Terbahagi kepada 3 kumpulan:
1) minyak petroleum;
2) cecair sintetik;
3) minyak sayuran.
Dielektrik cecair digunakan untuk impregnasi kabel voltan tinggi, kapasitor, untuk mengisi transformer, suis dan sesendal. Di samping itu, mereka melaksanakan fungsi penyejuk dalam transformer, pemadam arka dalam suis, dll.
Minyak petroleum
Minyak petroleum adalah campuran hidrokarbon parafin ( C n H 2 n+ 2) dan naphthenic (C n H 2 n ) baris. Ia digunakan secara meluas dalam kejuruteraan elektrik sebagai minyak pengubah, kabel dan kapasitor. Minyak, mengisi celah dan liang di dalam pemasangan dan produk elektrik, meningkatkan kekuatan elektrik penebat dan menambah baik penyingkiran haba daripada produk.
Minyak pengubah diperoleh daripada petroleum melalui penyulingan. Sifat elektrik minyak pengubah sebahagian besarnya bergantung pada kualiti penulenan minyak daripada kekotoran, kandungan airnya dan tahap penyahgasannya. Pemalar dielektrik minyak 2.2, kerintangan elektrik 10 13 Ohm m.
Tujuan minyak pengubah adalah untuk meningkatkan kekuatan elektrik penebat; keluarkan haba; menggalakkan pemadaman arka dalam pemutus litar minyak, meningkatkan kualiti penebat elektrik dalam produk elektrik: reostat, kapasitor kertas, kabel berpenebat kertas, kabel kuasa - dengan menuang dan impregnasi.
Minyak pengubah mengalami penuaan semasa operasi, yang merosot kualitinya. Penuaan minyak digalakkan oleh: sentuhan minyak dengan udara, suhu tinggi, sentuhan dengan logam (Cu, Рb, Fe), pendedahan kepada cahaya. Untuk meningkatkan hayat perkhidmatan, minyak dijana semula dengan membersihkan dan mengeluarkan produk penuaan dan menambah perencat.
KabelDan kapasitor Minyak berbeza daripada minyak transformer dalam kualiti penulenan yang lebih tinggi.
Dielektrik cecair sintetik
Dielektrik cecair sintetik mempunyai beberapa sifat yang lebih baik daripada minyak penebat elektrik berasaskan petroleum.
Hidrokarbon berklorin
Sovol – pentaklorobifenil C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 , diperoleh dengan pengklorinan bifenil C 12 H 10
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
Sovoldigunakan untuk impregnasi dan pengisian kapasitor. Ia mempunyai pemalar dielektrik yang lebih tinggi berbanding minyak petroleum. Pemalar dielektrik Sovol 5.0, kerintangan elektrik 10 11 ¸ 10 12 Ohm m. Sovol digunakan untuk impregnasi kekuatan kertas dan kapasitor radio dengan peningkatan kapasiti spesifik dan voltan operasi yang rendah.
Sovtol – campuran burung hantu dengan trichlorobenzene. Digunakan untuk melindungi transformer kalis letupan.
Cecair organosilicon
Yang paling meluas ialah polidimetilsiloksana, polidietilsiloksan, polimetilfenilsiloksan cecair.
Cecair polisiloksana - polimer organosilikon cecair ( poliorganosiloksanes), mempunyai sifat berharga seperti: tinggi rintangan haba, lengai kimia, higroskopisitas rendah, titik tuang rendah, ciri elektrik yang tinggi pada julat frekuensi dan suhu yang luas.
Poliorganosiloxane cecair ialah sebatian polimer dengan tahap pempolimeran yang rendah, molekulnya mengandungi kumpulan atom siloksan.
,
di mana atom silikon terikat kepada radikal organik R: metil CH 3, etil C 2 H 5, fenil C 6 H 5 . Molekul cecair poliorganosiloksana boleh mempunyai struktur linear, bercabang linear dan kitaran.
Cecair polimetilsiloksanes diperoleh melalui hidrolisis dimetildiklorosilane bercampur dengan trimetilchlorosilane .
Cecair yang terhasil tidak berwarna, larut dalam hidrokarbon aromatik, dikloroetana dan beberapa pelarut organik lain, dan tidak larut dalam alkohol dan aseton. Polimetilsiloksanes Ia lengai secara kimia, tidak mempunyai kesan agresif pada logam dan tidak berinteraksi dengan kebanyakan dielektrik dan getah organik. Pemalar dielektrik 2.0¸ 2.8, kerintangan elektrik 10 12 Ohm m, kekuatan elektrik 12¸ 20 MV/m
Formula polidimetilsiloksana A kelihatan seperti
– Si(CH 3 ) 3 – O – [ Si(CH 3 ) 2 – O ] n –Si(CH 3 ) = O
Polimer organosilikon cecair digunakan sebagai:
Polidietilsiloksanes – diperoleh melalui hidrolisis dietildiklorosilane Dan trietilchlorosilane . Mereka mempunyai julat takat didih yang luas. Struktur dinyatakan dengan formula:
Sifat bergantung pada takat didih. Sifat elektrik adalah sama seperti itu polidimetilsiloksana.
Cecair polimetilfenilsiloksanes mempunyai struktur yang dinyatakan oleh formula
Diperolehi melalui hidrolisis fenilmetildiklorosilanes dll Minyak likat. Selepas diprosesNaOHkelikatan meningkat 3 kali ganda. Menahan pemanasan selama 1000 jam sehingga 250 °C. Sifat elektrik adalah sama dengan mereka polidimetilsiloksana.
