschaft. (200 ° C), haben eine geringe Hygroskopizität. Sie haben eine hohe elektrische Festigkeit. Flüssigkeiten haben eine niedrige Viskosität, Fledermäuse. Sie haben den besten Kühlkörper als Ölöle und Silikonflüssigkeiten.–) n.,

es ist ein unpolares Polymer einer linearen Struktur. Es stellt sich zur Polymerisation von Ethylengas herausC 2N 4. Bei hohem Druck (bis zu 300 MPa) oder bei niedrig (bis 0,6 MPa). Das Molekulargewicht des Hochdrucks Polyethylen - 18000 - 40000, LOW - 60000 - 800000.

Polyethylenmoleküle weisen die Fähigkeit auf, Materialbereiche mit einer angeordneten Anordnung von Ketten (Kristalliter) zu bilden, sodass Polyethylen aus zwei Phasen (kristallin und amorph) besteht, dessen Verhältnis seine mechanischen und thermischen Eigenschaften bestimmt. Der Amorph bietet die materiellen elastischen Eigenschaften, und kristallin ist Steifigkeit. Die amorphe Phase hat eine Glasübergangstemperatur von +80 ° C. Die kristalline Phase hat einen höheren beheizter Widerstand.

Die Aggregate der kristallinen Phase-Polyethylenmoleküle sind Sphäle mit einer orthorhombischen Struktur. Der Gehalt der kristallinen Phase (bis zu 90%) in Niederdruck-Polyethylen ist höher als bei Hochdruck-Polyethylen (bis zu 60%). Aufgrund der hohen Kristallinität von Niederdruck-Polyethylen hat ein höherer Schmelzpunkt (120-125 ° C) und eine höhere Zugfestigkeit. Die Struktur von Polyethylen hängt weitgehend von dem Kühlmodus ab. Mit seiner schnellen Kühlung werden kleine Spheroliten mit langsamer Kühlung - groß gebildet. Schnellkühltes Polyethylen ist durch große Flexibilität und weniger Härte gekennzeichnet.

Die Eigenschaften von Polyethylen hängen von Molekulargewicht, Reinheit, Fremdverunreinigungen ab. Die mechanischen Eigenschaften hängen vom Polymerisationsgrad ab. Polyethylen hat eine große chemische Beständigkeit. B. ein elektrisches Isoliermaterial in der Kabelindustrie und in der Herstellung von isolierten Drähten häufig eingesetzt.

Derzeit werden die folgenden Arten von Polyethylen- und Polyethylenprodukten hergestellt:

1. niedrig und hochdruckpolyethylen - (nd) und (vd.);

2. niederdruckpolyethylen für die Kabelindustrie;

3. niedermolekulargewicht Polyethylen hoher oder mittlerer Druck;

4. poröser Polyethylen;

5. polyethylen-Spezialschlauch-Kunststoff;

6. polyethylen zur Herstellung von HF-Kabeln;

7. elektrisch leitendes Polyethylen für die Kabelindustrie;

8. mit Ruß gefülltes Polyethylen;

9. chlorsulfides Polyethylen;

10. polyethylenfilm.

Fluorplasten

Es gibt verschiedene Arten von Fluorkohlenstoffpolymeren, die polar und nicht polar sein können.

Betrachten Sie die Eigenschaften des Tetrafluorethylengas-Polymerisationsreaktionsprodukts

(F 2 c \u003d cf 2).

Fluoroplast - 4. (Polytetrafluorethylen) - loses weißes Pulver. Die Struktur von Molekülen hat das Formular

Fluorplastenmoleküle haben eine symmetrische Struktur. Daher ist Fluorplasten ein unpolarer Dielektrikum

Die Symmetrie des Moleküls und der hohen Reinheit sorgen hohes Niveau Elektrische Eigenschaften. Große Bond energie zwischenC und F. gibt ihm einen hohen kalten Widerstand und heizbeständigkeit. Radio-Blütenblätter davon können von-195 ÷ + 250 ° C arbeiten. Nicht-Flamm, chemische Racks, nonggroskopisch, hat eine Hydrophobie, ist nicht erstaunt durch Schimmel. Spezifischer elektrischer Widerstand ist 10 15 ¸ 10 18 Ohm · M., dielektrische Konstante 1.9¸ 2.2, elektrische Festigkeit 20¸ 30 mV / m

Funkmethoden werden aus fluorplastischen Pulver mit Kaltpressen hergestellt. Presse von Produkten Sach in den Öfen bei 360 - 380 ° C Mit einer schnellen Kühlung wird das Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit gehärtet. Mit langsamer Kühlung - Nicht-PERK. Sie sind einfacher behandelt, weniger hart, haben ein hohes Maß an elektrischen Eigenschaften. Wenn die Teile aus dem kristallinen Zustand auf 370 ° erhitzt werden, bewegen sie sich in amorphen und erfassen Transparenz. Die thermische Zersetzung des Materials beginnt bei\u003e 400 °. Dabeieine giftige Fluor ist gebildet.

