Матеріал діелектрик. Основні характеристики діелектричних матеріалів
Класифікація за будовою молекул
Класифікація за хімічним складом
Класифікація за способом отримання
Класифікація за агрегатному стані
Активні і пасивні діелектрики
Визначення діелектричних матеріалів
Класифікація і області використання діелектричних матеріалів
Діелектриками називаються речовини, основним електричним властивістю яких є здатність поляризуватися в електричному полі.
Електроізоляційними матеріалами називають діелектричні матеріали, призначені для створення електричної ізоляції струмоведучих частин електротехнічних установок.
Ізолятором називається виріб з електроізоляційного матеріалу, завданнями якого є кріплення і ізоляція один від одного провідників, що знаходяться під різними потенціалами (наприклад, ізолятори повітряної ЛЕП).
Електричною ізоляцією називається електроізоляційна система певного конкретного електротехнічного вироби, виконана з одного або декількох електроізоляційних матеріалів.
Використовувані в якості електроізоляційних матеріалів діелектрики називаються пасивними діелектриками. В даний час широко застосовуються, так звані, активні діелектрики, параметри яких можна регулювати, змінюючи напруженість електричного поля, температуру, механічні напруги і інші параметри впливають на них факторів.
Наприклад, конденсатор, діелектричним матеріалом в якому служить п'єзоелектрик, під дією прикладеного змінного напруги змінює свої лінійні розміри і стає генератором ультразвукових коливань. Ємність електричного конденсатора, виконаного з нелінійного діелектрика - сегнетоелектріка, змінюється в залежності від напруженості електричного поля; якщо така ємність включена в коливальний LC-контур, то змінюється і його частота настройки.
Діелектричні матеріали класифікують:
По агрегатному стані: газоподібні, рідкі та тверді;
За способом отримання: природні і синтетичні;
За хімічним складом: органічні і неорганічні;
За будовою молекул: нейтральні і полярні.
газоподібних діелектриків
До газоподібним діелектриків відносяться: повітря, азот, водень, вуглекислий газ, елегаз, хладон (фреон), аргон, неон, гелій і ін. Вони використовуються при виготовленні електричних апаратів (повітряні та елегазові вимикачі, розрядники)
Найбільш широко в якості електроізолюючого матеріалу використовується повітря. Повітря містить: пари води і гази: азот (78%), кисень (20,99%), вуглекислий газ (0,03%), водень (0,01%), аргон (0,9325%), неон (0 , 0018%), а також гелій, криптон, і ксенон, які за обсягом в сумі складають десятитисячні частки відсотка.
Важливими властивостями газів є їх здатність відновлювати електричну міцність, мала діелектрична проникність, високе значення питомої опору, практично відсутність старіння, інертність ряду газів по відношенню до твердих і рідких матеріалів, нетоксичність, здатність їх працювати при низьких температурах і високому тиску, негорючість.
рідких діелектриків
Рідкі діелектрики призначені для відводу теплоти від обмоток і магнітопроводів в трансформаторах, гасіння дуги в масляних вимикачах, посилення твердої ізоляції в трансформаторах, маслонаповнювальні вводи, конденсаторах, маслопропітанной і маслонаповнених кабелях.
Рідкі діелектрики ділять на дві групи:
Нафтові масла (трансформаторне, конденсаторне, кабельне);
Синтетичні масла (совтола, рідкі кремнійорганічні і фтороорганіческіе з'єднання).
4.1.7 Області використання діелектриків як ЕТМ
Застосування в електроенергетиці:
- лінійна і Подстанционная ізоляція - це фарфор, скло та кремнийорганическая гума в підвісних ізоляторах ПЛ, фарфор в опорних і прохідних ізоляторах, склопластики в якості несучих елементів, поліетилен, папір в високовольтних вводах, папір, полімери в силових кабелях;
- ізоляція електричних приладів - папір, гетинакс, склотекстоліт, полімери, слюдяні матеріали;
- машин, апаратів - папір, картон, лаки, компаунди, полімери;
- конденсатори різних видів- полімерні плівки, папір, оксиди, нітриди.
З практичної точки зору в кожному випадку вибору матеріалу електричної ізоляції слід аналізувати умови роботи і вибирати матеріал ізоляції відповідно до комплексом вимог. Для орієнтування доцільно розділити основні діелектричні матеріали на групи за умовами застосування.
1. Нагревостойкость електрична ізоляція. Це в першу чергу вироби з слюдяних матеріалів, деякі з яких здатні працювати до температури 700 ° С. Скло та матеріали на їх основі (склотканини, стеклослюдініти). Органосилікатних і металлофосфатние покриття. Керамічні матеріали, зокрема нітрид бору. Композиції з кремнійорганікі з термостійким сполучною. З полімерів високої нагревостойкостью мають полиимид, фторопласт.
2. Вологостійка електрична ізоляція. Ці матеріали повинні бути гідрофобні (незмочування водою) і негігроскопічні. яскравим представником цього класу є фторопласт. В принципі можлива гідрофобізація шляхом створення захисних покриттів.
3. Радіаційно стійка ізоляція. Це, в першу чергу, неорганічні плівки, кераміка, склотекстоліт, слюдинітова матеріали, деякі види полімерів (полііміди, поліетилен).
4. Тропікостойкая ізоляція.Матеріал повинен бути гідрофобним, щоб працювати в умовах високої вологості і температури. Крім того, він повинен бути стійким проти цвілевих грибків. Кращі матеріали: фторопласт, деякі інші полімери, гірші - папір, картон.
5. Морозостійка ізоляція. Ця вимога характерно, в основному для гум, тому що при зниженні температури все гуми втрачають еластичність. Найбільш морозостійка кремнийорганическая гума з фенільними групами (до -90 ° С).
6. Ізоляція для роботи у вакуумі (космос, вакуумні прилади). Для цих умов необхідно використовувати вакуумно-щільні матеріали. Придатні деякі, спеціально приготовлені керамічні матеріали, малопридатні полімери.
електротехнічний картон використовується в якості діелектричних дистанціюють прокладок, шайб, розпірок, в якості ізоляції магнітопроводів, пазової ізоляції обертових машин і т.п. Картон, як правило, використовується після просочення трансформаторним маслом. Електрична міцність просоченого картону досягає 40-50 кВ / мм. Оскільки вона вище міцності трансформаторного масла, для збільшення електричної міцності трансформаторів часто влаштовують в середовищі масла спеціальні бар'єри з картону. Маслобарьерний ізоляція зазвичай має міцність Е \u003d 300-400 кВ / см. Недоліком картону є гігроскопічність, в результаті попадання вологи зменшується механічна міцність і, різко зменшується електрична міцність (в 4 і більше разів).
