แบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม:
1) น้ำมันปิโตรเลียม
2) ของเหลวสังเคราะห์
3) น้ำมันพืช
ไดอิเล็กทริกเหลวใช้สำหรับเคลือบสายไฟฟ้าแรงสูง ตัวเก็บประจุ เพื่อเติมหม้อแปลง สวิตช์ และบุชชิ่ง นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสารหล่อเย็นในหม้อแปลง ตัวดับเพลิงในสวิตช์ ฯลฯ
น้ำมันปิโตรเลียม
น้ำมันปิโตรเลียม เป็นส่วนผสมของพาราฟินไฮโดรคาร์บอน ( C n H 2 n+ 2) และแนฟเทนิก (C n H 2 n ) แถว มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมไฟฟ้า เช่น น้ำมันหม้อแปลง เคเบิล และตัวเก็บประจุ น้ำมัน อุดช่องว่างและรูพรุนภายในการติดตั้งระบบไฟฟ้าและผลิตภัณฑ์ เพิ่มความแข็งแรงทางไฟฟ้าของฉนวน และปรับปรุงการกำจัดความร้อนออกจากผลิตภัณฑ์
น้ำมันหม้อแปลง ที่ได้จากปิโตรเลียมโดยการกลั่น สมบัติทางไฟฟ้าของน้ำมันหม้อแปลงส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับคุณภาพของการทำให้น้ำมันบริสุทธิ์จากสิ่งสกปรก ปริมาณน้ำ และระดับของการกำจัดก๊าซ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของน้ำมัน 2.2 ความต้านทานไฟฟ้า 10 13 โอห์ม ม.
วัตถุประสงค์ของน้ำมันหม้อแปลงคือเพื่อเพิ่มความแข็งแรงทางไฟฟ้าของฉนวน ขจัดความร้อน ส่งเสริมการดับอาร์คในเบรกเกอร์วงจรน้ำมัน ปรับปรุงคุณภาพ ฉนวนไฟฟ้าในผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้า: ลิโน่, ตัวเก็บประจุแบบกระดาษ, สายเคเบิลหุ้มฉนวนกระดาษ, สายไฟ - โดยการเทและการทำให้ชุ่ม
น้ำมันหม้อแปลงมีอายุระหว่างการทำงานซึ่งทำให้คุณภาพลดลง การเสื่อมสภาพของน้ำมันได้รับการส่งเสริมโดย: น้ำมันที่สัมผัสกับอากาศ อุณหภูมิสูง การสัมผัสกับโลหะ (ลูกบาศ์ก, รบี, เฟ) การสัมผัสกับแสง เพื่อเพิ่มอายุการใช้งาน น้ำมันจะถูกสร้างใหม่โดยการทำความสะอาดและกำจัดผลิตภัณฑ์ที่มีอายุมากขึ้น และเพิ่มสารยับยั้ง
เคเบิลและ ตัวเก็บประจุน้ำมันแตกต่างจากน้ำมันหม้อแปลงในด้านคุณภาพการทำให้บริสุทธิ์ที่สูงกว่า
ไดอิเล็กทริกของเหลวสังเคราะห์
ไดอิเล็กทริกเหลวสังเคราะห์มีคุณสมบัติบางอย่างที่เหนือกว่าน้ำมันฉนวนไฟฟ้าที่ใช้ปิโตรเลียม
คลอรีนไฮโดรคาร์บอน
โซโวล – เพนตะคลอโรบีฟีนิลค 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 ได้จากคลอรีนของไบฟีนิลค 12 ชม. 10
ค 6 H 5 – C 6 H 5 + 5 Cl 2 → C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 + 5 HCl