Der Fehlen von Fluorplasten ist der Umsatz unter der Wirkung der mechanischen Belastung. Es hat eine geringe Beständigkeit gegen Strahlung und mühsame Zeit, die im Produkt aufwendig ist. Eine der besten Dielektriken für Ausrüstung HF und Mikrowelle. Elektro- und Funktechnik Produkte in Form von Platten, Scheiben, Ringen, Zylindern gemacht. Isolieren Sie den HF-Kabel dünnem Film, versiegeln Sie mit Schrumpf.

FluorPlast kann durch Anlegen von Füllstoffen - Fiberglas, Bornitrid, Ruß usw. modifiziert werden, was es ermöglicht, Materialien mit neuen Eigenschaften aufzunehmen und die verfügbaren Eigenschaften zu verbessern.

Dielektrika - Dies sind Substanzen, die keinen elektrischen Strom einer bestimmten Pore durchführen. Unter bestimmten Bedingungen ist die Leitfähigkeit in ihnen geboren. Diese Bedingungen sind mechanisch, thermisch - allgemein Energiemetypen von Einflüssen. Neben Dielektrika werden Substanzen auch für Leiter und Halbleiter klassifiziert.

Was ist der Unterschied zwischen den Dielektrieren von Leitern und Halbleitern

Der theoretische Unterschied zwischen diesen drei Arten von Materialien kann dargestellt werden, und ich werde es in der folgenden Abbildung tun:

Die Zeichnung ist ein schönes, mit einer Schulbank vertraut, aber etwas praktisches von ihm ist nicht sehr teuer. In diesem grafischen Meisterwerk ist jedoch der Unterschied zwischen dem Leiter, einem Halbleiter und einem Dielektrikum klar definiert.

Und der Unterschied ist die Größe der Energiesperre zwischen der Valenzzone und der Leitungszone.

In den Leitern befinden sich Elektronen in der Valenzzone, aber nicht alle, da die Valenzzone der äußerste Rand ist. Sicher ist es wie Migranten. Die Leitungszone ist leer, aber froh für Gäste, da es in Form von freien Energiezonen voller freier Arbeiten ist. Bei einem externen elektrischen Feld erwerben extreme Elektronen Energie und bewegen sich in freie Leitungszone. Diese Bewegung nennen wir auch den Stromschlag.

In Dielektrika und Leitern ist alles ähnlich, außer auf die Tatsache, dass es einen "Zaun" gibt - eine verbotene Zone. Diese Zone befindet sich zwischen der Valenz- und Leitfähigkeitszone. Je mehr diese Zone ist, desto größer ist die Energie, um die Elektronen dieser Entfernung zu überwinden. Dielektrika haben die Größe der Zone mehr als in Halbleitern. Es gibt sogar eine Bedingung: Wenn DE\u003e 3EV () ein Dielektrikum ist, im umgekehrten Fall von DE

Typen und Arten von Dielektrika

Die Klassifizierung der Dielektrika ist umfangreicher. Es gibt flüssige, feste und gasförmige Substanzen. Als nächstes sind sie nach bestimmten Anzeichen unterteilt. Nachfolgend finden Sie die bedingte Klassifizierung von Dielektrika mit Beispielen in Form einer Liste.

• gasförmig
• - Polar.
• - unpolar (Luft,)
• flüssigkeit
• - Polar (Wasser, Ammoniak)
• - Flüssigkristalle.
• - unpolar (Benzol,)
• solide
• - Centrosimenitrical.
• - Amorph
• - Harze, Bitumen (Epoxidharz)
• - Brille
• - ungeordnete Polymere
• - Polykristalle
• - unregelmäßige Kristalle
• - Keramik
• - bestellte Polymere.
• - Satalles
• - Monokristalle
• - Molekular
• - kovalent
• - Ionic.
• - paraelektrische Verdrängung.
• - Paraelektrisch "Bestellmessung"
• - Dipol
• - nicht-centrosmenhrisch
• - Monokristalle
• - Pyroelektrische
• - ferroelektrische Verschiebung
• - ferroelektrisch "Bestellmessung"
• - lineare Pyroelektrische
• - Piezoelektrische
• - mit Wasserstoffbrückenbindungen
• - kovalent
• - Ionic.
• - Textur.
• - elektronische Mängel
• - Ionenfekte.
• - Polare Moleküle
• - Makrodipole
• - ferroelektrische Domains.
• - Kristalle in der Matrix

Wenn Sie flüssige und gasförmige Dielektriken einnehmen, liegt die Hauptklassifizierung in der Frage der Polarität. Der Unterschied in Symmetriemolekülen. In polaren Molekülen sind asymmetrisch, in nicht-polarem symmetrisch. Asymmetrische Moleküle werden Dipole genannt. In polaren Flüssigkeiten ist die Leitfähigkeit so groß, dass sie nicht als isolierende Substanzen verwendet werden können. Daher wird für diese Zwecke unpolar verwendet, auch Transformatoröl. Das Vorhandensein polarer Verunreinigungen senkt auch in Hundertstel die Pannenleiste erheblich und beeinträchtigt die Isoliereigenschaften nicht polarer Dielektriken.

kristalle zählen zwischen Flüssigkeit und Kristall, wie folgt aus dem Namen.