В останнім часом бурхливо розвивається виробництво ізоляторів для ВЛ на основі кремнийорганической гуми. Цей матеріал відноситься до каучукам, основна властивість яких - еластичність. Це дозволяє виготовляти з каучуку не тільки ізолятори, а й гнучкі кабелі. В енергетиці використовуються різні типи каучуків: натуральні каучуки, бутадієновий, бутадієн-стирольні, етиленпропіленового і кремнійорганічні.
електротехнічний фарфор є штучним мінералом, утвореним з глинистих мінералів, польового шпату і кварцу в результаті термообробки по керамічної технології. До числа найбільш цінних його властивостей відноситься висока стійкість до атмосферних впливів, позитивним і негативним температурам, до впливу хімічних реагентів, високі механічна і електрична міцність, дешевизна вихідних компонентів. Це визначило широке застосування порцеляни для виробництва ізоляторів.
електротехнічне скло в якості матеріалу для ізоляторів має деякі переваги перед порцеляною. Зокрема у нього більш стабільна сировинна база, простіше технологія, яка припускає велику автоматизацію, можливість візуального контролю несправних ізоляторів.
Слюдає основою великої групи електроізоляційних виробів. Головне достоїнство слюди - висока термостійкість поряд з досить високими електроізоляційними характеристиками. Слюда є природним мінералом складного складу. В електротехніці використовують два види слюди: мусковіт КАl 2 (АlSi 3 Про 10) (ОН) 2 і флогопит КMg 3 (АlSi 3 Про 10 (ОН) 2. Високі електроізоляційні характеристики слюди зобов'язані її незвичайного будовою, а саме - шаруватості. Слюдяні пластинки можна розщеплювати на плоскі пластинки аж до субмікронних розмірів. Руйнують напруги при відриві одного шару від іншого шару складають приблизно 0.1 МПа, тоді як при розтягуванні вздовж шару - 200-300 МПа. З інших властивостей слюди відзначимо невисокий tg, менш ніж 10 -2; високий питомий опір, більше 10 12 Ом · м; досить високу електричну міцність, понад 100 кВ / мм; термостійкість, температура плавлення понад 1200 ° С.
Слюда використовується в якості електричної ізоляції, як у вигляді щипана тонких пластинок, в т.ч. склеєних між собою (міканіти), так і у вигляді слюдяних паперів, в т.ч. просочених різними сполучними (слюдиніту або слюдопласт). Слюдяная папір виробляється за технологією, близькою до технології звичайного паперу. Слюду роздрібнюють, готують пульпу, на машинах з виробництва паперу розгортають аркуші паперу.
міканіти мають кращі механічними характеристиками і вологостійкість, але вони дорожчі і менш технологічні. Застосування - пазова і виткового ізоляція електричних машин.
слюдиніту - листові матеріали, виготовлені з слюдяного паперу на основі мусковита. Іноді їх комбінують з підкладкою з склотканини (стеклослюдініт), або полімерної плівки (пленкослюдініт). Папери, просочені лаком, або іншим сполучною, мають кращі механічними і електрофізичними характеристиками, ніж непросочені паперу, але їх термостійкість зазвичай нижче, тому що вона визначається властивостями просочує сполучного.
слюдопласт - листові матеріали, виготовлені з слюдяного паперу на основі флогопита і просочені сполучними. Як і слюдиніту, вони також комбінуються з іншими матеріалами. У порівнянні зі слюдиніту вони мають кілька гіршими електрофізичними характеристиками, але мають меншу вартістю. Застосування слюдиніту і слюдопластов - ізоляція електричних машин, ізоляції електричних приладів.
Найбільше застосування з газів в енергетиці має повітря. Це пов'язано з дешевизною, загальнодоступністю повітря, простотою створення, обслуговування і ремонту повітряних електроізоляційних систем, можливістю візуального контролю. Об'єкти, в яких застосовується повітря в якості електричної ізоляції - лінії електропередач, відкриті розподільні пристрої, повітряні вимикачі і т.п.
З електронегативний газів з високою електричною міцністю найбільше застосування знайшов елегаз SF6.. Свою назву він отримав від скорочення "електричний газ". Унікальні властивості елегазу були відкриті в Росії, його застосування також почалося в Росії. У 30х роках відомий вчений Б.М. Гохберг досліджував електричні властивості ряду газів і звернув увагу на деякі властивості шестифтористой сірки SF6. Електрична міцність при атмосферному тиску і зазорі 1 см становить Е \u003d 89 кВ / см. Молекулярна маса становить 146, характерним є дуже великий коефіцієнт теплового розширення і висока щільність. Це важливо для енергетичних установок, в яких проводиться охолодження будь-яких частин пристрою, тому що при великому коефіцієнті теплового розширення легко утворюється конвективний потік, що відносить тепло. з тепло фізичних властивостей: Температура плавлення \u003d -50 ° С при 2 атм, температура кипіння (сублімації) \u003d -63 ° С, що означає можливість застосування при низьких температурах.
з інших корисних властивостей відзначимо наступні: хімічна інертність, нетоксичність, негорючість, термостійкість (до 800 ° С), вибухонебезпечність, слабке розкладання в розрядах, низька температура скраплення. За відсутності домішок елегаз абсолютно нешкідливий для людини. Однак продукти розкладання елегазу в результаті дії розрядів (наприклад, в розряднику або вимикачі) токсичні і хімічно активні. Комплекс властивостей елегазу забезпечив досить широке використання елегазової ізоляції. У пристроях елегаз зазвичай використовується під тиском в кілька атмосфер для більшої компактності енергоустановок, тому що електрична міцність збільшується з ростом тиску. На основі елегазової ізоляції створені і експлуатуються ряд електропристроїв, з них кабелі, конденсатори, вимикачі, компактні ЗРУ (закриті розподільні пристрої).
Найбільш поширений в енергетиці рідкий діелектрик - це трансформаторне масло.
трансформаторне масло - очищена фракція нафти, одержувана при перегонці, кипляча при температурі від 300 ° С до 400 ° С. Залежно від походження нафти володіють різними властивостями і ці відмінні властивості вихідної сировини відображаються на властивостях масла. Воно має складний вуглеводневий склад із середньою вагою молекул 220-340 а.о., і містить наступні основні компоненти.
З родинних трансформаторному маслу по властивостях і застосуванню рідких діелектриків варто відзначити конденсаторні й кабельні масла.