Pada γ – penyinaran, kelikatan cecair organosilicon meningkat dengan banyak, dan ciri-ciri dielektrik merosot dengan mendadak. Dengan dos sinaran yang besar, cecair bertukar menjadi bergetah jisim, dan kemudian menjadi badan pepejal dan rapuh.
Cecair organofluorin
Cecair organofluorin - Dari 8 F 16 – tidak mudah terbakar dan kalis letupan, sangat tahan panas(200 °C), mempunyai higroskopisitas rendah. Pasangan mereka mempunyai kekuatan elektrik yang tinggi. Cecair mempunyai kelikatan yang rendah dan mudah meruap. Mereka mempunyai pelesapan haba yang lebih baik daripada minyak petroleum dan cecair silikon.–) n,
ialah polimer bukan kutub dengan struktur linear. Diperolehi dengan pempolimeran gas etilena C 2 H 4 pada tekanan tinggi (sehingga 300 MPa), atau pada tekanan rendah (sehingga 0.6 MPa). Berat molekul polietilena tekanan tinggi ialah 18000 – 40000, polietilena ketumpatan rendah ialah 60000 – 800000.
Molekul polietilena mempunyai keupayaan untuk membentuk kawasan bahan dengan susunan rantai yang teratur (kristal), oleh itu polietilena terdiri daripada dua fasa (hablur dan amorf), nisbah yang menentukan sifat mekanikal dan habanya. Amorfus memberikan sifat anjal bahan, dan kristal memberikan ketegaran. Fasa amorf mempunyai suhu peralihan kaca +80 °C. Fasa kristal mempunyai lebih tinggi rintangan haba.
Agregat molekul polietilena fasa kristal adalah sferulit dengan struktur ortorombik. Kandungan fasa kristal (sehingga 90%) dalam polietilena berketumpatan rendah adalah lebih tinggi daripada polietilena berketumpatan tinggi (sehingga 60%). Oleh kerana kehablurannya yang tinggi, polietilena berketumpatan rendah mempunyai takat lebur yang lebih tinggi (120 -125 ° C) dan kekuatan tegangan yang lebih tinggi. Struktur polietilena sebahagian besarnya bergantung pada mod penyejukan. Dengan penyejukan pantasnya, sferulit kecil terbentuk, dengan penyejukan perlahan - yang besar. Polietilena yang disejukkan dengan cepat adalah lebih fleksibel dan kurang keras.
Sifat polietilena bergantung pada berat molekul, ketulenan, dan kekotoran asing. Sifat mekanikal bergantung kepada tahap pempolimeran. Polietilena mempunyai rintangan kimia yang hebat. Sebagai bahan penebat elektrik, ia digunakan secara meluas dalam industri kabel dan dalam pengeluaran wayar terlindung.
Pada masa ini, jenis produk polietilena dan polietilena berikut dihasilkan:
1. polietilena tekanan rendah dan tinggi - (n.d.) dan (v.d.);
2. polietilena berketumpatan rendah untuk industri kabel;
3. polietilena berat molekul rendah tekanan tinggi atau sederhana;
4. polietilena berliang;
5. plastik hos polietilena khas;
6. polietilena untuk pengeluaran kabel HF;
7. polietilena konduktif elektrik untuk industri kabel;
8. polietilena diisi dengan jelaga;
9. polietilena berklorosulfonat;
10. filem polietilena.
Fluoroplastik
Terdapat beberapa jenis polimer fluorokarbon, yang boleh menjadi polar atau bukan polar.
Mari kita pertimbangkan sifat produk tindak balas pempolimeran gas tetrafluoroetilena
(F 2 C = CF 2).
Fluoroplastik - 4(polytetrafluoroethylene) – serbuk putih longgar. Struktur molekul kelihatan seperti
Molekul PTFE mempunyai struktur simetri. Oleh itu, fluoroplastik ialah dielektrik bukan kutub
Simetri molekul dan ketulenan tinggi memberikan tahap prestasi elektrik yang tinggi. Tenaga ikatan yang lebih besar antara C dan F memberikannya rintangan sejuk yang tinggi dan rintangan haba. Komponen radio yang diperbuat daripadanya boleh beroperasi dari -195 ÷ +250°C. Tidak mudah terbakar, tahan kimia, tidak higroskopik, hidrofobik, dan tidak terjejas oleh acuan. Kerintangan elektrik ialah 10 15 ¸ 10 18 Ohm m, pemalar dielektrik 1.9¸ 2.2, kekuatan elektrik 20¸ 30 MV/m
Komponen radio diperbuat daripada serbuk fluoroplastik dengan menekan sejuk. Produk yang ditekan disinter dalam ketuhar pada suhu 360 - 380°C. Dengan penyejukan pantas, produk dikeraskan dengan kekuatan mekanikal yang tinggi. Dengan penyejukan perlahan - tidak dikeraskan. Mereka lebih mudah untuk diproses, kurang keras, dan mempunyai tahap ciri elektrik yang tinggi. Apabila bahagian dipanaskan hingga 370°, ia berubah daripada keadaan hablur kepada keadaan amorf dan menjadi lutsinar. Penguraian terma bahan bermula pada > 400°. Di mana Fluorin toksik terbentuk.
Kelemahan fluoroplastik ialah kecairannya di bawah beban mekanikal. Ia mempunyai rintangan yang rendah terhadap sinaran dan memerlukan tenaga kerja untuk diproses menjadi produk. Salah satu dielektrik terbaik untuk teknologi RF dan gelombang mikro. Mereka mengeluarkan produk kejuruteraan elektrik dan radio dalam bentuk plat, cakera, cincin dan silinder. Kabel HF ditebat dengan filem nipis, yang dipadatkan semasa pengecutan.