Eine andere beliebte Frage zu den Eigenschaften und die Verwendung von flüssigen Dielektrika ist der folgende: wasser - Dielektrikum oder Dirigent? In reinem destilliertem Wasser gibt es keine Verunreinigungen, die dazu führen könnten, dass der Strom fließt. Sauberes Wasser Sie können im Labor, Industriebedingungen erstellen. Diese Bedingungen sind komplex und schwer zu erfüllen gewöhnliche Person. Es gibt einen einfachen Weg, um zu überprüfen, ob der Stromstromstromstrom destilliert ist.



Erstellen eines elektrischen Stromkreises (Stromquelle - Draht - Wasserdraht - Glühbirne - eine andere Drahtstromquelle), in der ein Gefäß mit destilliertem Wasser einer der Abschnitte für den Stromfluss ist. Wenn Sie das Schema zur Arbeit einschalten, leuchtet die Birne nicht auf, daher passiert der Strom nicht. Nun, wenn es sich dreht, bedeutet es Wasser mit Verunreinigungen.

Daher wird jedes Wasser, das wir treffen: vom Kran, im See, im Badezimmer - es ist ein Dirigent, da Verunreinigungen, die eine Chance für den laufenden Leckagen schaffen. Baden Sie nicht in einem Gewitter, arbeiten Sie nicht mit nassen Händen mit Strom. Obwohl reines destilliertes Wasser ein polarer Dielektrikum ist.

Für solide Dielektriken liegt die Klassifizierung im Wesentlichen in der Frage der Tätigkeit und der Passivität. Wenn die Eigenschaften konstant sind, wird das Dielektrikum als Isoliermaterial verwendet, dh es ist passiv. Wenn sich die Eigenschaften ändern, abhängig von äußeren Einflüssen (Wärme, Druck), wird dieses Dielektrikum für andere Zwecke verwendet. Papier ist ein dielektrisch, wenn Wasser mit Wasser imprägniert ist - dann wird der Strom ausgeführt und es wird geleitet, wenn das Papier mit Transformatoröl imprägniert ist - dann ist dies ein Dielektrikum.

Folie wird als dünne Metallplatte bezeichnet, Metall - wie bekannt ist, ist der Leiter. Zum Beispiel steht beispielsweise PVC-Folie zur Verfügung, hier ist die Wortfolie für Klarheit, und das Wort PVC ist, die Bedeutung zu verstehen - da PVC ein Dielektrikum ist. Obwohl in Wikipedia - die Folie wird als dünnes Blech aus Metall genannt.

Amorphe Flüssigkeiten - Es ist ein Harz, Glas und Bitumen und Wachs. Mit zunehmender Temperatur sind diese dielektrischen Schmelzen, diese sind gefrorene Substanzen - diese sind wilde Definitionen, die nur eine Wahrheit der Wahrheit kennzeichnen.

Polykristalle - Dies, als ob die Kristalle getroffen werden, kombiniert in einen Kristall. Zum Beispiel Salz.

Monokristall - Dies ist ein fester Kristall, im Gegensatz zu dem vorgenannten Polykristall mit einem kontinuierlichen Kristallgitter.

Piezoelektrische - Dielektrika, in denen mit mechanischer Belichtung (Sprühen) der Ionisierungsprozess auftritt. Es wird in Feuerzeugen, Detonatoren, Ultraschalluntersuchungen verwendet.

Pyroelektrische - Wenn sich die Temperatur in diesen Dielektrika ändert, tritt eine spontane Polarisation auf. Es tritt auch während der mechanischen Exposition auf, dh Pyroelektrika sind auch Piezoelektrische, aber nicht umgekehrt. Beispiele dienen als Amber und Tourmalin.

Körperliche Eigenschaften von Dielektrika

Um die Qualität und Grad der Eignung des Dielektrikums zu bewerten, müssen Sie irgendwie seine Parameter beschreiben. Wenn Sie diese Parameter überwachen, können Sie rechtzeitig einen Unfall verhindern, indem Sie den Artikel mit gültigen Parametern auf einen neuen ersetzen. Diese Parameter sind: Polarisation, elektrische Leitfähigkeit, elektrische Festigkeit und dielektrische Verluste. Für jeden dieser Parameter gibt es eine eigene Formel und einen konstanten Wert, im Vergleich dazu, in dem die Materialeignung abgeschlossen ist.