Конденсаторні масла. Під цим терміном об'єднана група різних діелектриків, застосовувана для просочення паперово-масляною і паперово-плівкового ізоляції конденсаторів. найбільш поширене конденсаторне масло по ГОСТ 5775-68 виробляють з трансформаторного масла шляхом більш глибокого очищення. Відрізняється від звичайних масел більшою прозорістю, меншим значенням tg (більш, ніж в десять разів). Касторове масло рослинного походження, воно виходить з насіння рицини. Основна область використання - просочення паперових конденсаторів для роботи в імпульсних умовах.
Щільність касторової олії 0,95-0,97 т / м3, температура застигання від -10 ° С до -18 ° С. Його діелектрична проникність при 20 ° С становить 4,0 - 4,5, а при 90 ° С - \u003d 3,5 - 4,0; tg при 20 ° С дорівнює 0,01 0,03, а при 100 ° С tg \u003d 0,2 0,8; Епр при 20 ° С дорівнює 15- 20 МВ / м. Кетамін не розчиняється у бензині, але розчиняється в етиловому спирті. На відміну від нафтових масел касторове не викликає набухання звичайної гуми. Цей діелектрик відноситься до слабополярная рідким діелектриків, його питомий опір при нормальних умовах становить 108 - 1010 Ом · м.
кабельні масла призначені для просочення паперової ізоляції силових кабелів. Основою їх також є нафтові олії. Від трансформаторного масла відрізняються підвищеною в'язкістю, збільшеною температурою спалаху і зменшеними діелектричними втратами. З марок масел відзначимо МН-4 (маловязкое, для заповнення кабелів низького тиску), С-220 (високов'язкі для заповнення кабелів високого тиску), КМ-25 (найбільш в'язке).
Другий тип рідких діелектриків - важкогорючі і негорючі рідини. Рідких діелектриків з такими властивостями досить багато. Найбільшого поширення в енергетиці і електротехніці отримали хлордіфеніли. В зарубіжної літератури вони називаються хлорбіфеніламі. Це речовини, що мають в своєму складі подвійне бензольне кільце, т.зв. ді (бі) фенільне кільце і приєднані до нього один або кілька атомів хлору. У Росії застосовуються діелектрики цієї групи у вигляді сумішей, в основному суміші пентахлордіфеніла з трихлордифенілом. Комерційні назви деяких з них - "совол", "совтола", "калорія-2".
Діелектричні матеріали класифікуються і по ряду внутрішньовидових ознак, які визначаються їх основними характеристиками: електричними, механічними, фізико-хімічними, тепловими.
4.2.1 До електричним характеристикам діелектричних матеріалів відносяться:
Питомий об'ємний електричний опір ρ, Ом * м або питома об'ємна провідність σ, См / м;
Питомий поверхневий електричний опір ρ s, Ом, або питома поверхнева провідність σ s См;
Температурний коефіцієнт питомого електричного опору ТК ρ, ˚С -1;
Діелектрична проникність ε;
Температурний коефіцієнт діелектричної проникності ТКε;
Тангенс кута діелектричних втрат δ;
Електрична міцність матеріалу Е пр, МВ / м.
4.2.2 Теплові характеристики визначають термічні властивості діелектриків.
До тепловим характеристикам відносяться:
теплоємність;
Температура плавлення;
Температура розм'якшення;
Температура каплепадения;
теплостійкість;
нагревостойкость;
Холодностойкость - здатність діелектриків протистояти низьких температур, зберігаючи електроізоляційні властивості;
Тропікостойкость - стійкість діелектриків до комплексу зовнішніх впливів в умовах тропічного клімату (різкий перепад температур, висока вологість, сонячна радіація);
Термоелатічность;
Температура спалаху парів електроізоляційних рідин.
Нагревостойкость - одна з найважливіших характеристик діелектриків. Відповідно до ГОСТ 21515-76 нагревостойкость - це здатність діелектрика довго витримувати вплив підвищеної температури протягом часу, який можна порівняти з терміном нормальної експлуатації, без неприпустимого погіршення його властивостей.
Класи нагрівостійкості. Всього сім. Характеризуються температурним індексом ТИ. Це температура, при якій термін служби матеріалу становить 20 тис. Часів.
4.2.3 вологісний властивості діелектриків
Вологостійкість - це надійність експлуатації ізоляції при знаходженні її в атмосфері водяної пари близького до насичення. Вологостійкість оцінюють по зміні електричних, механічних та інших фізичних властивостей після знаходження матеріалу в атмосфері з підвищеною і високою вологістю; по волого-і водопроникності; по волого-і водопоглощаемости.
Вологопроникність - здатність матеріалу пропускати пари вологи при наявності різниці відносних влажностей повітря з двох сторін матеріалу.
Вологопоглинання - здатність матеріалу сорбувати воду при тривалому знаходженні у вологому атмосфері близькою до стану насичення.
Водопоглощаемость - здатність матеріалу сорбувати воду при тривалому зануренні його в воду.
Тропікостойкость і тропікалізація обладнання - захист електрообладнання від вологи, цвілі, гризунів.
4.2.4 Механічні властивості діелектриків визначають наступні характеристики:
Руйнівна напруга при статичному розтягуванні;
Руйнівна напруга при статичному стисненні;
Руйнівна напруга при статичному вигині;
твердість;
Ударна в'язкість;
Опір розколювання;
Стійкість до надриву (для гнучких матеріалів);
Гнучкість за кількістю подвійних перегинів;
Пластоеластіческіе властивості.
Механічні характеристики діелектриків визначають відповідні ГОСТи.
4.2.5 Фізико-хімічні характеристики:
Кислотне число, що визначає кількість вільних кислот в діелектрику, що погіршують діелектричні властивості рідких діелектриків, компаундів і лаків;
Кінематична і умовна в'язкість;
водопоглощаемость;
водостійкість;
вологостійкість;
дугостійкість;
Трекінгстойкость;
Радіаційно стійкість і ін.
Поділяються на 3 групи:
1) нафтові масла;
2) синтетичні рідини;
3) рослинні масла.
Рідкі діелектрики використовують для просочення кабелів високої напруги, конденсаторів, для заливки трансформаторів, вимикачів і вводів. Крім цього вони виконують функції теплоносія в трансформаторах, дугогасітеля в вимикачах та ін.
нафтові масла
нафтові масла являють собою суміш вуглеводнів парафінового (З n Н 2 n + 2) і нафтенового (С n Н 2 n ) Рядів. Вони широко застосовуються в електротехніці в якості трансформаторного, кабельного і конденсаторного масел. Масло, заповнюючи проміжки і пори всередині електротехнічних установок і виробів, підвищує електричну міцність ізоляції і покращує тепловідвід від виробів.