โซโวลใช้สำหรับการทำให้ชุ่มและเติมตัวเก็บประจุ มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำมันปิโตรเลียม ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของ Sovol 5.0, ความต้านทานไฟฟ้า 10 11 ¸ 10 12 โอห์ม m. Sovol ใช้สำหรับเคลือบความแข็งแรงของกระดาษและ ตัวเก็บประจุวิทยุด้วยความจุจำเพาะที่เพิ่มขึ้นและแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่ำ
ซอฟตอล – มีส่วนผสมของนกฮูกด้วย ไตรคลอโรเบนซีน- ใช้หุ้มฉนวนหม้อแปลงกันระเบิด
ของเหลวออร์กาโนซิลิคอน
ที่แพร่หลายมากที่สุดคือ โพลีไดเมทิลไซล็อกเซน, โพลีไดเอทิลไซล็อกเซน, พอลิเมทิลฟีนิลไซลอกเซนของเหลว
ของเหลวโพลีไซลอกเซน – โพลีเมอร์ออร์กาโนซิลิคอนเหลว ( โพลีออร์กาโนซิลอกเซน) มีคุณสมบัติอันทรงคุณค่า เช่น สูง ทนความร้อน, ความเฉื่อยของสารเคมี, ดูดความชื้นต่ำ, จุดไหลต่ำ, คุณลักษณะทางไฟฟ้าสูงในช่วงความถี่และอุณหภูมิที่หลากหลาย
โพลีออร์กาโนซิลอกเซนเหลวเป็นสารประกอบโพลีเมอร์ที่มีการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันในระดับต่ำ โดยโมเลกุลประกอบด้วยกลุ่มอะตอมของไซล็อกเซน
,
โดยที่อะตอมของซิลิคอนถูกพันธะกับอนุมูลอินทรีย์ R: เมทิล CH 3, เอทิล C 2 H 5, ฟีนิล C 6 H 5 - โมเลกุลของของเหลวโพลีออร์กาโนซิลอกเซนสามารถมีโครงสร้างเชิงเส้น แตกกิ่งเชิงเส้นและเป็นวงจร
ของเหลว พอลิเมทิลไซล็อกเซน ที่ได้จากการไฮโดรไลซิส ไดเมทิลไดคลอโรไซเลน ผสมกับ ไตรเมทิลคลอโรซิเลน .
ของเหลวที่ได้จะไม่มีสี ละลายได้ในอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ไดคลอโรอีเทน และตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง และไม่ละลายในแอลกอฮอล์และอะซิโตน โพลีเมทิลไซลอกเซนเป็นสารเฉื่อยทางเคมี ไม่มีผลรุนแรงต่อโลหะ และไม่ทำปฏิกิริยากับไดอิเล็กทริกและยางอินทรีย์ส่วนใหญ่ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก 2.0¸ 2.8 ความต้านทานไฟฟ้า 10 12 โอห์ม ม,กำลังไฟฟ้า 12¸ 20 MV/ม
สูตร โพลีไดเมทิลไซล็อกเซนกดูเหมือนว่า
– ศรี(CH 3 ) 3 – โอ – [ ศรี(CH 3 ) 2 – โอ ] ไม่มี –ศรี(CH 3 ) = อ
โพลีเมอร์ออร์กาโนซิลิคอนเหลวถูกใช้เป็น:
โพลีไดเอทิลไซลอกเซน – ที่ได้จากการไฮโดรไลซิส ไดเอทิลไดคลอโรไซเลน และ ไตรเอทิลคลอโรซิเลน - มีช่วงจุดเดือดที่กว้าง โครงสร้างแสดงโดยสูตร:
คุณสมบัติขึ้นอยู่กับจุดเดือด คุณสมบัติทางไฟฟ้าเหมือนกับคุณสมบัติเหล่านั้น โพลีไดเมทิลไซล็อกเซน.
ของเหลว พอลิเมทิลฟีนิลไซลอกเซน มีโครงสร้างแสดงตามสูตร
ได้มาจากไฮโดรไลซิส ฟีนิลเมทิลไดคลอโรซิเลนเป็นต้น น้ำมันหนืด หลังจากประมวลผลแล้วNaOHความหนืดเพิ่มขึ้น 3 เท่า ทนความร้อนได้ 1,000 ชั่วโมง สูงถึง 250 °C คุณสมบัติทางไฟฟ้าเหมือนกับคุณสมบัติเหล่านั้น โพลีไดเมทิลไซล็อกเซน.