Die wichtigsten elektrischen Eigenschaften von Dielektrika sind Polarisation (Ladungsverschiebung) und elektrische Leitfähigkeit (die Fähigkeit, einen elektrischen Strom durchzuführen) Die Verschiebung der zugehörigen Ladungen des Dielektrikums oder deren Orientierung im elektrischen Feld wird als Polarisation bezeichnet. Diese Eigenschaft von dielektrischen Materialien ist durch relative Dielektrizitätskonstante gekennzeichnet ε . Mit Polarisation auf der Oberfläche der dielektrischen dielektrischen, angeschlossenen elektrischen Ladungen werden angeschlossene elektrische Ladungen gebildet.

Je nach Art des Dielektrikums kann die Polarisation sein: elektronisch, ionische, Dipol-Entspannung, spontan. Detaillierter über ihre Eigenschaften in Infografiken unten.

Unter der elektrischen Leitfähigkeit versteht die Fähigkeit des Dielektrikums, einen elektrischen Strom auszuführen. Der in dem Dielektrikum fließende Strom wird als Leckstrom bezeichnet. Der Leckstrom besteht aus zwei Komponenten - dem Strom der Absorption und dem Strom durch. Durch die Verfügbarkeit von freien Ladungen in den Dielektrikum, der Absorptionsstrompolarisationsprozesse, bis das Gleichgewicht im System eingerichtet ist.

Die Größe der elektrischen Leitfähigkeit hängt von der Temperatur, Feuchtigkeit und der Anzahl der freien Ladungsträger ab.

Mit zunehmender Temperatur steigt die elektrische Leitfähigkeit der Dielektrika an, und der Widerstand fällt ab.

Die Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit bringt uns zur Klassifizierung von Dielektrika zurück. Schließlich werden nicht polare Dielektrika nicht mit Wasser benetzt, und es gibt keinen Fall, um die Luftfeuchtigkeit zu ändern. Und an den polaren Dielektrika mit zunehmender Feuchtigkeit steigt der Gehalt an Ionen an, und die elektrische Leitfähigkeit steigt an.

Die Leitfähigkeit des Dielektrikums besteht aus Oberflächen- und Volumenleitfähigkeit. Das Konzept der spezifischen Volumenleitfähigkeit ist bekannt, das durch den Buchstaben des Sigma σ angezeigt wird. Und der umgekehrte Wert ist der spezifische Volumenwiderstand und wird durch den RO-Buchstaben angezeigt ρ .

Eine starken Erhöhung der Leitung in einem Dielektrikum mit einer Anstieg der Spannung kann zu einem elektrischen Zusammenbruch führen. Und auf dieselbe Weise, wenn der Isolationswiderstand fällt, bedeutet dies, dass die Isolierung nicht mit seiner Aufgabe bewältigt wird, und Maßnahmen müssen angewendet werden. Der Isolationswiderstand besteht aus Oberflächen- und volumetrischen Widerstand.

Dielektrische Verluste in der Dielektrikation verstehen den Stromverlust innerhalb des dielektrischen Werts, der in Form von Wärme abgeführt wird. Um diesen Wert zu bestimmen, wird der Tangent-Delta-Parameter eingeführt tgδ.. Δ ist ein Winkel, der bis zu 90 Grad ergänzt, der Winkel zwischen dem Strom und der Spannung in der Schaltung mit dem Behälter.

Dielektrische Verluste sind: Resonanz, Ionisierung, elektrische Leitfähigkeit, Entspannung. Lassen Sie uns nun über jeden Typ sprechen.



Elektrische Festigkeit ist das Verhältnis der Stanzspannung durch den Abstand zwischen den Elektroden (oder der Dicke des Dielektrikums). Dieser Wert wird durch die minimale Größe der elektrischen Feldstärke bestimmt, mit der der Zusammenbruch auftritt.

Der Zusammenbruch kann elektrische (Schockionisierung, Photoionisierung), thermische (große dielektrische Verluste, daher viel Wärme- und Schmelzbekleidung) und elektrochemisch (als Ergebnis der Bildung von Bewegungsionen) sein können.

Und am Ende der dielektrischen Tabelle, wie ohne sie.



Die obige Tabelle zeigt Daten zur elektrischen Festigkeit, spezifischen Volumenwiderstand und relativer Dielektrizitätskonstante für verschiedene Substanzen. Der Tangen des Winkels der dielektrischen Verluste war auch nicht umgangen.

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Alle Flüssigkeiten und Feststoffe in der Art des Betriebs auf sie des elektrostatischen Feldes sind in Leiter, Halbleiter und dielektrika.