трансформаторне масло отримують з нафти шляхом перегонки. Електричні властивості трансформаторного масла в значній мірі залежать від якості очищення масла від домішок, вмісту в ньому води і ступеня знегажування. Діелектрична проникність масла 2,2, питомий електричний опір 10 13 Ом · м.
Призначення трансформаторних масел - підвищувати електричну міцність ізоляції; відводити тепло; сприяти дугогашенія в масляних вимикачах, покращувати якість електроізоляції в електротехнічних виробах: реостатах, паперових конденсаторах, кабелях з паперовою ізоляцією, силових кабелях - шляхом заливання і просочення.
Трансформаторне масло в процесі експлуатації старіє, що погіршує його якість. Старіння масла сприяють: контакт масла з повітрям, підвищені температури, зіткнення з металами (Сu, Рb, Fе), Вплив світла. Для збільшення терміну служби масло регенерують очищенням і видаленням продуктів старіння, додаванням інгібіторів.
кабельнеі конденсаторне масла відрізняються від трансформаторного більш високою якістю очищення.
Синтетичні рідкі діелектрики
Синтетичні рідкі діелектрики за деякими властивостями перевершують нафтові електроізоляційні масла.
хлоровані вуглеводні
совол – пентахлордіфенілЗ 6 Н 2 Сl 3 - З 6 Н 3 Сl 2 , Отримують під час хлорування дифенілЗ 12 Н 10
З 6 Н 5 - З 6 Н 5 + 5 Сl 2 → З 6 Н 2 Сl 3 - З 6 Н 3 Сl 2 + 5 НСl
совол застосовується для просочення і заливки конденсаторів. Має більш високу в порівнянні з нафтовими маслами діелектричної проникністю. Діелектричнапроникність совола 5,0, питомий електричний опір 10 11 ¸ 10 12 Ом · м.Пріменяется совол для просочення паперових силових і радіоконденсаторов з підвищеною питомою ємністю і невисоким робочою напругою.
совтола - суміш совола з трихлорбензол. Використовується для ізоляції вибухобезпечних трансформаторів.
кремнійорганічні рідини
Найбільшого поширення мають полідіметілсілоксановие, полідіетілсілоксановие, полиметилфенилсилоксанової рідини.
Полісилоксанової рідини - рідкі кремнійорганічні полімери ( поліорганосилоксани), Мають такі цінні властивості як: висока нагревостойкость, Хімічна інертність, низька гігроскопічність, низька температура застигання, високі електричні характеристики в широкому інтервалі частот і температур.
Рідкі поліорганосилоксани представляють собою полімерні сполуки з низьким ступенем полімеризації, молекули яких містять СІЛОКСАН угруповання атомів
,
де атоми кремнію пов'язані з органічними радикаламиR: метилом CH 3, етилен C 2 H 5, фенілом C 6 H 5 . Молекули поліорганосілоксановой рідин можуть мати лінійну, лінійно-розгалужену і циклічну структуру.
рідкі поліметилсилоксан отримують при гідролізі діметілдіхлорсілана в суміші з триметилхлорсиланом .
Утворені рідини безбарвні, розчиняються в ароматичних вуглеводнях, діхлоретане і ряді інших органічних розчинників, не розчиняються в спиртах і ацетоні. поліметилсилоксан хімічно інертні, не роблять агресивного дії на метали і не взаємодіють з більшістю органічних діелектриків і гум. Діелектрична проникність 2,0¸ 2,8, питомий електричний опір 10 12 Ом · м, Електрична міцність 12¸ 20 МВ / м
Формула полідиметилсилоксана має вид
– Si(СН 3) 3 - О - [ Si(СН 3) 2 - О] n -Si(СН 3) \u003d О
Рідкі кремнійорганічні полімери знаходять застосування як:
Полідіетілсілоксани – отримують при гідролізі діетілдіхлорсілана і тріетілхлорсілана . Мають широкий інтервал температур кипіння. Будова виражається формулою:
Властивості залежать від температури кипіння. Електричні властивості збігаються з властивостями полидиметилсилоксана.
рідкі поліметілфенілсілоксани мають будову, яке виражається формулою
отримують гідролізом фенілметілдіхлорсіланов та ін. Масло в'язке. після обробкиNаОН в'язкість підвищується в 3 рази. Витримує нагрівання протягом 1000 год до 250 ° С. Електричні властивості збігаються з властивостями полидиметилсилоксана.
при γ - опроміненні в'язкість кремнійорганічних рідин сильно зростає, а діелектричні характеристики різко погіршуються. При великій дозі опромінення жідкостіпревращаются в каучукоподобную масу, а потім в тверде тендітне тіло.
фторорганічні рідини
Фторорганічні рідини - З 8 F 16 - негорючі та вибухобезпечні, високонагревостойкі (200 ° С), мають малу гігроскопічність. Пари їх мають високу електричну міцність. Рідини мають низьку в'язкість, летючі. Мають краще теплоотводом, ніж нафтові масла і кремнійорганічні рідини.–) n,
являє собою неполярний полімер лінійної структури. Виходить полімеризацією газу етиленуЗ 2 Н 4 при високому тиску (до 300 МПа), або при низькому (до 0,6 МПа). Молекулярна маса поліетилену високого тиску - 18000 - 40000, низького - 60000 - 800000.
Молекули поліетилену мають здатність утворювати ділянки матеріалу з упорядкованим розташуванням кіл (кристалітів), тому поліетилен складається з двох фаз (кристалічної і аморфної), співвідношення яких визначає його механічні та теплові властивості. Аморфна додає матеріалу еластичні властивості, а кристалічна - жорсткість. Аморфна фаза має температуру склування +80 ° С. Кристалічна фаза має більш високу нагревостойкостью.
Агрегати молекул поліетилену кристалічної фази є сфероліти з орторомбічної структурою. Зміст кристалічної фази (до 90%) в поліетилені низького тиску вище, ніж в поліетилені високого тиску (до 60%). Завдяки високій кристалличности поліетилен низького тиску має більш високу температуру плавлення (120 -125 ° С) і більш високу міцність при розтягуванні. Структура поліетилену в значній мірі залежить від режиму охолодження. При його швидкому охолодженні утворюються дрібні сфероліти, при повільному охолодженні - великі. Швидко охолоджений поліетилен відрізняється великою гнучкістю і меншою твердістю.
Властивості поліетилену залежать від молекулярного ваги, чистоти, сторонніх домішок. Механічні властивості залежать від ступеня полімеризації. Поліетилен володіє великою хімічною стійкістю. Як електроізоляційний матеріал широко застосовується в кабельній промисловості та у виробництві ізольованих проводів.