ที่ γ – การฉายรังสี ความหนืดของของเหลวออร์กาโนซิลิกอนเพิ่มขึ้นอย่างมาก และลักษณะไดอิเล็กตริกลดลงอย่างรวดเร็ว เมื่อได้รับรังสีปริมาณมาก ของเหลวจะกลายเป็นของเหลว ยางมวลแล้วกลายเป็นร่างที่แข็งเปราะ
ของเหลวออร์กาโนฟลูออรีน
ของเหลวออร์กาโนฟลูออรีน – ตั้งแต่ 8 F 16 – ไม่ติดไฟและป้องกันการระเบิด ทนความร้อนสูง(200 °C) มีความสามารถในการดูดความชื้นต่ำ คู่ของพวกเขามีกำลังไฟฟ้าสูง ของเหลวมีความหนืดต่ำและระเหยได้ มีการกระจายความร้อนได้ดีกว่าน้ำมันปิโตรเลียมและของเหลวซิลิโคน–) n,
เป็นโพลีเมอร์ที่ไม่มีขั้วซึ่งมีโครงสร้างเชิงเส้น ได้มาจากการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของก๊าซเอทิลีนค 2 ชั่วโมง 4 ที่แรงดันสูง (สูงถึง 300 MPa) หรือที่ความดันต่ำ (สูงถึง 0.6 MPa) น้ำหนักโมเลกุลของโพลีเอทิลีนแรงดันสูงคือ 18,000 – 40,000 เอทิลีนความหนาแน่นต่ำคือ 60,000 – 800000
โมเลกุลโพลีเอทิลีนมีความสามารถในการสร้างพื้นที่ของวัสดุโดยมีการจัดเรียงโซ่ (ผลึก) ตามลำดับ ดังนั้นโพลีเอทิลีนจึงประกอบด้วยสองเฟส (ผลึกและอสัณฐาน) อัตราส่วนที่กำหนดคุณสมบัติทางกลและทางความร้อน อสัณฐานให้คุณสมบัติยืดหยุ่นของวัสดุ และผลึกให้ความแข็งแกร่ง เฟสอสัณฐานมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วอยู่ที่ +80 °C เฟสผลึกมีค่าสูงกว่า ทนความร้อน.
มวลรวมของโมเลกุลโพลีเอทิลีนเฟสผลึกคือสเฟรูไลต์ที่มีโครงสร้างออร์โธฮอมบิก เนื้อหาของเฟสผลึก (สูงถึง 90%) ในโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำจะสูงกว่าโพลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (สูงถึง 60%) เนื่องจากมีความเป็นผลึกสูง โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำจึงมีจุดหลอมเหลวสูงกว่า (120 -125 ° C) และมีความต้านทานแรงดึงสูงกว่า โครงสร้างของโพลีเอทิลีนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโหมดการทำความเย็น ด้วยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว spherulites ขนาดเล็กจึงเกิดขึ้นโดยมีการระบายความร้อนช้า - ขนาดใหญ่ โพลีเอทิลีนที่ระบายความร้อนอย่างรวดเร็วมีความยืดหยุ่นมากกว่าและแข็งน้อยกว่า
คุณสมบัติของโพลีเอทิลีนขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุล ความบริสุทธิ์ และสิ่งสกปรกจากต่างประเทศ สมบัติทางกลขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน โพลีเอทิลีนมีความทนทานต่อสารเคมีสูง ในฐานะที่เป็นวัสดุฉนวนไฟฟ้า จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคเบิลและในการผลิตสายไฟหุ้มฉนวน
ปัจจุบันมีการผลิตผลิตภัณฑ์โพลีเอทิลีนและโพลีเอทิลีนประเภทต่อไปนี้:
1. เอทิลีนความดันต่ำและสูง - (n.d.) และ (v.d.);
2. เอทิลีนความหนาแน่นต่ำสำหรับอุตสาหกรรมเคเบิล
3. เอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่มีความดันสูงหรือปานกลาง
4. เอทิลีนที่มีรูพรุน
