Opdelt i 3 grupper:
1) petroleumsolier;
2) syntetiske væsker;
3) vegetabilske olier.
Flydende dielektrikum anvendes til imprægnering af højspændingskabler, kondensatorer, til påfyldning af transformatorer, afbrydere og bøsninger. Derudover udfører de funktionerne som et kølemiddel i transformere, en lysbueslukker i afbrydere osv.
Petroleumsolier
Petroleumsolier er en blanding af paraffinkulbrinter ( CnH2n+2) og naphthenisk (CnH2n ) rækker. De er meget udbredt i elektroteknik som transformator-, kabel- og kondensatorolier. Olie, udfyldning af huller og porer inde i elektriske installationer og produkter, øger den elektriske styrke af isoleringen og forbedrer varmefjernelsen fra produkter.
Transformer olie opnået fra råolie ved destillation. Transformatorolies elektriske egenskaber afhænger i høj grad af kvaliteten af rensningen af olien fra urenheder, dens vandindhold og graden af afgasning. Dielektricitetskonstant for olie 2,2, elektrisk resistivitet 10 13 Ohm m.
Formålet med transformatorolier er at øge isoleringens elektriske styrke; fjern varme; fremme lysbueslukning i olieafbrydere, forbedre kvaliteten elektrisk isolering i elektriske produkter: reostater, papirkondensatorer, papirisolerede kabler, strømkabler - ved udhældning og imprægnering.
Transformerolie ældes under drift, hvilket forringer dens kvalitet. Olieældning fremmes af: oliekontakt med luft, forhøjede temperaturer, kontakt med metaller (Cu, Рb, Fe), udsættelse for lys. For at øge levetiden regenereres olien ved at rense og fjerne ældningsprodukter og tilsætte inhibitorer.
KabelOg kondensator Olier adskiller sig fra transformatorolier i en højere rensningskvalitet.
Syntetisk flydende dielektrikum
Syntetiske flydende dielektrika har nogle egenskaber, der er overlegne i forhold til petroleumsbaserede elektriske isoleringsolier.
Klorerede kulbrinter
Sovol – pentachlorbiphenyl C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 , opnået ved chlorering af biphenyl C12H10
C 6 H 5 – C 6 H 5 + 5 Cl 2 → C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 + 5 HCl
Sovolbruges til imprægnering og påfyldning af kondensatorer. Det har en højere dielektrisk konstant sammenlignet med petroleumsolier. Sovol dielektrisk konstant 5,0, elektrisk resistivitet 10 11 ¸ 10 12 Ohm m. Sovol anvendes til imprægnering af papirstyrke og radio kondensatorer med øget specifik kapacitet og lav driftsspænding.
Sovtol – en blanding af ugle med trichlorbenzen. Bruges til at isolere eksplosionssikre transformere.
Organosilicium væsker
De mest udbredte er polydimethylsiloxan, polydiethylsiloxan, polymethylphenylsiloxan væsker.
Polysiloxan væsker – flydende organosiliciumpolymerer ( polyorganosiloxaner), har sådanne værdifulde egenskaber som: høj varmemodstand, kemisk inertitet, lav hygroskopicitet, lavt flydepunkt, høje elektriske egenskaber over et bredt spektrum af frekvenser og temperaturer.
Flydende polyorganosiloxaner er polymerforbindelser med lav polymerisationsgrad, hvis molekyler indeholder en siloxangruppe af atomer
,
hvor siliciumatomer er bundet til organiske radikaler R: methyl CH3, ethyl C2H5, phenyl C6H5 . Molekyler af polyorganosiloxan-væsker kan have en lineær, lineært forgrenet og cyklisk struktur.
Væske polymethylsiloxaner opnået ved hydrolyse dimethyldichlorsilan blandet med trimethylchlorsilan .
De resulterende væsker er farveløse, opløselige i aromatiske carbonhydrider, dichlorethan og en række andre organiske opløsningsmidler og uopløselige i alkoholer og acetone. Polymethylsiloxaner De er kemisk inerte, har ikke en aggressiv effekt på metaller og interagerer ikke med de fleste organiske dielektrika og gummier. Dielektrisk konstant 2,0¸ 2.8, elektrisk resistivitet 10 12 Ohm m, elektrisk styrke 12¸ 20 MV/m
Formel polydimethylsiloxan EN ligner
– Si(CH 3 ) 3 – O – [ Si(CH 3 ) 2 – O ] n –Si(CH3) = O
Flydende organosiliciumpolymerer anvendes som:
Polydiethylsiloxaner – opnået ved hydrolyse diethyldichlorsilan Og triethylchlorsilan . De har en bred vifte af kogetemperaturer. Strukturen er udtrykt ved formlen:
Egenskaber afhænger af kogepunktet. Elektriske egenskaber er de samme som dem polydimethylsiloxan.
Væske polymethylphenylsiloxaner har en struktur udtrykt ved formlen
Opnået ved hydrolyse phenylmethyldichlorsilaner osv. Viskøs olie. Efter forarbejdningNaOHviskositeten stiger 3 gange. Tåler opvarmning i 1000 timer op til 250 °C. Elektriske egenskaber er de samme som dem polydimethylsiloxan.