В даний час виготовляються наступні види поліетилену і поліетиленових виробів:
1. поліетилен низького і високого тиску - (н.д.) і (с.д.);
2. поліетилен низького тиску для кабельної промисловості;
3. поліетилен низькомолекулярний високого або середнього тиску;
4. пористий поліетилен;
5. поліетиленовий спеціальний шланговий пластикат;
6. поліетилен для виробництва ВЧ кабелю;
7. електропровідний поліетилен для кабельної промисловості;
8. поліетилен, наповнений сажею;
9. хлорсульфірованний поліетилен;
10. плівка поліетиленова.
Фторопласти
Існує кілька видів фторуглеродних полімерів, які можуть бути полярними і неполярними.
Розглянемо властивості продукту реакції полімеризації газу тетрафторетилену
(F 2 С \u003d СF 2).
Фторопласт - 4 (Політетрафторетилен) - пухкий порошок білого кольору. Структура молекул має вигляд
Молекули фторопласта мають симетричну будову. Тому фторопласт є неполярних діелектриком
Симетричність молекули і висока чистота забезпечують високий рівень електричних характеристик. Велика енергія зв'язку міжЗ і F надає йому високу холодостійкість і нагревостойкость. Радіодеталі з нього можуть працювати від-195 ÷ +250 ° С. Негорючий, хімічно стійок, негигроскопичен, володіє гідрофобністю, не дивується цвіллю. Питомий електричний опір становить 10 15 ¸ 10 18 Ом · м, Діелектрична проникність 1,9¸ 2,2, електрична міцність 20¸ 30 МВ / м
Радіодеталі виготовляють з порошку фторопласту холодним пресуванням. Відпресовані вироби спекают в печах при 360 - 380 ° С. При швидкому охолодженні вироби виходять загартованими з високою механічною міцністю. При повільному охолодженні - незагартовані. Вони легше обробляються, менш тверді, мають високий рівень електричних характеристик. При нагріванні деталей до 370 ° з кристалічного стану переходять в аморфний і набувають прозорість. Термічний розклад матеріалу починається при\u003e 400 °. При цьомуутворюється токсичний фтор.
Недолік фторопласта - його плинність під дією механічного навантаження. Має низьку стійкість до радіації і трудомісткий при переробці в вироби. Один з кращих діелектриків для техніки ВЧ і СВЧ. Виготовляють електро - і радіотехнічні вироби у вигляді пластин, дисків, кілець, циліндрів. Ізолюють ВЧ кабелі тонкою плівкою, ущільнюються при усадки.
Фторопласт можна модифікувати, застосовуючи наповнювачі - скловолокно, нітрид бору, сажу та ін., Що дає можливість отримувати матеріали з новими властивостями і поліпшити наявні властивості.
діелектрики - це речовини, які не проводять електричний струм, до певної пори. При певних умовах провідність в них зароджується. Цими умовами виступають механічні, теплові - в загальному, енергетичні види впливів. Крім діелектриків, речовини також класифікуються на провідники і напівпровідники.
Чим відрізняються діелектрики від провідників і напівпровідників
Теоретичну різницю між цими трьома видами матеріалів можна уявити, і я це зроблю, на малюнку нижче:
Малюнок гарний, знайомий зі шкільної лави, але щось практичне з нього не особливо витягнеш. Однак, в цьому графічному шедеврі чітко визначена різниця між провідником, полупроводником і діелектриком.
І відмінність це в величині енергетичного бар'єру між валентною зоною і зоною провідності.
У провідниках електрони перебувають у валентній зоні, але не всі, так як валентна зона - це зовнішня межа. Точно, це як з мігрантами. Зона провідності порожня, але рада гостям, так як у неї повно для них вільних робочих місць у вигляді вільних енергетичних зон. При впливі зовнішнього електричного поля, крайні електрони набувають енергію і переміщаються в вільні рівні зони провідності. Це рух ми ще називаємо електричним струмом.
У діелектриках і провідниках все аналогічно, за винятком того, що є "паркан" - заборонена зона. Ця зона розташована між валентної і зоною провідності. Чим більше ця зона, тим більше енергії потрібно для подолання електронами цієї відстані. У діелектриків величина зони більше, ніж у напівпровідників. Цьому є навіть умова: якщо ДЕ\u003e 3Ев () - то це діелектрик, в зворотному випадку ДЕ
Види і типи діелектриків
Класифікація діелектриків задоволена обширна. Тут зустрічаються рідкі, тверді і газоподібні речовини. Далі вони діляться за певними ознаками. Нижче наведена умовна класифікація діелектриків з прикладами в формі списку.
- газоподібні
- - полярні
- - неполярні (повітря,)
- рідкі
- - полярні (вода, аміак)
- - рідкі кристали
- - неполярні (бензол,)
- тверді
- - центросімментрічние
- - аморфні
- - смоли, бітуми (епоксидна смола)
- - скло
- - невпорядковані полімери
- - полікрісталли
- - нерегулярні кристали
- - кераміка
- - впорядковані полімери
- - ситалли
- - монокристали
- - молекулярні
- - ковалентні
- - іонні
- - параелектриків зміщення
- - параелектриків "порядок-безлад"
- - дипольні
- - нецентросімментрічние
- - монокристали
- - піроелектрики
- - сегнетоелектрики зміщення
- - сегнетоелектрики "порядок-безлад"
- - лінійні піроелектрики
- - п'єзоелектрики
- - з водневими зв'язками
- - ковалентні
- - іонні
- - текстури
- - електронних дефектів
- - іонних дефектів
- - полярних молекул
- - макродіполей
- - сегнетоелектричних доменів
- - кристалів у матриці
Якщо брати рідкі і газоподібні діелектрики, то основна класифікація лежить в питанні полярності. Різниця в симетричності молекул. У полярних молекули несиметричні, в неполярних - симетричні. Несиметричні молекули називаються диполями. У полярних рідинах провідність настільки велика, що їх неможливо використовувати в якості ізоляційних речовин. Тому для цих цілей використовують неполярні, теж трансформаторне масло. А наявність полярних домішок навіть в сотих частках значно знижує планку пробою і негативно позначається на ізоляційних властивостях неполярних діелектриків.
кристали являють собою щось середнє між рідиною і кристалом, як випливає з назви.
Ще популярним питанням про властивості і застосування рідких діелектриків буде наступний: вода - діелектрик або провідник? У чистій воді, що дистилює відсутні домішки, які могли б викликати протікання струму. чисту воду можна створити в лабораторних, промислових умовах. Ці умови складні і важко виконати для звичайної людини. Є простий спосіб перевірити чи проводить дистильована вода струм.