5. พลาสติกท่อโพลีเอทิลีนชนิดพิเศษ
6. เอทิลีนสำหรับการผลิตสายเคเบิล HF
7. เอทิลีนนำไฟฟ้าสำหรับอุตสาหกรรมเคเบิล
8. เอทิลีนที่เต็มไปด้วยเขม่า
9. เอทิลีนคลอโรซัลโฟเนต;
10. ฟิล์มโพลีเอทิลีน
ฟลูออโรพลาสติก
โพลีเมอร์ฟลูออโรคาร์บอนมีหลายประเภท ซึ่งอาจเป็นแบบมีขั้วหรือไม่มีขั้วก็ได้
ให้เราพิจารณาคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของก๊าซเตตระฟลูออโรเอทิลีน
(ฉ 2 ค = CF 2)
ฟลูออโรพลาสติก – 4(polytetrafluoroethylene) – ผงสีขาวนวล โครงสร้างของโมเลกุลมีลักษณะดังนี้
โมเลกุลของ PTFE มีโครงสร้างสมมาตร ดังนั้นฟลูออโรเรซิ่นจึงเป็นไดอิเล็กตริกที่ไม่มีขั้ว
ความสมมาตรของโมเลกุลและความบริสุทธิ์สูงทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าในระดับสูง พลังงานพันธะที่มากขึ้นระหว่างซี และ เอฟ ให้ความต้านทานต่อความเย็นสูงและ ทนความร้อน- ส่วนประกอบวิทยุที่ทำจากมันสามารถทำงานได้ตั้งแต่ -195 ۞ +250°C ไม่ติดไฟ ทนต่อสารเคมี ไม่ดูดความชื้น ไม่ชอบน้ำ และไม่ได้รับผลกระทบจากเชื้อรา ความต้านทานไฟฟ้าคือ 10 15 ¸ 10 18 โอห์ม ม, ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก 1.9¸ 2.2 ความแรงไฟฟ้า 20¸ 30 MV/ม
ส่วนประกอบวิทยุทำจากผงฟลูออโรพลาสติกโดยการกดเย็น ผลิตภัณฑ์อัดขึ้นรูปจะถูกเผาในเตาอบที่อุณหภูมิ 360 - 380°C ด้วยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว ผลิตภัณฑ์จึงได้รับการชุบแข็งด้วยความแข็งแรงเชิงกลสูง พร้อมความเย็นช้า-ไม่แข็งกระด้าง แปรรูปได้ง่ายกว่า แข็งน้อยกว่า และมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าในระดับสูง เมื่อชิ้นส่วนได้รับความร้อนถึง 370° ชิ้นส่วนจะเปลี่ยนจากสถานะผลึกเป็นสถานะอสัณฐานและกลายเป็นโปร่งใส การสลายตัวด้วยความร้อนของวัสดุเริ่มต้นที่ > 400° ในเวลาเดียวกันฟลูออรีนที่เป็นพิษเกิดขึ้น
ข้อเสียของฟลูออโรพลาสติกคือความลื่นไหลภายใต้ภาระทางกล มีความต้านทานต่อรังสีต่ำและต้องใช้แรงงานคนมากในการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ หนึ่งในไดอิเล็กทริกที่ดีที่สุดสำหรับเทคโนโลยี RF และไมโครเวฟ พวกเขาผลิตผลิตภัณฑ์วิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุในรูปแบบของแผ่น จาน วงแหวน และกระบอกสูบ สายเคเบิล HF หุ้มด้วยฟิล์มบางซึ่งถูกอัดแน่นระหว่างการหดตัว
ฟลูออโรเรซิ่นสามารถแก้ไขได้โดยใช้ตัวเติม เช่น ใยแก้ว โบรอนไนไตรด์ คาร์บอนแบล็ค ฯลฯ ซึ่งช่วยให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติใหม่และปรับปรุงคุณสมบัติที่มีอยู่
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกอาจมีการกระจายตัว
อิเล็กทริกจำนวนหนึ่งแสดงคุณสมบัติทางกายภาพที่น่าสนใจ
ลิงค์
- กองทุนเสมือนจริงของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและผลกระทบทางวิทยาศาสตร์-เทคนิค “ฟิสิกส์ประสิทธิผล”
มูลนิธิวิกิมีเดีย
2010.