På γ – bestråling, viskositeten af organosiliciumvæsker øges meget, og de dielektriske egenskaber forringes kraftigt. Med en stor dosis stråling bliver væsker til gummiagtig masse, og derefter til en fast, sprød krop.
Organofluorholdige væsker
Organofluorvæsker – Fra 8 F 16 – ikke-brændbar og eksplosionssikker, meget varmebestandig(200 °C), har lav hygroskopicitet. Deres par har høj elektrisk styrke. Væsker har lav viskositet og er flygtige. De har bedre varmeafledning end petroleumsolier og silikonevæsker.–) n,
er en ikke-polær polymer med en lineær struktur. Opnået ved polymerisation af ethylengas C2H4 ved højt tryk (op til 300 MPa), eller ved lavt tryk (op til 0,6 MPa). Molekylvægten af højtrykspolyethylen er 18000 - 40000, lavdensitetspolyethylen er 60000 - 800000.
Polyethylenmolekyler har evnen til at danne områder af materiale med et ordnet arrangement af kæder (krystallitter), derfor består polyethylen af to faser (krystallinsk og amorf), hvis forhold bestemmer dets mekaniske og termiske egenskaber. Amorf giver materialet elastiske egenskaber, og krystallinsk giver stivhed. Den amorfe fase har en glasovergangstemperatur på +80 °C. Den krystallinske fase har en højere varmemodstand.
Aggregater af krystallinsk fase polyethylenmolekyler er sfærulitter med en orthorhombisk struktur. Indholdet af den krystallinske fase (op til 90%) i lavdensitetspolyethylen er højere end i højdensitetspolyethylen (op til 60%). På grund af sin høje krystallinitet har lavdensitetspolyethylen et højere smeltepunkt (120 -125 ° C) og højere trækstyrke. Strukturen af polyethylen afhænger i høj grad af køletilstanden. Med sin hurtige afkøling dannes små sfærulitter, med langsom afkøling - store. Hurtigt afkølet polyethylen er mere fleksibelt og mindre hårdt.
Polyethylens egenskaber afhænger af molekylvægt, renhed og fremmede urenheder. Mekaniske egenskaber afhænger af polymerisationsgraden. Polyethylen har stor kemisk resistens. Som et elektrisk isoleringsmateriale er det meget brugt i kabelindustrien og i produktionen af isolerede ledninger.
I øjeblikket fremstilles følgende typer polyethylen og polyethylenprodukter:
1. lav- og højtrykspolyethylen - (n.d.) og (v.d.);
2. lavdensitetspolyethylen til kabelindustrien;
3. lavmolekylær polyethylen med højt eller medium tryk;
4. porøs polyethylen;
5. særlige polyethylen slange plast;
6. polyethylen til produktion af HF-kabel;
7. elektrisk ledende polyethylen til kabelindustrien;
8. polyethylen fyldt med sod;
9. chlorsulfoneret polyethylen;
10. polyethylen film.
Fluoroplast
Der er flere typer fluorcarbonpolymerer, som kan være polære eller ikke-polære.
Lad os overveje egenskaberne af produktet af polymerisationsreaktionen af tetrafluorethylengas
(F2C = CF2).
Fluoroplast – 4(polytetrafluorethylen) – løst hvidt pulver. Molekylernes struktur ser ud
PTFE-molekyler har en symmetrisk struktur. Derfor er fluorplast et ikke-polært dielektrikum
Molekylets symmetri og høj renhed giver et højt niveau af elektrisk ydeevne. Større bindingsenergi mellem C og F giver den høj kuldebestandighed og varmemodstand. Radiokomponenter fremstillet af den kan fungere fra -195 ÷ +250°C. Ikke-brændbar, kemisk resistent, ikke-hygroskopisk, hydrofob og ikke påvirket af skimmelsvamp. Elektrisk resistivitet er 10 15 ¸ 10 18 Ohm m, dielektrisk konstant 1,9¸ 2.2, elektrisk styrke 20¸ 30 MV/m
Radiokomponenter fremstilles af fluoroplastisk pulver ved koldpresning. Pressede produkter sintres i ovne ved 360 - 380°C. Med hurtig afkøling hærdes produkterne med høj mekanisk styrke. Med langsom afkøling - uhærdet. De er lettere at behandle, mindre hårde og har et højt niveau af elektriske egenskaber. Når dele opvarmes til 370°, skifter de fra en krystallinsk tilstand til en amorf tilstand og bliver gennemsigtige. Termisk nedbrydning af materialet begynder ved > 400°. Hvori Der dannes giftig fluor.
Ulempen ved fluoroplast er dets flydende under mekanisk belastning. Det har lav modstandsdygtighed over for stråling og er arbejdskrævende at forarbejde til produkter. En af de bedste dielektrika til RF- og mikrobølgeteknologi. De fremstiller elektriske og radiotekniske produkter i form af plader, skiver, ringe og cylindre. HF-kabler er isoleret med en tynd film, som komprimeres under krympning.
Fluoroplast kan modificeres ved hjælp af fyldstoffer - glasfiber, bornitrid, kønrøg osv., hvilket gør det muligt at opnå materialer med nye egenskaber og forbedre eksisterende egenskaber.