Fluoroplastik boleh diubah suai menggunakan pengisi - gentian kaca, boron nitrida, karbon hitam, dan lain-lain, yang memungkinkan untuk mendapatkan bahan dengan sifat baru dan memperbaiki sifat sedia ada.
Pemalar dielektrik mungkin mempunyai penyebaran.
Sebilangan dielektrik mempamerkan sifat fizikal yang menarik.
Pautan
- Dana maya sains semula jadi dan kesan saintifik-teknikal "Fizik Berkesan"
Yayasan Wikimedia. 2010.
Lihat apa "Dielektrik" dalam kamus lain:
DIELEKTRIK, bahan yang mengalirkan elektrik dengan buruk (kerintangan tertib 1010 Ohm? m). Terdapat dielektrik pepejal, cecair dan gas. Medan elektrik luaran menyebabkan polarisasi dielektrik. Dalam beberapa sukar ... ... Ensiklopedia moden
Dielektrik- DIELEKTRIK, bahan yang mengalirkan elektrik dengan buruk (rintangan khusus kira-kira 1010 Ohm´m). Terdapat dielektrik pepejal, cecair dan gas. Medan elektrik luaran menyebabkan polarisasi dielektrik. Dalam beberapa sukar ... ... Kamus Ensiklopedia Bergambar
Bahan yang mengalirkan elektrik dengan buruk (rintangan elektrik 108 1012 Ohm? cm). Terdapat dielektrik pepejal, cecair dan gas. Medan elektrik luaran menyebabkan polarisasi dielektrik. Dalam beberapa dielektrik pepejal... ... Kamus Ensiklopedia Besar
- (Dielektrik Inggeris, daripada Greek dia through, through dan English electric electric), bahan yang mengalirkan elektrik dengan buruk. semasa. Istilah "D." diperkenalkan oleh Faraday untuk menentukan di mana elektrik menembusi. padang. D. yavl. semua gas (tidak terion), beberapa... Ensiklopedia fizikal
DIELEKTRIK- DIELEKTRIK, bukan konduktor, atau penebat badan, tidak mengalirkan elektrik atau tidak mengalirkan elektrik langsung. Badan-badan seperti itu, sebagai contoh. kaca, mika, sulfur, parafin, ebonit, porselin, dll. Untuk masa yang lama, apabila belajar elektrik... ... Ensiklopedia Perubatan Hebat
- (penebat) bahan yang tidak mengalirkan arus elektrik. Contoh dielektrik: mika, ambar, getah, sulfur, kaca, porselin, pelbagai jenis minyak, dll. Kamus Laut Samoilov K.I. M.L.: Dewan Penerbitan Tentera Laut Negeri Kesatuan NKVMF ... Kamus Laut
Nama yang diberikan oleh Michael Faraday kepada badan yang tidak konduktor atau, dengan kata lain, pengalir elektrik yang buruk, seperti udara, kaca, pelbagai resin, sulfur, dll. Badan sedemikian juga dipanggil penebat. Sebelum penyelidikan Faraday pada tahun 1930-an... Ensiklopedia Brockhaus dan Efron
DIELEKTRIK- bahan yang praktikal tidak mengalirkan arus elektrik; adalah pepejal, cecair dan gas. Dalam medan elektrik luaran, D. terkutub. Ia digunakan untuk melindungi peranti elektrik, dalam kapasitor elektrik, dalam kuantum... ... Ensiklopedia Politeknik Besar
Bahan yang tidak mengalirkan elektrik dengan baik. Istilah "D." (dari bahasa Yunani diá through dan English electric electric) telah diperkenalkan oleh M. Faraday (Lihat Faraday) untuk menentukan bahan yang melaluinya medan elektrik menembusi. Dalam apa jua bahan... ... Ensiklopedia Soviet yang Hebat
Bahan yang mengalirkan elektrik dengan buruk (kekonduksian dielektrik 10 8 10 17 Ohm 1 cm 1). Terdapat dielektrik pepejal, cecair dan gas. Medan elektrik luaran menyebabkan polarisasi dielektrik. Dalam beberapa sukar ... ... Kamus ensiklopedia
Buku
- Dielektrik dan gelombang, A. R. Hippel. Pengarang monograf disampaikan kepada perhatian pembaca, seorang penyelidik terkenal dalam bidang dielektrik, saintis Amerika A. Hippel telah berulang kali muncul dalam majalah berkala dan dalam…
- Kesan sinaran laser pada bahan polimer. Asas saintifik dan masalah gunaan. Dalam 2 buah buku. Buku 1. Bahan polimer. Asas saintifik tindakan laser pada dielektrik polimer, B. A. Vinogradov, K. E. Perepelkin, G. P. Meshcheryakova. Buku ini mengandungi maklumat tentang struktur dan sifat asas terma dan optik bahan polimer, mekanisme tindakan sinaran laser pada mereka dalam inframerah, boleh dilihat...
Bahan penebat elektrik ialah bahan dielektrik yang direka untuk penebat elektrik. Nilai rintangan elektrik berjulat dari 10 6 Ohm∙m hingga 10 17 Ohm∙m, malah lebih tinggi untuk gas tidak terion.
Bahan penebat elektrik, bergantung kepada keadaan pengagregatannya, dibahagikan kepada gas, cecair dan pepejal. Mengikut komposisi kimia - organik (polietilena, polistirena, dll.) dan bukan organik (mika, marmar, dll.).