ดูว่า "ไดอิเล็กทริก" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร: DIELECTRIC สารที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดี (ความต้านทานประมาณ 1,010 Ohm? m) มีไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ สนามไฟฟ้าภายนอกทำให้เกิดโพลาไรเซชันของอิเล็กทริก ในความยากลำบากบ้าง......
สารานุกรมสมัยใหม่อิเล็กทริก - DIELECTRIC สารที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดี (ความต้านทานจำเพาะประมาณ 1,010 โอห์มเอ็ม) มีไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ สนามไฟฟ้าภายนอกทำให้เกิดโพลาไรเซชันของอิเล็กทริก ในความยากลำบากบ้าง......
พจนานุกรมสารานุกรมภาพประกอบ สารที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดี (ความต้านทานไฟฟ้า 108 1,012 โอห์ม? ซม.) มีไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ สนามไฟฟ้าภายนอกทำให้เกิดโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก ในไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งบางชนิด......
พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่ - (ภาษาอังกฤษ อิเล็กทริก จากภาษากรีก dia ถึง ผ่าน และภาษาอังกฤษ ไฟฟ้า ไฟฟ้า) สารที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดี ปัจจุบัน. คำว่า ด. แนะนำโดยฟาราเดย์เพื่อกำหนดว่ากระแสไฟฟ้าทะลุผ่านอะไร สนาม. ดี. ยาฟ. ก๊าซทั้งหมด (ไม่แตกตัวเป็นไอออน) บางส่วน...
สารานุกรมกายภาพไดอิเล็คทริคส์ - ไดอิเล็กตริก สารที่ไม่เป็นตัวนำ หรือฉนวนของร่างกาย นำไฟฟ้าได้ไม่ดีหรือไม่นำไฟฟ้าเลย ร่างกายดังกล่าว เป็นต้น แก้ว ไมกา ซัลเฟอร์ พาราฟิน เอโบไนต์ เครื่องลายคราม ฯลฯ เป็นเวลานานเมื่อศึกษาเรื่องไฟฟ้า... ...
สารานุกรมการแพทย์ที่ยิ่งใหญ่
- (ฉนวน) สารที่ไม่นำกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างของไดอิเล็กทริก: ไมกา, อำพัน, ยาง, กำมะถัน, แก้ว, เครื่องลายคราม, น้ำมันประเภทต่างๆ ฯลฯ พจนานุกรม Samoilov K.I. ม.ล.: สำนักพิมพ์กองทัพเรือแห่งสหภาพ NKVMF ... พจนานุกรมทางทะเล ชื่อที่ไมเคิล ฟาราเดย์ตั้งให้กับวัตถุที่ไม่นำไฟฟ้าหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือนำไฟฟ้าได้ไม่ดี เช่น อากาศ แก้ว เรซินต่างๆ กำมะถัน ฯลฯ วัสดุดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าฉนวน ก่อนการวิจัยของฟาราเดย์ในช่วงทศวรรษปี 1930... ...
สารานุกรมกายภาพสารานุกรมของ Brockhaus และ Efron - สารที่ในทางปฏิบัติไม่นำกระแสไฟฟ้า เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ในสนามไฟฟ้าภายนอก D. มีขั้ว ใช้สำหรับป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้า ในตัวเก็บประจุไฟฟ้า ในควอนตัม... ...
สารที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ดี คำว่า ด. (จากภาษากรีก diá ถึง และภาษาอังกฤษ electric electric) ได้รับการแนะนำโดย M. Faraday (ดูฟาราเดย์) เพื่อกำหนดสารที่สนามไฟฟ้าทะลุผ่านได้ ในสารใดๆ ก็ตาม...... สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต
สารที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดี (ค่าการนำไฟฟ้า 10 8 10 17 โอห์ม 1 ซม. 1) มีไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ สนามไฟฟ้าภายนอกทำให้เกิดการโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก ในความยากลำบากบ้าง...... พจนานุกรมสารานุกรม
หนังสือ
- ไดอิเล็กทริกและคลื่น, เอ.อาร์. ฮิปเปล ผู้เขียนเอกสารนำเสนอต่อผู้อ่านซึ่งเป็นนักวิจัยที่มีชื่อเสียงในสาขาไดอิเล็กทริกนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน A. Hippel ปรากฏซ้ำหลายครั้งในวารสารและใน...