Dielektrisk konstant kan have dispersion.
En række dielektrika udviser interessante fysiske egenskaber.
Links
- Virtuel fond for naturvidenskab og videnskabelig-tekniske effekter "Effektiv fysik"
Wikimedia Foundation. 2010.
Se, hvad "Dielektrik" er i andre ordbøger:
DIELEKTRI, stoffer der leder elektricitet dårligt (resistivitet i størrelsesordenen 1010 Ohm? m). Der er faste, flydende og gasformige dielektriske stoffer. Et eksternt elektrisk felt forårsager polarisering af dielektrikumet. I nogle hårde...... Moderne encyklopædi
Dielektrik- DIELEKTRI, stoffer der leder elektricitet dårligt (specifik modstand på ca. 1010 Ohm´m). Der er faste, flydende og gasformige dielektriske stoffer. Et eksternt elektrisk felt forårsager polarisering af dielektrikumet. I nogle hårde...... Illustreret encyklopædisk ordbog
Stoffer, der leder elektricitet dårligt (elektrisk resistivitet 108 1012 Ohm? cm). Der er faste, flydende og gasformige dielektriske stoffer. Et eksternt elektrisk felt forårsager polarisering af dielektrikum. I nogle solide dielektriske stoffer... ... Stor encyklopædisk ordbog
- (engelsk dielektrisk, fra græsk dia gennem, gennem og engelsk elektrisk elektrisk), stoffer, der leder elektricitet dårligt. nuværende. Udtrykket "D." indført af Faraday for at udpege, hvor elektricitet trænger ind. Mark. D. yavl. alle gasser (ikke-ioniserede), nogle... Fysisk encyklopædi
DELEKTRIKE- DELEKTRIKE, ikke-ledere eller isolatorer af kroppen, dårligt ledende eller slet ikke ledende elektricitet. Sådanne kroppe er f.eks. glas, glimmer, svovl, paraffin, ebonit, porcelæn osv. I lang tid, når man studerer elektricitet... ... Great Medical Encyclopedia
- (isolatorer) stoffer, der ikke leder elektrisk strøm. Eksempler på dielektrikum: glimmer, rav, gummi, svovl, glas, porcelæn, forskellige typer olier osv. Samoilov K.I. Marine Dictionary. M.L.: State Naval Publishing House of the NKVMF Union ... Marine Dictionary
Det navn, som Michael Faraday har givet til legemer, der er ikke-ledende eller med andre ord dårligt ledende elektricitet, såsom luft, glas, forskellige harpikser, svovl osv. Sådanne legemer kaldes også isolatorer. Før Faradays forskning i 1930'erne... Encyclopedia of Brockhaus og Efron
DELEKTRIKE- stoffer, der praktisk talt ikke leder elektrisk strøm; er faste, flydende og gasformige. I et eksternt elektrisk felt er D. polariseret. De bruges til at isolere elektriske enheder, i elektriske kondensatorer, i kvante... ... Big Polytechnic Encyclopedia
Stoffer, der ikke leder elektricitet godt. Udtrykket "D." (fra græsk diá igennem og engelsk electric electric) blev indført af M. Faraday (Se Faraday) for at betegne stoffer, gennem hvilke elektriske felter trænger ind. Uanset indhold... ... Store sovjetiske encyklopædi
Stoffer, der leder elektricitet dårligt (dielektrisk ledningsevne 10 8 10 17 Ohm 1 cm 1). Der er faste, flydende og gasformige dielektriske stoffer. Et eksternt elektrisk felt forårsager polarisering af dielektrikum. I nogle hårde...... encyklopædisk ordbog
Bøger
- Dielektrik og bølger, A. R. Hippel. Forfatteren til den monografi, der blev præsenteret for læsernes opmærksomhed, en berømt forsker inden for dielektrik, den amerikanske videnskabsmand A. Hippel har gentagne gange optrådt i tidsskrifter og i...
- Effekt af laserstråling på polymermaterialer. Videnskabeligt grundlag og anvendte problemstillinger. I 2 bøger. Bog 1. Polymermaterialer. Videnskabeligt grundlag for laservirkning på polymerdielektrik, B. A. Vinogradov, K. E. Perepelkin, G. P. Meshcheryakova. Denne bog indeholder information om strukturen og grundlæggende termiske og optiske egenskaber af polymermaterialer, virkningsmekanismen af laserstråling på dem i infrarød, synlig...
Elektrisk isoleringsmateriale er et dielektrisk materiale designet til elektrisk isolering. Den elektriske modstandsværdi varierer fra 10 6 Ohm∙m til 10 17 Ohm∙m, endnu højere for ikke-ioniserede gasser.
Elektriske isoleringsmaterialer er, afhængigt af deres aggregeringstilstand, opdelt i gasformige, flydende og faste. Ifølge den kemiske sammensætning - organisk (polyethylen, polystyren osv.) og uorganisk (glimmer, marmor osv.).