Створити електричний ланцюг (джерело струму - провід - вода - провід - лампочка - інший провід - джерело струму), в якій одним з ділянок для протікання струму буде посудину з дистильованою водою. При включенні схеми в роботу, лампочка не займеться - отже струм не проходить. Ну а якщо загориться, значить вода з домішками.
Тому будь-яка вода, яку ми зустрічаємо: з крана, в озері, в ванній - буде провідником за рахунок домішок, які створюють можливість для протікання струму. Чи не купайтеся під час грози, заняття не будете робити вологими руками з електрикою. Хоча чиста дистильована вода - полярний діелектрик.
Для твердих діелектриків класифікація в основному лежить в питанні активності і пасивності чи що. Якщо властивості постійні, то діелектрик використовують в якості ізоляційного матеріалу, тобто він пасивний. Якщо властивості змінюються, в залежності від зовнішніх впливів (тепло, тиск), то цей діелектрик застосовують для інших цілей. Папір є діелектриком, якщо вода просякнута водою - то струм проводиться і вона провідник, якщо папір просякнута трансформаторним маслом - то це діелектрик.
Фольгою називають тонку металеву пластину, метал - як відомо є провідником. У продажу є наприклад ПВХ-фольга, тут слово фольга для наочності, а слово ПВХ - для розуміння сенсу - адже ПВХ це діелектрик. Хоча в вікіпедії - фольгою називається тонкий лист металу.
аморфні рідини - це і смола, і скло, і бітум, і віск. При підвищенні температури цей діелектрик тане, це заморожені речовини - це дикі визначення, які характеризують лише одну грань правди.
полікристали - це, як би зрощені кристали, об'єднані в один кристал. Наприклад, сіль.
монокристал - це цілісний кристал, на відміну від вищезгаданого полікристала має безперервну кристалічну решітку.
п'єзоелектрики - діелектрики, у яких при механічному впливі (розтягуванні-стисненні), виникає процес іонізації. Застосовується в запальничках, детонаторах, УЗД-обстеженні.
Піроелектріки - при зміні температури в цих діелектриках відбувається мимовільна поляризація. Також вона відбувається при механічному впливі, тобто піроелектрики є ще і п'єзоелектрик, але не навпаки. Прикладами служать бурштин і турмалін.
Фізичні властивості діелектриків
Щоб оцінити якість і ступінь придатності діелектрика, необхідно якось описати його параметри. Якщо стежити за цими параметрами, то можна вчасно запобігти аварії, замінивши елемент на новий з допустимими параметрами. Цими параметрами виступають: поляризація, електропровідність, електрична міцність і діелектричні втрати. Для кожного з цих параметрів існує своя формула і постійна величина, в порівнянні з якою проводиться висновок про ступінь придатності матеріалу.
Головними електричними властивостями діелектриків є поляризація (зміщення зарядів) і електропровідність (здатність проводити електричний струм) Зсув пов'язаних зарядів діелектрика або їх орієнтація в електричному полі називається поляризацією. Це властивість діелектричних матеріалів характеризується відносною діелектричною проникністю ε . При поляризації на поверхні діелектрика утворюються пов'язані електричні заряди.
Залежно від типу діелектрика поляризація може бути: електронної, іонної, дипольно-релаксаційної, спонтанною. Більш докладно про їх властивості на інфографіку нижче.
Під електропровідністю розуміють здатність діелектрика проводити електричний струм. Струм, що протікає в діелектрику називається струмом витоку. Струм витоку складається з двох складових - струму абсорбції і струму наскрізного. Наскрізні струми обумовлені наявністю вільних зарядів в діелектрику, абсорбційний ток - поляризаційними процесами до моменту встановлення рівноваги в системі.
Величина електропровідності залежить від температури, вологості і кількості вільних носіїв заряду.
При збільшенні температури електропровідність діелектриків збільшується, а опір падає.
Залежність від вологості знову повертає нас до класифікації діелектриків. Адже, неполярні діелектрики не змочуються водою і на зміну вологості їм немає діла. А у полярних діелектриків при збільшенні вологості підвищується вміст іонів, і електропровідність збільшується.
Провідність діелектрика складається з поверхневої та об'ємної провідності. Відомо поняття питомої об'ємної провідності, позначається буквою сигма σ. А зворотна величина називається питомий об'ємної опір і позначається буквою ро ρ .
Різке збільшення провідності в діелектрику при зростанні напруги може привести до електричного пробою. І аналогічно, якщо опір ізоляції падає, значить ізоляція не справляється зі своїм завданням і необхідно застосовувати заходи. Опір ізоляції складається з поверхневого і об'ємного опорів.
Під діелектричними втратами в діелектриках розуміють втрати струму всередині діелектрика, які розсіюються у вигляді тепла. Для визначення цієї величини вводять параметр тангенс дельта tgδ. δ - кут, що доповнює до 90 градусів, кут між струмом і напругою в ланцюзі з ємністю.
Діелектричні втрати бувають: резонансні, іонізаційні, на електропровідність, релаксаційні. Тепер докладніше поговоримо про кожен тип.
Електрична міцність це відношення пробивної напруги до відстані між електродами (або товщина діелектрика). Ця величина визначається мінімальною величиною напруженості електричного поля, при якій відбудеться пробій.
Пробій може бути електричним (ударна іонізація, фотоионизация), тепловим (великі діелектричні втрати, отже багато тепла, і обвуглювання з опалювальному може статися) і електрохімічним (в результаті утворення рухливих іонів).
І в кінці таблиця діелектриків, як же без неї.
У таблиці вище наведені дані по електричної міцності, питомій об'ємному опору і відносної діелектричної проникністю для різних речовин. Також тангенс кута діелектричних втрат не обійшли стороною.
останні статті
Найпопулярніше
Всі рідкі та тверді речовини за характером дії на них електростатичного поля діляться на провідники, напівпровідники і діелектрики.
Діелектрики (ізолятори)- речовини, які погано проводять або зовсім не проводять електричний струм. До діелектриків відносять повітря, деякі гази, скло, пластмаси, різні смоли, багато видів гуми.
Якщо помістити в електричне поле нейтральні тіла з таких матеріалів, як скло, ебоніт, можна спостерігати їх тяжіння як до позитивно заряджених, так і до негативно зарядженим тілах, але значно слабший. Однак при поділі таких тіл в електричному полі їх частини виявляються нейтральними, як і все тіло в цілому.
отже, в таких тілах немає вільних електрично заряджених частинок, здатних переміщатися в тілі під дією зовнішнього електричного поля. Речовини, що не містять вільних електрично заряджених частинок, називають діелектриками або ізоляторами.
Тяжіння незаряджених тіл з діелектриків до зарядженим тілах пояснюється їх здатністю до поляризації.