- ผลของการแผ่รังสีเลเซอร์ต่อวัสดุโพลีเมอร์ พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์และปัญหาประยุกต์ ใน 2 เล่ม. เล่มที่ 1 วัสดุโพลีเมอร์ รากฐานทางวิทยาศาสตร์ของการกระทำของเลเซอร์บนพอลิเมอร์ไดอิเล็กทริก, B. A. Vinogradov, K. E. Perepelkin, G. P. Meshcheryakova หนังสือเล่มนี้ประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างและคุณสมบัติทางความร้อนและทางแสงพื้นฐานของวัสดุโพลีเมอร์ กลไกการออกฤทธิ์ของรังสีเลเซอร์ที่มีต่อวัสดุเหล่านั้นในรูปแบบอินฟราเรด ที่มองเห็นได้...
วัสดุฉนวนไฟฟ้าเป็นวัสดุอิเล็กทริกที่ออกแบบมาสำหรับฉนวนไฟฟ้า ค่าความต้านทานไฟฟ้าอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10 6 โอห์ม ∙m ถึง 10 17 โอห์ม ∙ m ซึ่งสูงกว่านี้สำหรับก๊าซที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน
วัสดุฉนวนไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับสถานะการรวมตัว แบ่งออกเป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ตามองค์ประกอบทางเคมี - อินทรีย์ (โพลีเอทิลีน, โพลีสไตรีน ฯลฯ ) และอนินทรีย์ (ไมกา, หินอ่อน ฯลฯ )
ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่ใช้คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของไดอิเล็กทริกจะแสดงออกมานั่นคือความสามารถในการโพลาไรซ์ โพลาไรซ์เป็นกระบวนการของการกระจัดหรือการวางแนวที่จำกัดของอนุภาคไดอิเล็กทริกซึ่งมีประจุไฟฟ้า และอิเล็กทริกได้รับโมเมนต์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ตามคุณสมบัตินี้ อิเล็กทริกจะถูกแบ่งออกเป็น "ขั้ว" ซึ่งโมเลกุลมีโมเมนต์ไฟฟ้าคงที่ไม่เป็นศูนย์ และ "ไม่มีขั้ว" ซึ่งโมเลกุลจะได้รับโมเมนต์ไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้าภายนอกเท่านั้น
คุณสมบัติพื้นฐานของไดอิเล็กทริก:
- ปริมาตรจำเพาะและความต้านทานพื้นผิว (การนำไฟฟ้า)
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานไฟฟ้า TKρ กำหนดการเปลี่ยนแปลงในความต้านทานของวัสดุที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 0 C -1:
ТКρ=(1/ ρ 2)(dρ / dt ),
โดยที่ ρ2 คือความต้านทานที่อุณหภูมิเสื้อ 2; ดอาร์ – การเปลี่ยนแปลงความต้านทาน dt – การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตั้งแต่เริ่มต้นถึงเสื้อ 2.
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของอิเล็กทริก ε มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์ εร , ε สัมบูรณ์ และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของสุญญากาศ ε0 (ค่าคงที่ทางไฟฟ้าจ 0= 8,85 × 10 -12 ฟุต/เมตร) - พวกเขาเชื่อมโยงกันด้วยความสัมพันธ์:
ε=ε r ∙ε0 หรือ ε r =ε/ε0
ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์แสดงจำนวนครั้งที่ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางมากกว่าค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของสุญญากาศ
ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของไดอิเล็กทริกที่เป็นก๊าซอยู่ที่ประมาณ 1 สำหรับไดอิเล็กทริกที่ไม่ใช่ของเหลวและของแข็งมักจะเป็น 2-2.5 สำหรับไดอิเล็กทริกแบบขั้วมักจะอยู่ในช่วง 3-8 แต่สามารถเข้าถึงได้หลายสิบและหลายร้อย
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของค่าคงที่ไดอิเล็กทริกทีเคอาร์ – ช่วยให้คุณสามารถประเมินการเปลี่ยนแปลงได้ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกพร้อมการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ:
ТКε r =(1/ ε r )(d ε r / dt ).