Under påvirkning af et påført elektrisk felt manifesterer den vigtigste egenskab ved dielektrikum sig - evnen til at polarisere. Polarisering er en proces med begrænset forskydning eller orientering af dielektriske partikler med elektriske ladninger, og dielektrikumet erhverver et induceret elektrisk moment. Ifølge denne egenskab er dielektrikum opdelt i "polære", hvis molekyler har et konstant elektrisk moment, der ikke er nul, og "ikke-polære", hvis molekyler kun får et elektrisk moment, når de udsættes for et eksternt elektrisk felt.
Grundlæggende egenskaber ved dielektrikum:
- specifik volumen og overflademodstand (ledningsevne).
Temperaturkoefficienten for elektrisk resistivitet TKρ bestemmer ændringen i resistiviteten af et materiale med en ændring i dets temperatur, 0 C -1:
ТКρ=(1/ ρ 2)(dρ / dt ),
hvor ρ2 er resistiviteten ved temperatur t 2; dρ – ændring i resistivitet; dt – ændring i temperatur fra start til t 2.
Dielektrisk konstant for dielektrikumet ε. Der er relative dielektriske konstanter ε r , absolut ε og dielektrisk konstant for vakuum ε0 (elektrisk konstante 0= 8,85 × 10 -12 f/m) . De er forbundet af forholdet:
ε=εr ∙ε0 eller εr =ε/ε0.
Relativ dielektrisk konstant viser, hvor mange gange mediets dielektriske konstant er større end den dielektriske konstant for vakuum.
Den dielektriske konstant for gasformige dielektriske stoffer er omkring 1, for ikke-polære flydende og faste dielektriske stoffer er den sædvanligvis 2-2,5, for polære dielektrika er den sædvanligvis i området 3-8, men kan nå flere tiere og hundreder.
Temperaturkoefficient for dielektrisk konstant TKε r – giver dig mulighed for at evaluere ændringen dielektrisk konstant med temperaturændring:
ТКεr =(1/εr)(dεr/dt).
Dielektrisk tab er den effekt, der spredes i et dielektrikum, når det udsættes for et vekslende elektromagnetisk felt. Dielektriske tab kan være forårsaget af både ledningsstrømme (ledningsevnetab) og polarisationsforsinkelser, når feltet ændres (afspænding, migration og resonanstab). Derudover observeres yderligere energitab (ioniseringstab) i stærke elektriske felter i nærværelse af luftindeslutninger i dielektrikumet. Dielektriske tab afhænger af den påførte spænding U, V, frekvens f, Hz, kapacitans C , Ф og dielektrisk tab tangens tgδ , W:
P = U 2∙ C ∙2 πf ∙ tgδ .
Dielektrisk tab tangent tgδ bestemmer den effekt, der afgives i dielektrikumet under et vekslende elektromagnetisk felt. Arbejde tgδ ved den relative dielektriske konstant kaldes tabsfaktoren:
e" = e r ∙ tan δ .
Dielektrisk styrke E pr – elektrisk feltstyrke, når det nås, hvor der sker et sammenbrud på et hvilket som helst punkt af dielektrikumet:
E pr= U pr/h,
hvor er du pr – gennembrudsspænding, den højeste spændingsværdi, der blev påført dielektrikumet i nedbrudsøjeblikket, h – dielektrisk tykkelse. Dimension af elektrisk styrke – V/m.
Varmemodstand. GOST 21515-76 definerer varmemodstand som et dielektrikums evne til at modstå eksponering for høje temperaturer i lang tid i en tid, der kan sammenlignes med dets levetid, uden uacceptabel forringelse af dets egenskaber.
Ifølge varmemodstand er dielektrikum opdelt i 7 klasser. Temperaturindekser og varmemodstandsklasser er angivet i tabel. 1.
Tabel 1. Varmemodstandsklasser af elektriske isoleringsmaterialer.
TIK varmebestandighedsklasse Temperatur, 0 C
90 Y 90
105A105
120E120
130B130
155F155
180H180
180C Mere end 180
De angivne temperaturer er maksimalt tilladte ved langvarig brug.
Specifik volumetrisk elektrisk modstand, relativ dielektrisk konstant, dielektrisk tabstangens, elektrisk styrke af de vigtigste elektriske isoleringsmaterialer er angivet i tabel. 2.
Tabel 2. Elektriske egenskaber af grundlæggende elektriske isoleringsmaterialer (ved 20 0 C)
Navnρ, Ohm∙mε r tgδ E pr, kV/mm
Ved 50 Hz Ved 50 Hz
Polystyren 10 13 - 10 15 2,4-2,7(2-4)∙10 -4 25-30
Polyethylen 10 13 - 10 15 2,3(2-3)∙10 -4 40-42
lav densitet
Polyethylen 10 13 - 10 15 2,45∙10 -4 40-42
stor tæthed
Polypropylen10 13 - 10 15 2,1(2-3)∙10 -4 30-35
Poly-10 12 - 10 13 3,7(3-5)∙10 -4 24
formaldehyd
Polyurethan 10 12 - 10 13 4.612∙10 -3 20-25
Polymethyl-10 10 - 10 12 3,66∙10 -2 15-18
Methacrylat
PVC10 10 - 10 12 4,7(3-8)∙10 -2 15-20
PET10 12 - 10 13 3,5(2-6)∙10 -4 30
(lavsan)
Fluoroplastic-410 16 - 10 18 2,0(1-3)∙10 -4 27-40
Betegnelser: ρ - specifik volumetrisk elektrisk modstand, ε r - relativ dielektrisk konstant, tgδ - dielektrisk tab tangens, E pr - elektrisk styrke.