Di bawah pengaruh medan elektrik yang digunakan, sifat dielektrik yang paling penting menampakkan dirinya - keupayaan untuk polarisasi. Polarisasi ialah satu proses anjakan terhad atau orientasi zarah dielektrik yang mempunyai cas elektrik, dan dielektrik memperoleh momen elektrik teraruh. Menurut sifat ini, dielektrik dibahagikan kepada "kutub", yang molekulnya mempunyai momen elektrik yang tetap, bukan sifar, dan "bukan kutub", yang molekulnya memperoleh momen elektrik hanya apabila terdedah kepada medan elektrik luaran.
Sifat asas dielektrik:
- isipadu tertentu dan rintangan permukaan (konduksi).
Pekali suhu kerintangan elektrik TKρ menentukan perubahan dalam kerintangan bahan dengan perubahan suhunya, 0 C -1:
ТКρ=(1/ ρ 2)(dρ / dt ),
di mana ρ2 ialah kerintangan pada suhu t 2; dρ – perubahan dalam kerintangan; dt – perubahan suhu dari awal ke t 2.
Pemalar dielektrik ε dielektrik. Terdapat pemalar dielektrik relatif ε r , ε mutlak dan pemalar dielektrik vakum ε0 (pemalar elektrike 0= 8,85 × 10 -12 f/m) . Mereka dihubungkan oleh hubungan:
ε=ε r ∙ε0 atau ε r =ε/ε0.
Pemalar dielektrik relatif menunjukkan berapa kali pemalar dielektrik medium lebih besar daripada pemalar dielektrik vakum.
Pemalar dielektrik dielektrik gas adalah kira-kira 1, untuk dielektrik cecair dan pepejal bukan kutub biasanya 2-2.5, untuk dielektrik kutub biasanya dalam julat 3-8, tetapi boleh mencapai beberapa puluh dan ratusan.
Pekali suhu pemalar dielektrik TKε r – membolehkan anda menilai perubahan pemalar dielektrik dengan perubahan suhu:
ТКε r =(1/ ε r )(d ε r / dt ).
Kehilangan dielektrik ialah kuasa yang hilang dalam dielektrik apabila terdedah kepada medan elektromagnet berselang-seli. Kehilangan dielektrik boleh disebabkan oleh kedua-dua arus pengaliran (kehilangan kekonduksian) dan kelewatan polarisasi apabila medan berubah (kehilangan kelonggaran, penghijrahan dan resonans). Di samping itu, dalam medan elektrik yang kuat dengan kehadiran kemasukan udara dalam dielektrik, kehilangan tenaga tambahan (kehilangan pengionan) diperhatikan. Kerugian dielektrik bergantung kepada voltan yang digunakan U, V, frekuensi f, Hz, kemuatan C , Ф dan tangen kehilangan dielektrik tgδ , W:
P = U 2∙ C ∙2 πf ∙ tanδ .
tangen kehilangan dielektrik tgδ menentukan kuasa yang terlesap dalam dielektrik di bawah medan elektromagnet berselang-seli. Kerja tgδ oleh pemalar dielektrik relatif dipanggil faktor kehilangan:
e" = e r ∙ tan δ .
Kekuatan dielektrik E pr – kekuatan medan elektrik, apabila berlaku kerosakan pada mana-mana titik dielektrik:
E pr= U pr/ j,
di mana U pr – voltan kerosakan, nilai voltan tertinggi yang digunakan pada dielektrik pada saat kerosakan, h - ketebalan dielektrik. Dimensi kekuatan elektrik – V/m.
Rintangan haba. GOST 21515-76 mentakrifkan rintangan haba sebagai keupayaan dielektrik untuk menahan pendedahan kepada suhu tinggi untuk masa yang lama untuk masa yang setanding dengan hayat perkhidmatannya, tanpa kemerosotan sifatnya yang tidak boleh diterima.
Mengikut rintangan haba, dielektrik dibahagikan kepada 7 kelas. Indeks suhu dan kelas rintangan haba diberikan dalam jadual. 1.
Jadual 1. Kelas rintangan haba bahan penebat elektrik.
Kelas rintangan haba TIK Suhu, 0 C
90 Y 90
105A105
120E120
130B130
155F155
180H180
180C Lebih daripada 180
Suhu yang ditunjukkan adalah maksimum yang dibenarkan untuk kegunaan jangka panjang.
Rintangan elektrik isipadu tertentu, pemalar dielektrik relatif, tangen kehilangan dielektrik, kekuatan elektrik bahan penebat elektrik utama diberikan dalam Jadual. 2.
Jadual 2. Sifat elektrik bahan penebat elektrik asas (pada 20 0 C)
Namaρ, Ohm∙mε r tgδ E pr, kV/mm
Pada 50 Hz Pada 50 Hz
Polistirena 10 13 - 10 15 2.4-2.7(2-4)∙10 -4 25-30
Polietilena 10 13 - 10 15 2.3(2-3)∙10 -4 40-42
ketumpatan rendah
Polietilena 10 13 - 10 15 2.45∙10 -4 40-42
ketumpatan tinggi
Polipropilena10 13 - 10 15 2.1(2-3)∙10 -4 30-35
Poli-10 12 - 10 13 3.7(3-5)∙10 -4 24
formaldehid
Poliuretana 10 12 - 10 13 4.612∙10 -3 20-25
Polimetil-10 10 - 10 12 3.66∙10 -2 15-18
Metakrilat
PVC10 10 - 10 12 4.7(3-8)∙10 -2 15-20
PET10 12 - 10 13 3.5(2-6)∙10 -4 30
(lavsan)
Fluoroplastik-410 16 - 10 18 2.0(1-3)∙10 -4 27-40
Jawatan: ρ - rintangan elektrik isipadu tertentu, ε r - pemalar dielektrik relatif, tgδ - tangen kehilangan dielektrik, E pr - kekuatan elektrik.