Dielektrika (Isolatoren)- Substanzen, die nicht schlecht ausgeben oder kein elektrischer Strom ausgeben. Die Dielektrikanen umfassen Luft, einige Gase, Glas, Kunststoffe, verschiedene Harze, viele Arten von Gummi.

Wenn Sie neutrale Körper in ein elektrisches Feld aus Materialien wie Glas, Ebonit setzen, können Sie ihre Anziehungskraft als positiv aufgeladene und negativ geladene Körpern beobachten, jedoch deutlich schwächer. Bei der Teilen solcher Körper im elektrischen Feld sind ihre Teile jedoch neutral, wie der Ganze als Ganzes.

Daher, es gibt keine freien elektrisch geladenen Partikel in solchen Körpern, in der Lage, sich unter der Wirkung eines externen elektrischen Feldes im Körper zu bewegen. Substanzen, die keine freien elektrisch geladenen Teilchen enthalten, werden aufgerufen Dielektrika oder Isolatoren..

Die Anziehungskraft von ungeladenen Stellen von Dielektrika bis hin zu geladenen Körpern ist auf ihre Fähigkeit zurückzuführen polarisation.

Polarisation- Die Verschiebung der gebundenen elektrischen Ladungen in Atomen, Molekülen oder in den Kristallen unter der Wirkung eines externen elektrischen Feldes. Einfachste ein Beispiel für Polarisation - Die Wirkung eines externen elektrischen Feldes auf ein neutrales Atom. Im äußeren elektrischen Feld ist die auf eine negativ geladene Hülle wirkende Kraft entgegengesetzt, was auf einen positiven Kern wirkt. Unter der Wirkung dieser Kräfte verschiebt sich die Elektronenhülle leicht relativ zum Kernel und verformt sich. Das Atom bleibt im Allgemeinen neutral, aber die Zentren einer positiven und negativen Ladung stimmen nicht mehr überein. Ein solches Atom kann als System von zwei gleichen Punktgebühren des entgegengesetzten Schilds betrachtet werden, das dipolem genannt wird.

Wenn Sie eine dielektrische Platte zwischen zwei Metallplatten mit den Ladungen des entgegengesetzten Zeichens legen, werden alle Dipole in dem Dielektrikum unter der Wirkung eines externen elektrischen Feldes positive Ladungen in eine negative Platte und negative Ladungen in eine positiv geladene Platte umgewandelt. Die dielektrische Platte bleibt im Allgemeinen neutral,seine Oberflächen sind jedoch gegen das Vorzeichen der assoziierten Gebühren abgedeckt.

In dem elektrischen Feld erzeugen Polarisationsgebühren auf der dielektrischen Oberfläche ein elektrisches Feld, das gegenüber einem externen elektrischen Feld entgegengesetzt ist. Infolgedessen nimmt die elektrische Feldstärke im Dielektrikum ab, aber nicht null.

Das Verhältnis des Spannungsmoduls E 0 des elektrischen Feldes im Vakuum zum Spannungsmodul E des elektrischen Feldes in einem homogenen Dielektrikum wird genannt dielektrizitätskonstante ɛ Substanz:

ɛ \u003d E 0 / E

Wenn die Wechselwirkung von zwei Punkte elektrische Ladungen in dem Medium mit Dielektrizitätskonstante ɛ aufgrund einer Abnahme der Feldstärke in ɛ-Zeiten in ɛ-mal abnimmt, sinkt die Coulomb-Kraft auch auf einmal:

F e \u003d k (q 1 · q 2 / ɛr 2)

Die Dielektrika können ein externes elektrisches Feld entspannen. Diese Eigenschaft wird in Kondensatoren angewendet.

Kondenatoren- Dies sind elektrische Geräte für die Anhäufung elektrischer Ladungen. Der einfachste Kondensator besteht aus zwei parallelen Metallplatten, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind. Bei der Berichterstattung von Platten, die im Modul entsprechen und durch das Anzeichen von Gebühren entgegengesetzt sind + Q und -q Zwischen den Platten wird das elektrische Feld mit Spannung erstellt. E.. Außerhalb der Platten wird die Wirkung von elektrischen Feldern gerichtet, die entgegengesetzt geladene Platten gerichtet sind, gegenseitig kompensiert, die Feldstärke ist Null. Stromspannung U. zwischen den Platten sind direkt proportional zur Ladung auf einer Platte, also das Ladungsverhältnis q Spannung U.

C \u003d q / u

ist ein konstanter Kondensator für alle Ladungswerte q.Diese Haltung VONgenannt die Leistungskapazität des Kondensators.