Dielektriske stoffer er stoffer, der ikke leder eller leder elektricitet dårligt. Ladningsbærere i et dielektrikum har en tæthed på højst 108 stykker pr. kubikcentimeter. En af de vigtigste egenskaber ved sådanne materialer er evnen til at polarisere i et elektrisk felt.
Parameteren, der karakteriserer dielektrikum, kaldes dielektrisk konstant, som kan have dispersion. Dielektriske stoffer omfatter kemisk rent vand, luft, plast, harpiks, glas og forskellige gasser.
Egenskaber ved dielektriske stoffer
Hvis stoffer havde deres egen heraldik, ville Rochelle salts våbenskjold helt sikkert være dekoreret med vinranker, en hystereseløkke og symbolikken i mange grene af moderne videnskab og teknologi.
Rochelle salts stamtavle går tilbage til 1672. Da den franske apoteker Pierre Segnet først fik farveløse krystaller fra vinstokke og brugte dem til medicinske formål.
På det tidspunkt var det stadig umuligt at forestille sig, at disse krystaller havde fantastiske egenskaber. Disse egenskaber gav os ret til at skelne specielle grupper fra et stort antal dielektriske stoffer:
- Piezoelektrik.
- Pyroelektrik.
- Ferroelektrik.
Siden Faradays tid har det været kendt, at dielektriske materialer er polariseret i et eksternt elektrisk felt. I dette tilfælde har hver elementær celle et elektrisk moment svarende til en elektrisk dipol. Og det samlede dipolmoment pr. volumenenhed bestemmer polarisationsvektoren.
I konventionel dielektrik er polarisering unikt og lineært afhængig af størrelsen af det eksterne elektriske felt. Derfor er den dielektriske modtagelighed af næsten alle dielektrikum konstant.
P/E=X=konst
Krystalgitrene i de fleste dielektrika består af positive og negative ioner. Af de krystallinske stoffer har krystaller med et kubisk gitter den højeste symmetri. Under påvirkning af et eksternt elektrisk felt polariseres krystallen, og dens symmetri falder. Når det ydre felt forsvinder, genopretter krystallen sin symmetri.
I nogle krystaller kan elektrisk polarisering opstå spontant i fravær af et eksternt felt. Sådan ser en gadoliniummolybdenatkrystal ud i polariseret lys. Typisk er spontan polarisering uensartet. Krystallen er opdelt i domæner - områder med ensartet polarisering. Udviklingen af en multidomænestruktur reducerer den totale polarisering.
Pyroelektrik
I pyroelektrik skærmer spontan polarisering med gratis ladninger, der annullerer bundne ladninger. Opvarmning af et pyroelektrisk materiale ændrer dets polarisering. Ved smeltetemperaturen forsvinder de pyroelektriske egenskaber fuldstændigt.
Nogle pyroelektriske stoffer er klassificeret som ferroelektriske stoffer. Deres polarisationsretning kan ændres af et eksternt elektrisk felt.
Der er et hystereseforhold mellem polarisationsorienteringen af det ferroelektriske og størrelsen af det eksterne felt.
I tilstrækkeligt svage felter afhænger polarisering lineært af feltstyrken. Med dens yderligere stigning er alle domæner orienteret i feltets retning og går ind i mætningstilstanden. Når feltet reduceres til nul, forbliver krystallen polariseret. CO-segmentet kaldes restpolarisering.
Det felt, hvor polarisationsretningen ændres, segmentet DO kaldes tvangskraft.
Endelig vender krystallen fuldstændig polarisationsretningen. Med den næste ændring i feltet lukker polarisationskurven.
Imidlertid eksisterer den ferroelektriske tilstand af en krystal kun i et bestemt temperaturområde. Især Rochelle salt har to Curie-punkter: -18 og +24 grader, hvor andenordens faseovergange forekommer.
Ferroelektriske grupper
Den mikroskopiske teori om faseovergange opdeler ferroelektrik i to grupper.
Første gruppe
Bariumtitanat tilhører den første gruppe, og som det også kaldes, gruppen af bias-type ferroelektriske stoffer. I sin ikke-polære tilstand har bariumtitanat kubisk symmetri.
Under en faseovergang til den polære tilstand forskydes de ioniske subgitter, og krystalstrukturens symmetri falder.
Anden gruppe
Den anden gruppe omfatter krystaller af natriumnitrat-typen, hvor den ikke-polære fase har et uordnet undergitter af strukturelle elementer. Her er faseovergangen til den polære tilstand forbundet med orden af krystalstrukturen.
Desuden kan der i forskellige krystaller være to eller flere sandsynlige ligevægtspositioner. Der er krystaller, hvor dipolkæderne har antiparallelle orienteringer. Det samlede dipolmoment for sådanne krystaller er nul. Sådanne krystaller kaldes antiferroelektriske stoffer.