Dielektrik adalah bahan yang tidak menghantar atau menghantar elektrik dengan buruk. Pembawa cas dalam dielektrik mempunyai ketumpatan tidak lebih daripada 108 keping setiap sentimeter padu. Salah satu sifat utama bahan tersebut ialah keupayaan untuk mempolarisasi dalam medan elektrik.
Parameter yang mencirikan dielektrik dipanggil pemalar dielektrik, yang boleh mempunyai penyebaran. Dielektrik termasuk air tulen kimia, udara, plastik, resin, kaca, dan pelbagai gas.
Sifat dielektrik
Jika bahan mempunyai lambangnya sendiri, maka lambang garam Rochelle pastinya akan dihiasi dengan anggur, gelung histerisis, dan simbolisme banyak cabang sains dan teknologi moden.
Silsilah garam Rochelle bermula pada tahun 1672. Apabila ahli farmasi Perancis Pierre Segnet mula-mula memperoleh kristal tidak berwarna daripada anggur dan menggunakannya untuk tujuan perubatan.
Pada masa itu masih mustahil untuk membayangkan bahawa kristal ini mempunyai sifat yang menakjubkan. Sifat-sifat ini memberi kami hak untuk membezakan kumpulan khas daripada sejumlah besar dielektrik:
- Piezoelektrik.
- Piroelektrik.
- Ferroelektrik.
Sejak zaman Faraday, telah diketahui bahawa bahan dielektrik terpolarisasi dalam medan elektrik luaran. Dalam kes ini, setiap sel asas mempunyai momen elektrik yang serupa dengan dipol elektrik. Dan jumlah momen dipol per unit isipadu menentukan vektor polarisasi.
Dalam dielektrik konvensional, polarisasi secara unik dan linear bergantung pada magnitud medan elektrik luaran. Oleh itu, kerentanan dielektrik hampir semua dielektrik adalah malar.
P/E=X=const
Kekisi kristal kebanyakan dielektrik terdiri daripada ion positif dan negatif. Daripada bahan kristal, kristal dengan kekisi padu mempunyai simetri yang paling tinggi. Di bawah pengaruh medan elektrik luaran, kristal terkutub dan simetrinya berkurangan. Apabila medan luaran hilang, kristal memulihkan simetrinya.
Dalam sesetengah kristal, polarisasi elektrik boleh timbul secara spontan tanpa ketiadaan medan luaran. Beginilah rupa kristal gadolinium molibdenat dalam cahaya terpolarisasi. Biasanya, polarisasi spontan adalah tidak seragam. Kristal dibahagikan kepada domain - kawasan dengan polarisasi seragam. Pembangunan struktur multidomain mengurangkan jumlah polarisasi.
Piroelektrik
Dalam piroelektrik, skrin polarisasi spontan dengan caj percuma yang membatalkan caj terikat. Pemanasan piroelektrik mengubah polarisasinya. Pada suhu lebur, sifat piroelektrik hilang sepenuhnya.
Sesetengah piroelektrik dikelaskan sebagai ferroelektrik. Arah polarisasi mereka boleh diubah oleh medan elektrik luaran.
Terdapat hubungan histerisis antara orientasi polarisasi ferroelektrik dan magnitud medan luaran.
Dalam medan yang cukup lemah, polarisasi bergantung secara linear pada kekuatan medan. Dengan peningkatan selanjutnya, semua domain berorientasikan ke arah medan, memasuki mod tepu. Apabila medan dikurangkan kepada sifar, kristal kekal terkutub. Segmen CO dipanggil polarisasi sisa.
Medan di mana arah polarisasi berubah, segmen DO dipanggil daya paksaan.
Akhirnya, kristal benar-benar membalikkan arah polarisasi. Dengan perubahan seterusnya dalam medan, lengkung polarisasi ditutup.
Walau bagaimanapun, keadaan ferroelektrik kristal hanya wujud dalam julat suhu tertentu. Khususnya, garam Rochelle mempunyai dua titik Curie: -18 dan +24 darjah, di mana peralihan fasa tertib kedua berlaku.
Kumpulan feroelektrik
Teori mikroskopik peralihan fasa membahagikan ferroelektrik kepada dua kumpulan.
Kumpulan pertama
Barium titanate tergolong dalam kumpulan pertama, dan kerana ia juga dipanggil, kumpulan ferroelektrik jenis bias. Dalam keadaan bukan kutubnya, barium titanate mempunyai simetri padu.
Semasa peralihan fasa kepada keadaan kutub, sublattices ionik disesarkan dan simetri struktur kristal berkurangan.
Kumpulan kedua
Kumpulan kedua termasuk kristal jenis natrium nitrat, di mana fasa nonpolar mempunyai sublattice tidak teratur unsur-unsur struktur. Di sini, peralihan fasa kepada keadaan kutub dikaitkan dengan susunan struktur kristal.
Selain itu, dalam kristal yang berbeza mungkin terdapat dua atau lebih kedudukan keseimbangan yang berkemungkinan. Terdapat kristal di mana rantai dipol mempunyai orientasi antiselari. Jumlah momen dipol bagi kristal tersebut ialah sifar. Kristal sedemikian dipanggil antiferroelektrik.
