33. Полярные и неполярные диэлектрики.
Атомы в молекуле диэлектрика могут быть соединены ковалентной связью полярной и неполярной. В связи с этим существует разделение диэлектриков на полярные и неполярные. Различие заключается в том, что неполярные диэлектрики не обладают электрическим моментом в отсутствие электрического поля, а полярные обладают, например ПЭТФ (лавсан).
Если на поверхность неполярного диэлектрика положить электроды и подать напряжение, то в каждом атоме вещества произойдет смещение друг относительно друга электрона и ядра.
В полярном диэлектрике при тех же условиях ориентация диполей и на поверхности материала появятся заряды.
Количественной характеристикой интенсивности этого процесса служит дипольный момент единицы объема диэлектрика, который называется поляризованностью:
 ,
где ΔV – единичный объем диэлектрика;
рi – дипольный момент i-той частицы.
напряженности внешнего эл поля.
χ (хи) – электрическая восприимчивость (коэф. пропорциональности).
Кроме поляризованности и напряженности эл.поля вводят еще одну векторную величину D электрическое смещение (электрическую индукцию). Это геометрическая сумма напряженности эл.поля в данной точке Д, умноженного на электрическую постоянную, и вектора поляризованности в той же точке.
В технике, рассматривая способность материала к поляризации, используют
другой безразмерный параметр ε - относительную диэл. проницаемость.
Для всякого вещества ε>1, лишь для вакуума =1 у большинства газов и
паров она близка к 1.
Значение ε характеризует способность Д. образовывать эл. емкость и она определяется как отношение емкости эл. Конденсатора с данным диэлектриком к емкости такого же конденсатора где мекжду обкладками находится вакуум:
У газов ε близко к единице (εвозд = 1,006),
ε жидкостей зависит от их полярности и меняется в пределах от 2 до 10, а у сильно полярных жидкостей может доходить до 20 – 30, ε твердых веществ колеблется от 2 до 105 и более (керамика).
Диэлектрическая проницаемость не является постоянной величиной и зависит от многих факторов, основными среди которых является частота электрического поля и температура.
34. Диэлектрические потери в переменном поле. Диэлектрические потери – та часть энергии электрического поля, которая рассеивается в диэлектрике в виде тепла и приводит его нагреву. В результате электроизоляционная конструкция постепенно теряет свои свойства, и может нагреться до температуры теплового разрушения, вследствие чего произойдет тепловой пробой.
Диэлектрические потери в переменном напряжении
Диэлектрические потери при переменном напряжении складываются из четырех составляющих:
Потери, обусловленные электронной проводимостью (потери от сквозного тока через диэлектрик).
Электропроводность и потери, связанные с электропроводностью, не являются постоянными величинами. Электропроводность зависит от ряда факторов, в частности от температуры, с ростом которой возрастает подвижность носителей, и может вырасти их число, например из-за диссоциации на ионы молекул воды.
Этот вид проводимости свойственен всем диэлектрикам (полярным и неполярным). Для неполярных он часто единственный вид потерь.
Потери от дипольных (релаксационных) видов поляризации.
В этом случае потери вызваны внутренним трением при ориентации диполей. Наиболее значимыми видами потерь данной группы являются дипольно-релаксационные потери для диэлектриков с молекулярным строением и ионно-релаксационные для диэлектриков ионного строения.
Особую группу диэлектриков составляют полимеры, т.к. они состоят из длинных цепных молекул, каждая их которых содержит в себе повторяющиеся элементарные звенья. Подобное строение приводит к тому, что в полимерах могут присутствовать дипольно-сегментальные потери и дипольно-групповые потери.
Дипольно-сегментальные потери вызваны дипольно-сегментальной поляризацией, т.е. смещением по полю отдельных отрезков молекул (сегментов). Проявляется этот вид поляризации при температуре большей, чем температура стеклования, температура при которой молекулы приобретают гибкость, а ее отрезки подвижность. Этот вид потерь присущ полярным и неполярным полимерам. А с точки зрения их строения он реализуется для стопроцентно аморфных материалов, а также для аморфных областей кристаллизовавшихся полимеров.
Дипольно-групповые потери вызваны дипольно-групповой поляризацией, которая обусловлена подвижностью полярных групп: –Cl–OH и –F–СООН. Данный вид поляризации свойственен полярным полимерам, аморфным и кристаллизующимися и проявляется при температуре меньшей температуры стеклования.
Ионизационные потери (потери на частичные разряды) – потери от развития ЧР в газовых включениях в твердых и жидких диэлектриках, в первых в виде трещин и пор, а во вторых в виде пузырьков. Так как продуктами старения диэлектриков служат, в том числе и газы, то этот вид потерь в процессе эксплуатации возрастает.
Особое место среди диэлектриков занимает целлюлозные материалы и биополимер хитозан, которые содержат поры и воздух во всех своих структурных элементах. Целлюлозные диэлектрики (бумага и картон) используются в пропитанном состоянии для увеличения их электрической прочности.
Резонансные потери проявляются при очень высоких частотах, порядка 1012 – 1015 Гц, когда период изменения электрического поля соизмерим со временем установления поляризации.
Таким образом, потери при переменном напряжении равны и больше потерь в постоянном электрическом поле и определяются более сложными закономерностями.
|
Скачать 1.55 Mb.