การสูญเสียอิเล็กทริกคือพลังงานที่กระจายไปในอิเล็กทริกเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ การสูญเสียอิเล็กทริกอาจเกิดจากทั้งกระแสการนำ (การสูญเสียการนำไฟฟ้า) และความล่าช้าของโพลาไรเซชันเมื่อสนามเปลี่ยนแปลง (การผ่อนคลาย การโยกย้าย และการสูญเสียเสียงสะท้อน) นอกจากนี้ในสนามไฟฟ้าแรงสูงเมื่อมีการรวมอากาศในอิเล็กทริกจะสังเกตการสูญเสียพลังงานเพิ่มเติม (การสูญเสียไอออไนซ์) การสูญเสียอิเล็กทริกขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ U, V, ความถี่ f, Hz, ความจุ C , Ф และการสูญเสียอิเล็กทริกแทนเจนต์ tgδ, ว:
P = U 2∙ C ∙2 πf ∙ tgδ .
แทนเจนต์การสูญเสียอิเล็กทริกทีจีδ กำหนดพลังงานที่กระจายไปในอิเล็กทริกภายใต้สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ งานทีจีδ โดยค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์เรียกว่าปัจจัยการสูญเสีย:
อี" = จ r ∙ สีแทน δ .
ความเป็นฉนวนอี pr - ความแรงของสนามไฟฟ้าเมื่อถึงจุดที่เกิดการสลายตัวที่จุดใด ๆ ของอิเล็กทริก:
E pr= คุณ pr/ ชั่วโมง
คุณอยู่ที่ไหน pr - แรงดันพังทลาย, ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ใช้กับอิเล็กทริกในขณะที่พังทลาย,ชม. – ความหนาอิเล็กทริก มิติความแรงไฟฟ้า – V/m
ทนความร้อน GOST 21515-76 กำหนดความต้านทานความร้อนเป็นความสามารถของอิเล็กทริกในการทนต่ออุณหภูมิสูงเป็นเวลานานเป็นเวลานานเทียบได้กับอายุการใช้งานโดยไม่มีการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติที่ยอมรับไม่ได้
ตามความต้านทานความร้อนไดอิเล็กทริกแบ่งออกเป็น 7 คลาส ดัชนีอุณหภูมิและระดับการทนความร้อนแสดงไว้ในตาราง 1.
ตารางที่ 1. ระดับความต้านทานความร้อนของวัสดุฉนวนไฟฟ้า
TIK ระดับทนความร้อน อุณหภูมิ 0 C
90 ปี 90
105A105
120E120
130B130
155F155
180H180
180C มากกว่า 180
อุณหภูมิที่ระบุอนุญาตสูงสุดสำหรับการใช้งานในระยะยาว
ความต้านทานไฟฟ้าเชิงปริมาตรจำเพาะ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์ แทนเจนต์การสูญเสียอิเล็กทริก ความแข็งแรงทางไฟฟ้าของวัสดุฉนวนไฟฟ้าหลักแสดงไว้ในตาราง 1 2.