I dem er polarisationsafhængigheden lineær op til den kritiske feltværdi.
En yderligere stigning i feltstyrken er ledsaget af en overgang til den ferroelektriske fase.
Tredje gruppe
Der er en anden gruppe af krystaller - ferroelektrik.
Orienteringen af deres dipolmomenter er sådan, at de i den ene retning har egenskaberne af antiferroelektriske stoffer og i den anden retning ferroelektriske. Faseovergange i ferroelektrik er af to typer.
På anden ordens faseovergang ved Curie-punktet falder spontan polarisering jævnt til nul, og den dielektriske følsomhed, der ændrer sig skarpt, når enorme værdier.
Under en førsteordens faseovergang forsvinder polariseringen brat. Elektrisk modtagelighed ændrer sig også brat.
Den store dielektriske konstant og elektriske polarisering af ferroelektriske stoffer gør dem til lovende materialer til moderne teknologi. For eksempel er de ikke-lineære egenskaber af transparent ferroelektrisk keramik allerede meget brugt. Jo stærkere lyset er, jo mere absorberes det af specielle briller.
Dette er effektivt til at beskytte synet for arbejdere i visse industrier, der involverer pludselige og intense lysglimt. Ferroelektriske krystaller med en elektro-optisk effekt bruges til at transmittere information ved hjælp af en laserstråle. Inden for synsvidde simuleres laserstrålen i krystallen. Derefter kommer strålen ind i et kompleks af modtageudstyr, hvor informationen isoleres og gengives.
Piezoelektrisk effekt
I 1880 opdagede Curie-brødrene, at der under deformationen af Rochelle-salt opstod polarisationsladninger på overfladen. Dette fænomen blev kaldt den direkte piezoelektriske effekt.
Hvis en krystal udsættes for et eksternt elektrisk felt, begynder den at deformeres, det vil sige, at der opstår en omvendt piezoelektrisk effekt.
Imidlertid observeres disse ændringer ikke i krystaller, der har et symmetricenter, for eksempel i blysulfid.
Hvis en sådan krystal udsættes for et eksternt elektrisk felt, vil subgitteret af negative og positive ioner forskydes i modsatte retninger. Dette fører til polarisering af krystallerne.
I dette tilfælde observerer vi elektrostriktion, hvor deformationen er proportional med kvadratet af det elektriske felt. Derfor klassificeres elektrostriktion som en jævn effekt.
ΔX1=ΔX2
Hvis en sådan krystal strækkes eller komprimeres, så vil de elektriske momenter af de positive dipoler være lige store med de elektriske momenter af de negative dipoler. Det vil sige, at dielektrikumets polarisering ikke ændres, og den piezoelektriske effekt opstår ikke.
I krystaller med lav symmetri opstår der under deformation yderligere kræfter af den omvendte piezoelektriske effekt, som modvirker ydre påvirkninger.
I en krystal, der ikke har et symmetricenter i ladningsfordelingen, afhænger størrelsen og retningen af forskydningsvektoren således af størrelsen og retningen af det ydre felt.
Takket være dette er det muligt at udføre forskellige typer deformation af piezokrystaller. Ved at lime piezoelektriske plader kan man få et element, der virker i kompression.
I dette design bøjes den piezoelektriske plade.
Piezokeramik
Hvis et vekselfelt påføres et sådant piezoelektrisk element, vil elastiske vibrationer blive exciteret i det, og der opstår akustiske bølger. Piezokeramik bruges til fremstilling af piezoelektriske produkter. Det repræsenterer polykrystaller af ferroelektriske forbindelser eller faste opløsninger baseret på dem. Ved at ændre sammensætningen af komponenter og geometriske former af keramik kan dens piezoelektriske parametre kontrolleres.
Direkte og omvendte piezoelektriske effekter bruges i en række elektronisk udstyr. Mange enheder af elektroakustisk, radioelektronisk og måleudstyr: bølgeledere, resonatorer, frekvensmultiplikatorer, mikrokredsløb, filtre fungerer ved hjælp af egenskaberne af piezokeramik.
Piezoelektriske motorer
Det aktive element i en piezoelektrisk motor er et piezoelektrisk element.
I en periode med oscillation af den vekslende elektriske feltkilde strækker den sig og interagerer med rotoren, og i en anden vender den tilbage til sin oprindelige position.
Fremragende elektriske og mekaniske egenskaber gør det muligt for piezomotoren at konkurrere med konventionelle elektriske mikromaskiner.
Piezoelektriske transformere
Princippet om deres drift er også baseret på brugen af egenskaberne ved piezokeramik. Under påvirkning af indgangsspændingen opstår en omvendt piezoelektrisk effekt i exciteren.
Deformationsbølgen overføres til generatorsektionen, hvor den dielektriske polarisering på grund af den direkte piezoelektriske effekt ændrer sig, hvilket fører til en ændring i udgangsspændingen.
Da input og output i en piezotransformer er galvanisk isolerede, er funktionaliteten ved at konvertere inputsignalet i spænding og strøm, der matcher det med belastningen ved input og output, bedre end konventionelle transformere.