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Dielektrika, Substanzen, schlecht leitfähiger elektrischer Strom. Der Begriff "dielektrisch" wurde von M. Faraday eingeführt, um Substanzen zu bezeichnen, in denen das elektrostatische Feld eindringt. Bei einem elektrischen Feld einer Substanz, Elektronen und Atomkern, erleben Elektronen und Atomkern von diesem Feld Kraft. Infolgedessen bewegte sich ein Teil der Ladungen in den elektrischen Strom. Die übrigen Ladungen werden umverteilt, so dass die "Schwerkraft" von positiven und negativen Ladungen relativ zueinander verschoben werden. IM in letzter Fall Sprechen Sie über die Polarisation der Substanz. Je nachdem, welcher dieser beiden Prozesse (Polarisation oder elektrische Leitfähigkeit) herrscht, sind Substanzen in Dielektrika (alle nicht ionisierten Gase, einigen Flüssigkeiten und Festkörpern) unterteilt, und Leiter (Metalle, Elektrolyte, Plasma).

Die elektrische Leitfähigkeit von Dielektrika im Vergleich zu Metallen ist sehr gering. Spezifischer elektrischer Widerstand der Dielektrika 10 8 -10 17 Ohm · cm, Metalle - 10 -6 -10 -4 Ohm · cm.

Der quantitative Unterschied in der elektrischen Leitfähigkeit der dielektrischen und metalischen Klassikphysik versuchte, die Tatsache zu erklären, dass es in Metallen freie Elektronen gibt, während in den Dielektrika alle Elektronen miteinander verbunden sind (an einzelnen Atomen gehören) und das elektrische Feld nicht abhebt, sondern nur verschiebt sie leicht.

Quantentheorie festkörper Erläutert den Unterschied in den elektrischen Eigenschaften von Metallen und Dielektrika durch verschiedene Verteilung von Elektronen durch Energieniveau. In der dielektrischen Oberseite, die mit Elektronen gefüllt ist, fällt der Energiepegel zusammen mit obere Grenze Eine der zulässigen Zonen (in Metallen, die es in der aufgelösten Zone liegt), und die nächstgelegenen freien Pegel sind von der mit einer verbotenen Zone gefüllten verbotenen Zone getrennt, um zu überwinden, welche Elektronen nicht unter der Wirkung von nicht zu starken elektrischen Feldern (siehe die Zonentheorie). Der elektrische Feldeffekt wird auf die Umverteilung der Elektronendichte reduziert, was zur Polarisation des Dielektrikums führt.

Polarisation von Dielektrika. Mechanismen der Polarisation von Dielektrika hängen von der Art der chemischen Bindung ab, d. H. Die Verteilung der Elektronendichte in Dielektrika. In ionischen Kristallen (z. B. NaCl) ist die Polarisation das Ergebnis der Ionenverschiebung relativ zueinander (Ionenpolarisation) sowie die Verformung der elektronischen Muscheln einzelner Ionen (Elektronenpolarisation), dh der Summe von Ionic und Elektronenpolarisierungen. Bei kovalenten Bondkristallen (zum Beispiel Diamant), in denen die Elektronendichte gleichmäßig zwischen den Atomen verteilt ist, ist die Polarisation hauptsächlich auf die Verschiebung von Elektronen, die trainieren, zurückzuführen chemische Kommunikation. In sogenannten polaren Dielektrika (zum Beispiel solide H 2 S) sind Atomegruppen elektrische Dipole, die in Abwesenheit eines elektrischen Feldes chaotisch fokussiert sind, und auf dem Feld erwerben Sie eine vorherrschende Orientierung. Eine solche Orientierungspolarisation ist typisch für viele Flüssigkeiten und Gase. Ein ähnlicher Polarisationsmechanismus ist mit "croskom" unter der Wirkung eines elektrischen Feldes einzelner Ionen aus einigen Gleichgewichtspositionen im Gitter zu anderen verbunden. Besonders oft wird ein solcher Mechanismus in Substanzen mit beobachtet wasserstoffverbindung (zum Beispiel Eis), wo Wasserstoffatome mehrere Gleichgewichtspositionen aufweisen.

Die Polarisation von Dielektrika zeichnet sich durch einen Polarisationsvektor P aus, der ein elektrisches Dipolmoment einer Einheit eines Dielektrikums ist:

wobei P i die Dipolmomente von Partikeln (Atome, Ionen, Molekülen) ist, n die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit ist. Der Vektor P hängt von der Spannung des elektrischen Feldes E ab. In schwachen Feldern ρ \u003d ε 0 κε. Der Proportionalitätskoeffizient κ heißt dielektrische Anfälligkeit. Häufig anstelle von Vector P verwenden Sie Vektor der elektrischen Induktion (1)

wobei ε eine dielektrische Permeabilität ist, ε 0 - elektrische Konstante. Die Werte von κ und ε sind die Haupteigenschaften des Dielektrikums. In anisotropen Dielektrika (zum Beispiel in nichtkomischen Kristallen) wird die Richtung P nicht nur durch die Richtung des Feldes E bestimmt, sondern auch die Richtung der Achse der Symmetrie des Kristalls. Daher wird der Vektor P unterschiedliche Winkel mit Vektor E, je nach Orientierung, in Bezug auf die Achsen der Symmetrie des Kristalls. In diesem Fall wird der Vektor D durch den Vektor E mit Hilfe eines nicht einem Wert von ε und mehreren (im Allgemeinen sechs) bestimmt, wodurch ein dielektrischer Konstant-Tensor bildet.