Di dalamnya, pergantungan polarisasi adalah linear, sehingga nilai medan kritikal.
Peningkatan selanjutnya dalam kekuatan medan disertai dengan peralihan kepada fasa ferroelektrik.
Kumpulan ketiga
Terdapat satu lagi kumpulan kristal - ferroelektrik.
Orientasi momen dipol mereka adalah sedemikian rupa sehingga dalam satu arah mereka mempunyai sifat antiferroelektrik, dan dalam arah lain, ferroelektrik. Peralihan fasa dalam ferroelektrik terdiri daripada dua jenis.
Pada peralihan fasa urutan kedua pada titik Curie, polarisasi spontan dengan lancar berkurangan kepada sifar, dan kerentanan dielektrik, berubah secara mendadak, mencapai nilai yang sangat besar.
Semasa peralihan fasa tertib pertama, polarisasi hilang secara tiba-tiba. Kecenderungan elektrik juga berubah secara mendadak.
Pemalar dielektrik yang besar dan polarisasi elektrik feroelektrik menjadikannya bahan yang menjanjikan untuk teknologi moden. Sebagai contoh, sifat tak linear seramik ferroelektrik lutsinar telah digunakan secara meluas. Semakin terang cahaya, semakin banyak ia diserap oleh cermin mata khas.
Ini berkesan dalam melindungi penglihatan pekerja dalam industri tertentu yang melibatkan kilatan cahaya secara tiba-tiba dan sengit. Hablur feroelektrik dengan kesan elektro-optik digunakan untuk menghantar maklumat menggunakan pancaran laser. Dalam garis penglihatan, pancaran laser disimulasikan dalam kristal. Kemudian rasuk memasuki kompleks peralatan penerima, di mana maklumat diasingkan dan diterbitkan semula.
Kesan piezoelektrik
Pada tahun 1880, adik-beradik Curie mendapati bahawa semasa ubah bentuk garam Rochelle, caj polarisasi muncul di permukaannya. Fenomena ini dipanggil kesan piezoelektrik langsung.
Jika kristal terdedah kepada medan elektrik luaran, ia mula berubah bentuk, iaitu, kesan piezoelektrik terbalik berlaku.
Walau bagaimanapun, perubahan ini tidak diperhatikan dalam kristal yang mempunyai pusat simetri, contohnya, dalam plumbum sulfida.
Jika kristal sedemikian terdedah kepada medan elektrik luaran, sublattices ion negatif dan positif akan beralih ke arah yang bertentangan. Ini membawa kepada polarisasi kristal.
Dalam kes ini, kita melihat sekatan elektrik, di mana ubah bentuk adalah berkadar dengan kuasa dua medan elektrik. Oleh itu, sekatan elektrik dikelaskan sebagai kesan genap.
ΔX1=ΔX2
Jika kristal sedemikian diregangkan atau dimampatkan, maka momen elektrik dipol positif akan sama besarnya dengan momen elektrik dipol negatif. Iaitu, polarisasi dielektrik tidak berubah, dan kesan piezoelektrik tidak berlaku.
Dalam kristal dengan simetri rendah, semasa ubah bentuk, daya tambahan kesan piezoelektrik songsang muncul, menentang pengaruh luar.
Oleh itu, dalam kristal yang tidak mempunyai pusat simetri dalam taburan cas, magnitud dan arah vektor anjakan bergantung pada magnitud dan arah medan luaran.
Terima kasih kepada ini, adalah mungkin untuk menjalankan pelbagai jenis ubah bentuk piezocrystals. Dengan melekatkan plat piezoelektrik, anda boleh mendapatkan elemen yang berfungsi dalam pemampatan.
Dalam reka bentuk ini, plat piezoelektrik membengkok.
Piezoceramics
Jika medan berselang-seli digunakan pada elemen piezoelektrik sedemikian, getaran elastik akan teruja di dalamnya dan gelombang akustik akan timbul. Piezoceramics digunakan untuk mengeluarkan produk piezoelektrik. Ia mewakili polihablur sebatian ferroelektrik atau larutan pepejal berdasarkannya. Dengan menukar komposisi komponen dan bentuk geometri seramik, parameter piezoelektriknya boleh dikawal.
Kesan piezoelektrik langsung dan songsang digunakan dalam pelbagai peralatan elektronik. Banyak unit peralatan elektroakustik, radioelektronik dan pengukur: pandu gelombang, resonator, pengganda frekuensi, litar mikro, penapis beroperasi menggunakan sifat piezoceramics.
Motor piezoelektrik
Unsur aktif motor piezoelektrik ialah unsur piezoelektrik.
Semasa satu tempoh ayunan sumber medan elektrik berselang-seli, ia meregang dan berinteraksi dengan pemutar, dan dalam satu lagi ia kembali ke kedudukan asalnya.
Ciri-ciri elektrik dan mekanikal yang sangat baik membolehkan motor piezo berjaya bersaing dengan mesin mikro elektrik konvensional.
Transformer piezoelektrik
Prinsip operasi mereka juga berdasarkan penggunaan sifat piezoceramics. Di bawah pengaruh voltan masukan, kesan piezoelektrik terbalik berlaku dalam penguja.
Gelombang ubah bentuk dihantar ke bahagian penjana, di mana, disebabkan oleh kesan piezoelektrik langsung, polarisasi perubahan dielektrik, yang membawa kepada perubahan dalam voltan keluaran.
Memandangkan dalam piezotransformer input dan output diasingkan secara galvani, fungsi menukar isyarat input dalam voltan dan arus, memadankannya dengan beban pada input dan output, adalah lebih baik daripada transformer konvensional.