Forskning i forskellige fænomener af ferroelektricitet og piezoelektricitet fortsætter. Der er ingen tvivl om, at der i fremtiden vil være enheder baseret på nye og overraskende fysiske effekter i faste stoffer.
Klassificering af dielektrikum
Afhængigt af forskellige faktorer udviser de deres isolerende egenskaber forskelligt, hvilket bestemmer deres anvendelsesområde. Diagrammet nedenfor viser strukturen af klassificeringen af dielektrikum.
Dielektriske stoffer bestående af uorganiske og organiske elementer er blevet populære i den nationale økonomi.
Uorganiske materialer - Det er forbindelser af kulstof med forskellige grundstoffer. Kulstof har en høj evne til at danne kemiske forbindelser.
Mineralske dielektriske stoffer
Denne type dielektrik dukkede op med udviklingen af den elektriske industri. Teknologien til fremstilling af mineralske dielektriske stoffer og deres typer er blevet væsentligt forbedret. Derfor erstatter sådanne materialer allerede kemiske og naturlige dielektrika.
Mineralske dielektriske materialer omfatter:
Glas(kondensatorer, lamper) - et amorft materiale, der består af et system af komplekse oxider: silicium, calcium, aluminium. De forbedrer materialets dielektriske egenskaber.
Glas emalje– påføres en metaloverflade.
Glasfiber– glastråde, som glasfiberstoffer fremstilles af.
Lysledere– lysledende glasfiber, bundt af fibre.
Sitalls– krystallinske silikater.
Keramik– porcelæn, steatit.
Glimmer– micalex, glimmerplast, micanit.
Asbest– mineraler med en fibrøs struktur.
Forskellige dielektrika erstatter ikke altid hinanden. Deres anvendelsesområde afhænger af omkostninger, brugervenlighed og egenskaber. Ud over de isolerende egenskaber er dielektrika underlagt termiske og mekaniske krav.
Flydende dielektrik
Petroleumsolier
Transformer olie hældes i. Det er mest populært inden for elektroteknik.
Kabelolier bruges i fremstillingen. De imprægnerer papirisoleringen af kabler. Dette øger den elektriske styrke og afleder varme.
Syntetisk flydende dielektrikum
For at imprægnere kondensatorer kræves der et flydende dielektrikum for at øge kapacitansen. Sådanne stoffer er flydende dielektriske stoffer på syntetisk basis, som er overlegne i forhold til jordolie.
Klorerede kulbrinter dannes af kulbrinter ved at erstatte brintatomernes molekyler med kloratomer. Polære biphenylprodukter, som indeholder C 12 H 10 -nC Ln, er meget populære.
Deres fordel er modstand mod forbrænding. En af ulemperne er deres toksicitet. Viskositeten af chlorerede biphenyler er høj, så de skal fortyndes med mindre viskøse kulbrinter.
Organosilicium væsker har lav hygroskopicitet og høj temperaturbestandighed. Deres viskositet afhænger meget lidt af temperaturen. Sådanne væsker er dyre.
Organofluorvæsker har lignende egenskaber. Nogle væskeprøver kan fungere ved 2000 grader i lang tid. Sådanne væsker i form af octol består af en blanding af isobutylenpolymerer opnået fra råoliekrakningsgasprodukter og er billige.
Naturlige harpikser
kolofonium er en harpiks, der har øget skrøbelighed og opnås fra harpiks (fyrharpiks). Harpiks består af organiske syrer, opløses let i petroleumsolier ved opvarmning samt i andre kulbrinter, alkohol og terpentin.
Blødgøringstemperaturen for kolofonium er 50-700 grader. I fri luft oxiderer harpiks, blødgøres hurtigere og opløses mindre godt. Harpiks opløst i petroleumsolie bruges til at imprægnere kabler.
Vegetabilske olier
Disse olier er tyktflydende væsker, der fås fra forskellige plantefrø. De vigtigste er tørrende olier, som kan hærde ved opvarmning. Et tyndt lag olie på overfladen af materialet danner, når det er tørret, en hård, holdbar elektrisk isolerende film.
Hastigheden af olietørring stiger med stigende temperatur, belysning og brug af katalysatorer - tørremidler (forbindelser af kobolt, calcium og bly).
Linolie har en gylden gul farve. Det fås fra hørfrø. Flydepunktet for linolie er -200 grader.
Tung olie lavet af tungtræets frø. Dette træ vokser i Fjernøsten såvel som i Kaukasus. Denne olie er ikke-giftig, men ikke fødevaregodkendt. Tung olie hærder ved en temperatur på 0-50 grader. Sådanne olier bruges i elektroteknik til produktion af lak, lakerede stoffer, træimprægnering og også som flydende dielektrikum.
Ricinusolie bruges til at imprægnere kondensatorer med papirdielektrikum. Denne olie er opnået fra ricinusbønnefrø. Det hærder ved en temperatur på -10 -180 grader. Ricinusolie er letopløseligt i ethylalkohol, men uopløseligt i benzin.
lav frekvens. Som høj frekvens der anvendes ikke-polære dielektrika.
3.1. Grundlæggende elektriske egenskaber ved dielektrikum
De vigtigste elektriske egenskaber ved dielektrikum og deres egenskaber er angivet i tabel. 12.