Dielektrika in einem variablen Feld. Wenn sich das E-Feld in der Zeit t ändert, hat die Polarisation des Dielektrikums nicht Zeit, um ihm zu folgen, da die Ladungsverschiebungen nicht sofort auftreten können. Da ein variables Feld als ein Satz von Feldern dargestellt werden kann, die durch das harmonische Gesetz variieren, reicht es aus, das Verhalten des Dielektrikums im E \u003d E \u003d E 0 0 zu untersuchen, wobei ω die Frequenz des variablen Feldes ist, E 0 ist die Amplitude der Feldstärke. Unter der Wirkung dieses Feldes hängen D und P harmonisch und mit der gleichen Frequenz ab. Die Differenz zwischen den Phasen δ erscheint jedoch zwischen den Schwingungen P und E, die durch die Verzögerung der Polarisation P aus dem Feld E. Harmonische Gesetz in der komplexen Form E \u003d E 0 E iΩt dargestellt werden kann, dann d \u003d d 0 e iωt und d 0 \u003d ε (ω) ε 0. Die dielektrische Konstante ist in diesem Fall ein komplexer Wert: ε (ω) \u003d ε '+ iε' ', ε' und ε '' hängen von der Frequenz des variablen elektrischen Felds Ω ab. Absolutwert

bestimmt die Amplitude der Schwingung d, und das Verhältnis & epsi; / ε "\u003d Tgδ ist die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen d und E. Der Wert Δ wird als Winkel der dielektrischen Verluste bezeichnet. In einem konstanten elektrischen Feld ω \u003d 0, ε "\u003d 0, ε '\u003d ε.

In Variablen von elektrischen Feldern mit hohen Frequenzen sind die Eigenschaften des Dielektrikums durch die Brechungsindizes von n und der Absorption K (anstelle von ε 'und ε ") gekennzeichnet. Die erste gleich Relation. Verteilungsraten elektromagnetische Wellen in dielektrisch und im Vakuum. Der Absorptionsindikator K kennzeichnet die Dämpfung elektromagnetischer Wellen im Dielektrikum. Die Werte von n, k, ε 'und ε sind durch Relation (2) verbunden.

Polarisation von Dielektrika in Abwesenheit eines elektrischen Feldes. In einer Reihe von festen Dielektrika (Pyroelektrika, Ferroelektrika, Piezoelektrika, elektrisch Platten) kann die Polarisation ohne elektrisches Feld existieren, d. H. Kann auf andere Gründe verursacht werden. Somit gibt es in pyroelektrischen Ladungen so asymmetrisch, die Zentren der Schwerkraftladungen des entgegengesetzten Zeichens fallen nicht zusammen, d. H. Das Dielektrikum wird spontan polarisiert. Die Polarisation in Pyroelektriken manifestiert sich jedoch nur, wenn die Temperatur geändert wird, wenn die elektrischen Ladungen die Polarisation kompensieren, nicht mehr Zeit zur Umstrukturierung haben. Eine Vielzahl von Pyroelektriken sind Ferroelektrika, deren spontane Polarisation unter dem Einfluss von äußeren Einflüssen (Temperatur, elektrischem Feld) signifikant verändert werden kann. In Piezoelektriken tritt die Polarisation während der Kristallverformung auf, die mit den Besonderheiten ihrer Kristallstruktur verbunden ist. Die Polarisation in der Abwesenheit eines Feldes kann auch in einigen Stoffen der Art von Harz und Geflecht beobachtet werden, die elektrisch bezeichnet werden.

Die elektrische Leitfähigkeit der Dielektrika ist klein, aber immer anders von Null. Bewegliche Ladungsträger in Dielektrika können Elektronen und Ionen sein. Unter normalen Bedingungen ist die elektronische Leitfähigkeit der Dielektrika im Vergleich zu ionisch gering. Eine ionische Leitfähigkeit kann darauf zurückzuführen sein, sowohl eigene Ionen als auch Verunreinigungen zu bewegen. Die Möglichkeit, Ionen durch Kristall zu bewegen, ist mit dem Vorhandensein von Mängeln in Kristallen verbunden. Wenn es beispielsweise eine Vakanz im Kristall gibt, dann kann das benachbarte Ionen unter der Wirkung des Feldes annehmen, in der neu gebildeten Vakanz kann das nächste Ion usw. durchlaufen. Infolgedessen tritt die Vakanzbewegung auf, was zur Übertragung der Ladung durch den gesamten Kristall führt. Die Bewegung von Ionen tritt infolge ihrer Roben auf Zwischenräumen auf. Mit zunehmender Temperatur steigt die ionische Leitfähigkeit an. Ein spürbarer Beitrag zur elektrischen Leitfähigkeit des Dielektrikums kann Oberflächenleitfähigkeit (siehe Oberflächenphänomene) vorgenommen werden.