поляризація- явище зміщення пов'язаних електричних зарядів всередині атомів, молекул або всередині кристалів під дією зовнішнього електричного поля. Найпростіший приклад поляризації - дія зовнішнього електричного поля на нейтральний атом. У зовнішньому електричному полі сила, що діє на негативно заряджену оболонку, спрямована протилежно силі, яка діє на позитивне ядро. Під дією цих сил електронна оболонка кілька зміщується щодо ядра і деформується. Атом залишається в цілому нейтральним, але центри позитивного і негативного заряду в ньому вже не збігаються. Такий атом можна розглядати як систему з двох рівних за модулем точкових зарядів протилежного знака, яку називають диполем. 
Якщо помістити пластину з діелектрика між двома металевими пластинами з зарядами протилежного знака, все диполі в діелектрику під дією зовнішнього електричного поля виявляються зверненими позитивними зарядами до негативної пластини і негативними зарядами до позитивно зарядженої пластини. Пластина діелектрика залишається в цілому нейтральною,але її поверхні покриті протилежними за знаком пов'язаними зарядами.
В електричному полі поляризаційні заряди на поверхні діелектрика створюють електричне поле, протилежно спрямована зовнішньому електричному полю. В результаті цього напруженість електричного поля в діелектрику зменшується, але не ставати рівною нулю.
Ставлення модуля напруженості E 0 електричного поля в вакуумі до модуля напруженості Е електричного поля в однорідному діелектрику називається діелектричної проникністю ɛ речовини:
ɛ \u003d Е 0 / Е
При взаємодії двох точкових електричних зарядів в середовищі з діелектричної проникністю ɛ в результаті зменшення напруженості поля в ɛ раз кулоновская сила також убуває в ɛ раз:
F е \u003d k (q 1 · q 2 / ɛr 2)
Діелектрики здатні послаблювати зовнішнє електричне поле. Це їх властивість застосовується в конденсаторах.
конденсатори- це електричні прилади для накопичення електричних зарядів. Найпростіший конденсатор складається з двох паралельних металевих пластин, розділеним шаром діелектрика. При повідомленні пластин рівних по модулю і протилежні за знаком зарядів + Q і -q між пластинами створюється електричне поле з напруженістю Е. Поза пластин дію електричних полів, спрямоване протилежно заряджених пластин, взаємно компенсується, напруженість поля дорівнює нулю. напруга U між пластинами прямо пропорційно заряду на одній пластині, тому ставлення заряду q до напруги U
C \u003d q / U
є для конденсатора величиною постійною при будь-яких значеннях заряду q.це відношення Зназивається електроємна конденсатора.
Залишилися питання? Не знаєте, що таке діелектрики?
Щоб отримати допомогу репетитора - зареєструйтеся.
Перший урок - безкоштовно!
сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.
Діелектриків, речовини, погано проводять електричний струм. Термін «діелектрик» введений М. Фарадеєм для позначення речовин, в які проникає електростатичне поле. При приміщенні в електричне поле будь-якої речовини електрони і атомні ядра відчувають сили з боку цього поля. В результаті частина зарядів направлено переміщається, створюючи електричний струм. Решта ж заряди перерозподіляються так, що «центри тяжіння» позитивних і негативних зарядів зміщуються відносно один одного. В останньому випадку говорять про поляризації речовини. Залежно від того, який з цих двох процесів (поляризація або електрична провідність) переважає, речовини ділять на діелектрики (всі неіонізованние гази, деякі рідини і тверді тіла) і провідники (метали, електроліти, плазма).
Електрична провідність діелектриків в порівнянні з металами дуже мала. Питомий електричний опір діелектриків 10 8 -10 17 Ом · см, металів - 10 -6 -10 -4 Ом · см.
Кількісне відмінність в електричної провідності діелектриків і металів класична фізика намагалася пояснити тим, що в металах є вільні електрони, в той час як в діелектриках всі електрони пов'язані (належать окремим атомам) і електричне поле не відриває, а лише злегка зміщує їх.
квантова теорія твердого тіла пояснює відмінність електричних властивостей металів і діелектриків різним розподілом електронів по енергетичним рівням. У діелектриках верхній заповнений електронами енергетичний рівень збігається з верхньою межею однією з дозволених зон (в металах він лежить всередині дозволеної зони), а найближчі вільні рівні відокремлені від заповнених забороненою зоною, подолати яку під дією не дуже сильних електричних полів електрони не можуть (дивись Зонная теорія). Дія електричного поля зводиться до перерозподілу електронної щільності, що призводить до поляризації діелектрика.
Поляризація діелектриків. Механізми поляризації діелектриків залежать від характеру хімічного зв'язку, т. Е. Розподілу електронної щільності в діелектриках. В іонних кристалах (наприклад, NaCl) поляризація є результатом зсуву іонів відносно один одного (іонна поляризація), а також деформації електронних оболонок окремих іонів (електронна поляризація), т. Е. Сумою іонної і електронної поляризацій. У кристалах з ковалентним зв'язком (наприклад, алмаз), де електронна щільність рівномірно розподілена між атомами, поляризація обумовлена \u200b\u200bголовним чином зсувом електронів, які здійснюють хімічну зв'язок. У так званих полярних діелектриках (наприклад, твердий Н 2 S) групи атомів являють собою електричні диполі, які орієнтовані хаотично у відсутності електричного поля, а в поле здобувають переважну орієнтацію. Така орієнтаційна поляризація типова для багатьох рідин і газів. Схожий механізм поляризації пов'язаний з «перескоком» під дією електричного поля окремих іонів з одних положень рівноваги в решітці в інші. Особливо часто такий механізм спостерігається в речовинах з водневої зв'язком (Наприклад, лід), де атоми водню мають декілька положень рівноваги.
Поляризація діелектриків характеризується вектором поляризації Р, який являє собою електричний дипольний момент одиниці об'єму діелектрика:
де p i - дипольні моменти частинок (атомів, іонів, молекул), N - число часток в одиниці об'єму. Вектор Р залежить від напруженості електричного поля Е. В слабких полях Ρ \u003d ε 0 κΕ. Коефіцієнт пропорційності κ називається діелектричної сприйнятливістю. Часто замість вектора Р використовують вектор електричної індукції (1)
де ε - діелектрична проникність, ε 0 - електрична постійна. Величини κ і ε - основні характеристики діелектрика. В анізотропних діелектриках (наприклад, в некубічних кристалах) напрям Р визначається не тільки напрямком поля Е, але і напрямком осей симетрії кристала. Тому вектор Р буде складати різні кути з вектором Е залежно від орієнтації Е по відношенню до осей симетрії кристала. У цьому випадку вектор D визначатиметься через вектор Е за допомогою не однієї величини ε, а кількох (в загальному випадку шести), що утворюють тензор діелектричної проникності.