Tabel 12
Elektriske egenskaber af dielektriske stoffer og deres egenskaber
Ejendom | Egenskab | Betegnelse |
||
Polarisering | Relativt dielektrisk | |||
trisk permeabilitet |
||||
Elektrisk ledningsevne | Specifik elektrisk | ρ, Ohm m |
||
modstand | ||||
Dielektrisk | Tangent af den dielektriske vinkel | tgδ |
||
himmeltab | ||||
elektrisk pro- | Stansende spænding | Epr, MV/m |
||
3.1.1. Polarisering af dielektrikum
Polarisering er den elastiske forskydning af bundne ladninger eller orienteringen af dielektriske molekyler i et elektrisk felt. Polarisering er ledsaget af udseendet af bundne elektriske ladninger på overfladen af dielektrikumet.
Et dielektrikums evne til at polarisere er karakteriseret ved dets relative dielektriske konstant
hvor C er kapacitansen af en kondensator med et dielektrikum; C 0 er kapacitansen af en kondensator uden et dielektrikum (i et vakuum).
Der skelnes mellem følgende typer af polarisering:
elektronpolarisering- elastisk forskydning og deformation af atomernes elektroniske skaller under påvirkning af et eksternt felt (fig. 13,a). Det er karakteristisk for alle stoffer, men spiller en afgørende rolle i ikke-polære dielektriske stoffer (gasformige,
flydende og fast). En sådan polarisering opstår næsten øjeblikkeligt (τ = 10-15 s), uden energitab, dens værdi afhænger ikke af feltfrekvensen;
Ris. 13. Skema for forekomsten af polarisering: a - elektronisk, b - ionisk, c - di-
fuldstændig afslapning, g - spontan (spontan)
ionpolarisering er forårsaget af forskydning af elastisk bundne ioner inden for den interatomare afstand (fig. 13b). Det er typisk for stoffer med en ionisk struktur, polarisationstiden er kort (τ = 10-13 s), og forekommer stort set uden energitab;
dipol-afslapning polarisering ligger i oprindelsen
entation af dipolmolekyler under påvirkning af feltkræfter (fig. 13, c).
Det er iboende i polær dielektrik, opstår over tid (τ = 10-2 s) og er ledsaget af energitab;
spontan (spontan) polariseringobserveret i ferroelektrik. Det er stoffer, der består af elektrificerede områder - domæner, der har et elektrisk moment. I mangel af et eksternt felt er domænerne placeret tilfældigt, og det samlede moment er nul. I et eksternt felt sker en reorientering af domæner, og der skabes en stærk polarisationseffekt (fig. 13d): det relative dielektrikum
Den regionale permeabilitet når ε = 105.
Effekt af temperatur på polarisering af dielektrikum
Ændringen i den relative dielektriske konstant med temperaturændringer er karakteriseret ved temperaturkoefficienten
αε = | ||||
ε dT | ||||
Med elektronisk polarisering falder den relative dielektricitetskonstant lidt med stigende temperatur på grund af et fald i stoffets tæthed (αε<0) (кривая 1 на рис. 14). При ионной поляризации ε с увеличением температуры несколько повышается в результате ослабления упругих сил, действующих между ионами, из-за увеличения расстояния между ними при тепловом расширении (αε >0) (kurve 2 i fig. 14). Dipolrelaksationspolarisering afhænger stærkt af mediets temperatur. Med stigende temperatur svækkes kræfterne fra intermolekylær interaktion, og dipolmolekyler orienteres lettere i det ydre felt - ε stiger. Med en yderligere stigning i temperaturen svækker den intense termiske bevægelse af molekyler feltets orienterende indflydelse - ε falder (kurve 3 i fig. 14). Ved spontan polarisering stiger dens værdi til en vis temperatur (Tc - Curie-punkt), over hvilken det ferroelektriske mister sine specifikke egenskaber (kurve 4 i fig. 14).
Ris. 14. Temperaturafhængigheder af den relative dielektriske permeabilitet
værdi for polarisering: 1 - elektronisk, 2 - ionisk, 3 - dipolrelaksation, 4 - spontan
Den elektriske feltstyrkes indflydelse på polariseringen af dielektrikum
Baseret på effekten af den elektriske feltstyrke på den relative dielektriske konstant skelnes lineære og ikke-lineære dielektrika. Kapacitansen af en kondensator med et lineært dielektrikum afhænger kun af dens geometriske dimensioner, og ε afhænger ikke af den eksterne feltstyrke (fig. 15a).
Det overvældende antal dielektrika tilhører lineære dielektrika:
ikke-polære dielektrika med elektronisk polarisering - gasser, væsker, krystallinske og amorfe faste stoffer (benzen, paraffin, svovl, polyethylen osv.);
polær dielektrik med dipolafslapning og elektronisk polarisering - organiske flydende og faste stoffer (chlorerede kulbrinter, de fleste organiske forbindelser baseret på polymerer osv.);
uorganiske ionforbindelser med ionisk og elektronisk polarisering - krystallinske stoffer med tæt pakning af ioner (kvarts, glimmer, korund - Al 203, rutil - TiO2 osv.);