Probendielektrika. Die Dichte des elektrischen Stroms J durch das Dielektrikum ist proportional zur Spannung des elektrischen Feldes E (Ohm-Gesetz): J \u003d ς, wobei ς die elektrische Leitfähigkeit des Dielektrikums ist. In ausreichend starken Feldern steigt der Strom jedoch schneller an als nach dem Gesetz von Ohm. Mit einem bestimmten kritischen Wert tritt die elektrische Dispersion des Dielektrikums auf. Die Größe des EF ist als elektrische Haltbarkeit des Dielektrikums bezeichnet. Mit einem Zusammenbruch fließt fast jeder Strom durch den schmalen Kanal (siehe aktuelle Schnürung). In diesem Kanal j erreicht es große Werte, die zur Zerstörung des Dielektrikums führen können: Das Durchgangsloch oder das Dielektrikum wird über den Kanal eingestellt. Kanal kann fließen chemische Reaktionen; Zum Beispiel wird Kohlenstoff in organischen Dielektrika ausgefällt, in ionischen Kristallen - Metall (Kanalmetallisierung) usw., immer diejenigen in der dielektrischen Inhomogenität, die in der dielektrischen Inhomogenität vorhanden sind, vorzugsweise gefördert, da an Orten der Inhomogenitäten das Feld E lokal ansteigen kann.

Bei festen Dielektrika unterscheiden thermische und elektrische Kleinigkeiten. Mit Wärme wächst die Menge an Wärme, die in dem Dielektrikum freigesetzt wird, mit Wärme, und daher die dielektrische Temperatur, die zu einer Erhöhung der Anzahl von Ladungsträgern n führt, und den spezifischen elektrischen Widerstand ρ reduzieren. Mit einer elektrischen Probe mit einer Erhöhung des Feldes nimmt die Erzeugung von Ladungsträgern unter der Wirkung des Feldes und ρ ebenfalls ab.

Die elektrische Festigkeit der flüssigen Dielektrika an einem starken hängt von der Reinheit der Flüssigkeit ab. Das Vorhandensein von Verunreinigungen und Verunreinigungen verringert e pr. für die reine homogene flüssige Dielektrisierung E pr in der Nähe von festen Dielektrika. Der Abbau von Gas ist mit der Aufprallionisierung verbunden und manifestiert sich in Form einer elektrischen Entladung.

Nichtlineare Eigenschaften von Dielektrika. Die lineare Abhängigkeit p \u003d ε 0 ist nur für Feld E gültig, wesentlich kleinere intrakristalline Felder E CR (E CB von etwa 10 8 V / cm). weil E pr.<< Е кр, то в большинстве диэлектриков не удаётся наблюдать нелинейную зависимость Р(Е) в постоянном электрическом поле. Исключение составляют сегнетоэлектрики, в которых в сегнетоэлектрической области и вблизи точек фазовых переходов наблюдается сильная нелинейная зависимость Р(Е). При высоких частотах электрическая прочность диэлектрика повышается, поэтому нелинейные свойства любых диэлектриков проявляются в ВЧ-полях больших амплитуд. В частности, в луче лазера могут быть созданы электрические поля напряжённостью порядка 10 8 В/см, в которых становятся существенными нелинейные свойства диэлектрика, что позволяет осуществить преобразование частоты света, самофокусировку света и другие нелинейные эффекты (смотри Нелинейная оптика).

Anwendung von Dielektrika. Die Dielektrika werden hauptsächlich als elektrische Isoliermaterialien verwendet. Piezoelektriken werden verwendet, um mechanische Signale (Verschiebungen, Verformungen, Schallschwingungen) in elektrische und umgekehrte Umrechnung umzuwandeln (siehe piezoelektrischer Wandler); Pyroelektrische - als thermische Detektoren verschiedener Strahlung, insbesondere IR-Strahlung; Die Segroesoelektriken, auch Piezoelektrika und Pyroelektrika, werden zusätzlich zu Kondensatormaterialien (aufgrund hoher dielektrischer Permeabilität) sowie nichtlineare Elemente und Speicherelemente in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt. Die meisten optischen Materialien sind Dielektrika.

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