Penyelidikan ke dalam pelbagai fenomena feroelektrik dan piezoelektrik diteruskan. Tidak dinafikan bahawa pada masa hadapan akan ada peranti berdasarkan kesan fizikal yang baru dan mengejutkan dalam pepejal.
Klasifikasi dielektrik
Bergantung pada pelbagai faktor, mereka mempamerkan sifat penebat mereka secara berbeza, yang menentukan skop penggunaannya. Rajah di bawah menunjukkan struktur pengelasan dielektrik.
Dielektrik yang terdiri daripada unsur tak organik dan organik telah menjadi popular dalam ekonomi negara.
Bahan bukan organik - Ini adalah sebatian karbon dengan pelbagai unsur. Karbon mempunyai keupayaan tinggi untuk membentuk sebatian kimia.
Dielektrik mineral
Jenis dielektrik ini muncul dengan perkembangan industri elektrik. Teknologi untuk pengeluaran dielektrik mineral dan jenisnya telah dipertingkatkan dengan ketara. Oleh itu, bahan-bahan tersebut sudah pun menggantikan dielektrik kimia dan semula jadi.
Bahan dielektrik mineral termasuk:
kaca(kapasitor, lampu) – bahan amorf, yang terdiri daripada sistem oksida kompleks: silikon, kalsium, aluminium. Mereka meningkatkan sifat dielektrik bahan.
Enamel kaca– digunakan pada permukaan logam.
gentian kaca– benang kaca dari mana fabrik gentian kaca dihasilkan.
Pemandu cahaya– gentian kaca pengalir cahaya, berkas gentian.
Sitalls– silikat kristal.
Seramik- porselin, steatite.
Mika– micalex, plastik mika, mikanit.
Asbestos– mineral dengan struktur berserabut.
Pelbagai dielektrik tidak selalu menggantikan satu sama lain. Skop aplikasinya bergantung pada kos, kemudahan penggunaan dan sifat. Sebagai tambahan kepada sifat penebat, dielektrik tertakluk kepada keperluan haba dan mekanikal.
Dielektrik cecair
Minyak petroleum
Minyak pengubah dituangkan ke dalam . Ia paling popular dalam kejuruteraan elektrik.
Minyak kabel digunakan dalam pembuatan. Mereka menghamili penebat kertas kabel. Ini meningkatkan kekuatan elektrik dan menghilangkan haba.
Dielektrik cecair sintetik
Untuk meresapi kapasitor, dielektrik cecair diperlukan untuk meningkatkan kemuatan. Bahan tersebut adalah dielektrik cecair secara sintetik, yang lebih unggul daripada minyak petroleum.
Hidrokarbon berklorin terbentuk daripada hidrokarbon dengan menggantikan molekul atom hidrogen dengan atom klorin. Produk bifenil polar, yang mengandungi C 12 H 10 -nC Ln, sangat popular.
Kelebihan mereka adalah ketahanan terhadap pembakaran. Salah satu kelemahannya ialah ketoksikannya. Kelikatan bifenil berklorin adalah tinggi, jadi ia perlu dicairkan dengan hidrokarbon yang kurang likat.
Cecair organosilicon mempunyai hygroscopicity rendah dan rintangan suhu tinggi. Kelikatan mereka bergantung sangat sedikit pada suhu. Cecair sedemikian mahal.
Cecair organofluorin mempunyai sifat yang serupa. Sesetengah sampel cecair boleh beroperasi pada 2000 darjah untuk masa yang lama. Cecair sedemikian dalam bentuk oktol terdiri daripada campuran polimer isobutilena yang diperoleh daripada produk gas retak petroleum dan kos rendah.
Damar semula jadi
Rosin adalah resin yang telah meningkat kerapuhan dan diperoleh daripada resin (resin pain). Rosin terdiri daripada asid organik, mudah larut dalam minyak petroleum apabila dipanaskan, serta dalam hidrokarbon lain, alkohol dan turpentin.
Suhu pelembutan rosin ialah 50-700 darjah. Di udara terbuka, rosin teroksida, melembutkan lebih cepat, dan kurang larut dengan baik. Rosin yang dilarutkan dalam minyak petroleum digunakan untuk menghamili kabel.
Minyak sayuran
Minyak ini adalah cecair likat yang diperoleh daripada pelbagai biji tumbuhan. Yang paling penting ialah minyak pengeringan, yang boleh mengeras apabila dipanaskan. Lapisan nipis minyak pada permukaan bahan, apabila dikeringkan, membentuk filem penebat elektrik yang keras dan tahan lama.
Kadar pengeringan minyak meningkat dengan peningkatan suhu, pencahayaan, dan penggunaan pemangkin - pengering (sebatian kobalt, kalsium, plumbum).
Minyak biji rami mempunyai warna kuning keemasan. Ia diperoleh daripada biji rami. Titik tuang minyak biji rami ialah -200 darjah.
Minyak tung Diperbuat daripada biji pokok tung. Pokok ini tumbuh di Timur Jauh, serta di Caucasus. Minyak ini bukan toksik, tetapi bukan gred makanan. Minyak tung mengeras pada suhu 0-50 darjah. Minyak sedemikian digunakan dalam kejuruteraan elektrik untuk pengeluaran varnis, fabrik varnis, impregnasi kayu, dan juga sebagai dielektrik cecair.