Діелектрики в змінному полі. Якщо поле Е змінюється в часі t, то поляризація діелектрика не встигає слідувати за ним, так як зміщення зарядів не можуть відбуватися миттєво. Оскільки будь-яке змінне поле можна представити у вигляді сукупності полів, що міняються по гармонійному закону, то досить вивчити поведінку діелектрика в полі Е \u003d Е 0 sinωt, де ω - частота змінного поля, Е 0 - амплітуда напруженості поля. Під дією цього поля D і Р будуть коливатися теж гармонійно і з тією ж частотою. Однак між коливаннями Р і Е з'являється різниця фаз δ, що викликано відставанням поляризації Р від поля Е. Гармонійний закон можна уявити в комплексному вигляді Е \u003d Е 0 e iωt, тоді D \u003d D 0 e iωt, причому D 0 \u003d ε (ω) Ε 0. Діелектрична проникність в цьому випадку є комплексною величиною: ε (ω) \u003d ε '+ iε' ', ε' і ε '' залежать від частоти змінного електричного поля ω. абсолютна величина
визначає амплітуду коливання D, а відношення ε '/ ε "\u003d tgδ - різниця фаз між коливаннями D і Е. Величина δ називається кутом діелектричних втрат. В постійному електричному полі ω \u003d 0, ε" \u003d 0, ε' \u003d ε.
У змінних електричних полях високих частот властивості діелектрика характеризуються показниками заломлення n і поглинання k (замість ε 'і ε "). Перший дорівнює відношенню швидкостей поширення електромагнітних хвиль в діелектрику і в вакуумі. Показник поглинання k характеризує затухання електромагнітних хвиль в діелектрику. Величини n, k, ε 'і ε "пов'язані співвідношенням (2)
Поляризація діелектриків у відсутності електричного поля. У ряді твердих діелектриків (Піроелектріки, сегнетоелектриках, п'єзоелектрик, Електрети) поляризація може існувати і без електричного поля, т. Е. Може бути викликана іншими причинами. Так, в Піроелектріки заряди розташовуються настільки несиметрично, що центри тяжкості зарядів протилежного знака не збігаються, т. Е. Діелектрик спонтанно поляризований. Однак поляризація в Піроелектріки проявляється тільки при зміні температури, коли компенсаційні поляризацію електричні заряди не встигають перебудуватися. Різновидом піроелектриків є сегнетоелектрики, спонтанна поляризація яких може істотно змінюватися під впливом зовнішніх впливів (температури, електричного поля). У п'єзоелектрик поляризація виникає при деформації кристала, що пов'язано з особливостями їх кристалічної структури. Поляризація у відсутності поля може спостерігатися також в деяких речовинах типу смол і стекол, званих Електрети.
Електрична провідність діелектриків мала, але завжди відмінна від нуля. Рухливими носіями заряду в діелектриках можуть бути електрони і іони. У звичайних умовах електронна провідність діелектриків мала в порівнянні з іонним. Іонна провідність може бути обумовлена \u200b\u200bпереміщенням як власних іонів, так і домішкових. Можливість переміщення іонів по кристалу пов'язана з наявністю дефектів в кристалах. Якщо, наприклад, в кристалі є вакансія, то під дією поля сусідній іон може зайняти її, у знову утворену вакансію може перейти наступний іон і т. Д. В результаті відбувається рух вакансій, яке призводить до переносу заряду через весь кристал. Переміщення іонів відбувається і в результаті їх перескоків по міжвузля. З ростом температури іонна провідність зростає. Помітний внесок у електричну провідність діелектрика може вносити поверхнева провідність (дивись Поверхневі явища).
Пробій діелектриків. Щільність електричного струму j через діелектрик пропорційна напруженості електричного поля Е (закон Ома): j \u003d ςЕ, де ς - електрична провідність діелектрика. Однак в досить сильних полях струм наростає швидше, ніж за законом Ома. При деякому критичному значенні Е пр настає електричний пробій діелектрика. Величина Е пр називається електричною міцністю діелектрика. При пробої майже весь струм тече по вузькому каналу (дивись Шнурування струму). У цьому каналі j досягає великих величин, що може привести до руйнування діелектрика: утворюється наскрізний отвір або діелектрик проплавляется по каналу. У каналі можуть протікати хімічні реакції; наприклад, в органічних діелектриках осідає вуглець, в іонних кристалах - метал (металізація каналу) і т. п. Проба сприяють завжди присутні в діелектрику неоднорідності, оскільки в місцях неоднорідностей поле Е може локально зростати.
У твердих діелектриках розрізняють теплової і електричний пробої. При тепловому пробої із зростанням j зростає кількість теплоти, що виділяється в діелектрику, і, отже, температура діелектрика, що призводить до збільшення числа носіїв заряду n і зменшення питомої електричного опору ρ. При електричному пробої із зростанням поля зростає генерація носіїв заряду під дією поля і ρ теж зменшується.
Електрична міцність рідких діелектриків в сильному ступені залежить від чистоти рідини. Наявність домішок і забруднень істотно знижує Е пр. Для чистих однорідних рідких діелектриків Е пр близька до Е пр твердих діелектриків. Пробій в газі пов'язаний з ударною іонізацією і проявляється у вигляді електричного розряду.
Нелінійні властивості діелектриків. Лінійна залежність Р \u003d ε 0 κЕ справедлива тільки для полів Е, значно менших внутрікристалічних полів Е кр (Е кр близько 10 8 В / см). Оскільки Е пр<< 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).
Застосування діелектриків. Діелектрики використовуються головним чином як електроізоляційні матеріали. П'єзоелектрики застосовуються для перетворення механічних сигналів (переміщень, деформацій, звукових коливань) в електричні і навпаки (дивись П'єзоелектричний перетворювач); піроелектрики - як теплові детектори різних випромінювань, особливо інфрачервоного випромінювання; сегнетоелектрики, будучи також п'єзоелектрик і Піроелектріки, застосовуються, крім того, як конденсаторні матеріали (через високу діелектричної проникності), а також як нелінійні елементи і елементи пам'яті в різноманітних пристроях. Більшість оптичних матеріалів є діелектриками.
Літ .: Фрелих Г. Теорія діелектриків. М., 1960; Хиппель А. Р. Діелектрики і хвилі. М., 1960; Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Фейнмановские лекції з фізики. М., 1966. Вип. 5: Електрика і магнетизм; Калашников С. Г. Електрика. 5-е изд. М., 1985.
А. П. Леванюк, Д. Г. Санніков.