Minyak kastor digunakan untuk meresapi kapasitor dengan dielektrik kertas. Minyak ini diperolehi daripada biji kastor. Ia mengeras pada suhu -10 -180 darjah. Minyak kastor mudah larut dalam etil alkohol, tetapi tidak larut dalam petrol.
frekuensi rendah. Sebagai frekuensi tinggi dielektrik bukan kutub digunakan.
3.1. Sifat elektrik asas dielektrik
Sifat elektrik utama dielektrik dan ciri-cirinya diberikan dalam jadual. 12.
Jadual 12
Sifat elektrik dielektrik dan ciri-cirinya
Harta benda | Ciri | Jawatan |
||
Polarisasi | Dielektrik relatif | |||
kebolehtelapan trik |
||||
Kekonduksian elektrik | elektrik tertentu | ρ, Ohm m |
||
rintangan | ||||
Dielektrik | Tangen bagi sudut dielektrik | tgδ |
||
kerugian langit | ||||
pro- elektrik | Ketegangan menumbuk | Epr, MV/m |
||
3.1.1. Polarisasi dielektrik
Polarisasi ialah anjakan elastik bagi cas terikat atau orientasi molekul dielektrik dalam medan elektrik. Polarisasi disertai dengan penampilan cas elektrik terikat pada permukaan dielektrik.
Keupayaan dielektrik untuk polarisasi dicirikan oleh pemalar dielektrik relatifnya
di mana C ialah kemuatan kapasitor dengan dielektrik; C 0 ialah kemuatan kapasitor tanpa dielektrik (dalam vakum).
Jenis polarisasi berikut dibezakan:
polarisasi elektron- anjakan elastik dan ubah bentuk cangkerang elektronik atom di bawah pengaruh medan luaran (Rajah 13, a). Ia adalah ciri semua bahan, tetapi memainkan peranan penting dalam dielektrik bukan kutub (gas,
cecair dan pepejal). Polarisasi sedemikian berlaku hampir serta-merta (τ = 10-15 s), tanpa kehilangan tenaga, nilainya tidak bergantung pada frekuensi medan;
nasi. 13. Skim berlakunya polarisasi: a - elektronik, b - ionik, c - di-
kelonggaran sepenuhnya, g - spontan (spontan)
polarisasi ion disebabkan oleh anjakan ion terikat elastik dalam jarak interatomik (Rajah 13b). Ia adalah tipikal untuk bahan dengan struktur ionik, masa polarisasi adalah pendek (τ = 10-13 s), dan berlaku tanpa kehilangan tenaga;
dipol-kelonggaran polarisasi terletak pada asal usul
kemasukan molekul dipol di bawah pengaruh daya medan (Rajah 13, c).
Ia wujud dalam dielektrik kutub, berlaku dari semasa ke semasa (τ = 10-2 s) dan disertai dengan kehilangan tenaga;
polarisasi spontan (spontan).diperhatikan dalam ferroelektrik. Ini adalah bahan yang terdiri daripada kawasan elektrik - domain yang mempunyai momen elektrik. Sekiranya tiada medan luaran, domain terletak secara rawak, dan jumlah momen adalah sifar. Dalam medan luaran, orientasi semula domain berlaku dan kesan polarisasi yang kuat dicipta (Rajah 13d): dielektrik relatif
Kebolehtelapan serantau mencapai ε = 105.
Kesan suhu pada polarisasi dielektrik
Perubahan dalam pemalar dielektrik relatif dengan perubahan suhu dicirikan oleh pekali suhu
αε = | ||||
ε dT | ||||
Dengan polarisasi elektronik, pemalar dielektrik relatif berkurangan sedikit dengan peningkatan suhu disebabkan oleh penurunan ketumpatan bahan (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) (lengkung 2 dalam Rajah 14). Polarisasi kelonggaran dipol sangat bergantung pada suhu medium. Dengan peningkatan suhu, daya interaksi antara molekul menjadi lemah, dan molekul dipol lebih mudah berorientasikan dalam medan luaran - ε meningkat. Dengan peningkatan selanjutnya dalam suhu, pergerakan terma sengit molekul melemahkan pengaruh orientasi medan - ε berkurangan (lengkung 3 dalam Rajah 14). Dengan polarisasi spontan, nilainya meningkat kepada suhu tertentu (Tc - Curie point), di atasnya feroelektrik kehilangan sifat khususnya (lengkung 4 dalam Rajah 14).
nasi. 14. Kebergantungan suhu kebolehtelapan dielektrik relatif
nilai untuk polarisasi: 1 - elektronik, 2 - ionik, 3 - kelonggaran dipol, 4 - spontan
Pengaruh kekuatan medan elektrik pada polarisasi dielektrik
Berdasarkan kesan kekuatan medan elektrik pada pemalar dielektrik relatif, dielektrik linear dan tak linear dibezakan. Kemuatan kapasitor dengan dielektrik linear hanya bergantung pada dimensi geometrinya, dan ε tidak bergantung pada kekuatan medan luaran (Rajah 15a).
Sebilangan besar dielektrik tergolong dalam dielektrik linear:
dielektrik bukan kutub dengan polarisasi elektronik - gas, cecair, kristal dan pepejal amorf (benzena, parafin, sulfur, polietilena, dll.);
dielektrik kutub dengan dipol-relaksasi dan polarisasi elektronik - cecair organik dan bahan pepejal (hidrokarbon berklorin, kebanyakan sebatian organik berdasarkan polimer, dll.);
sebatian ionik tak organik dengan polarisasi ionik dan elektronik - bahan kristal dengan pembungkusan padat ion (kuarza, mika, korundum - Al 2 O3, rutil - TiO2, dll.);