ตารางที่ 2. คุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุฉนวนไฟฟ้าขั้นพื้นฐาน (ที่ 20 0 C)
ชื่อρ โอห์ม ∙mε r tgδ E pr, kV/mm
ที่ 50 เฮิรตซ์ ที่ 50 เฮิรตซ์
โพลีสไตรีน 10 13 - 10 15 2.4-2.7(2-4)∙10 -4 25-30
โพลีเอทิลีน 10 13 - 10 15 2.3(2-3)∙10 -4 40-42
ความหนาแน่นต่ำ
โพลีเอทิลีน 10 13 - 10 15 2.45∙10 -4 40-42
ความหนาแน่นสูง
โพลิโพรพิลีน10 13 - 10 15 2.1(2-3)∙10 -4 30-35
โพลี-10 12 - 10 13 3.7(3-5)∙10 -4 24
ฟอร์มาลดีไฮด์
โพลียูรีเทน 10 12 - 10 13 4.612∙10 -3 20-25
โพลีเมทิล-10 10 - 10 12 3.66∙10 -2 15-18
เมทาคริเลต
พีวีซี10 10 - 10 12 4.7(3-8)∙10 -2 15-20
PET10 12 - 10 13 3.5(2-6)∙10 -4 30
(ลาฟซาน)
ฟลูออโรพลาสติก-410 16 - 10 18 2.0(1-3)∙10 -4 27-40
การกำหนด: ρ - ความต้านทานไฟฟ้าเชิงปริมาตรเฉพาะ, εร - ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์ทีจีδ - แทนเจนต์การสูญเสียอิเล็กทริกอี pr - ความแรงทางไฟฟ้า
ไดอิเล็กทริกเป็นสารที่ไม่นำไฟฟ้าหรือนำไฟฟ้าได้ไม่ดี ตัวพาประจุในอิเล็กทริกมีความหนาแน่นไม่เกิน 108 ชิ้นต่อลูกบาศก์เซนติเมตร คุณสมบัติหลักอย่างหนึ่งของวัสดุดังกล่าวคือความสามารถในการโพลาไรซ์ในสนามไฟฟ้า
พารามิเตอร์ที่กำหนดลักษณะไดอิเล็กทริกเรียกว่าค่าคงที่ไดอิเล็กทริกซึ่งสามารถมีการกระจายตัวได้ ไดอิเล็กทริกประกอบด้วยน้ำบริสุทธิ์ทางเคมี อากาศ พลาสติก เรซิน แก้ว และก๊าซต่างๆ
คุณสมบัติของไดอิเล็กทริก
หากสารต่างๆ มีตราประจำตระกูลของตัวเอง แขนเสื้อของเกลือ Rochelle ก็จะถูกตกแต่งด้วยเถาองุ่น ห่วงฮิสเทรีซีส และสัญลักษณ์ของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่หลายแขนงอย่างแน่นอน
สายเลือดของเกลือ Rochelle มีอายุย้อนไปถึงปี 1672 เมื่อเภสัชกรชาวฝรั่งเศส Pierre Segnet ได้รับผลึกไม่มีสีจากองุ่นเป็นครั้งแรกและใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษาโรค
ในเวลานั้นยังเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการว่าคริสตัลเหล่านี้มีคุณสมบัติที่น่าทึ่ง คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เรามีสิทธิ์ในการแยกแยะกลุ่มพิเศษจากอิเล็กทริกจำนวนมาก:
- เพียโซอิเล็กทริก
- ไพโรอิเล็กทริก
- เฟอร์โรอิเล็กทริกส์
ตั้งแต่สมัยฟาราเดย์ เป็นที่ทราบกันว่าวัสดุอิเล็กทริกมีขั้วในสนามไฟฟ้าภายนอก ในกรณีนี้ เซลล์ประถมศึกษาแต่ละเซลล์จะมีโมเมนต์ไฟฟ้าคล้ายกับไดโพลไฟฟ้า และโมเมนต์ไดโพลรวมต่อปริมาตรหน่วยจะกำหนดเวกเตอร์โพลาไรเซชัน
ในไดอิเล็กตริกทั่วไป โพลาไรเซชันอย่างชัดเจนและเป็นเส้นตรงขึ้นอยู่กับขนาดของสนามไฟฟ้าภายนอก ดังนั้นความไวต่ออิเล็กทริกของอิเล็กทริกเกือบทั้งหมดจึงคงที่
P/E=X=ค่าคงที่
โครงผลึกของไดอิเล็กทริกส่วนใหญ่ประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบ ในบรรดาสารที่เป็นผลึกนั้น ผลึกที่มีลูกบาศก์ตาข่ายมีความสมมาตรสูงสุด ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก คริสตัลจะถูกโพลาไรซ์และความสมมาตรลดลง เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกหายไป คริสตัลจะคืนความสมมาตรอีกครั้ง
ในผลึกบางชนิด โพลาไรเซชันทางไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้เองหากไม่มีสนามภายนอก นี่คือลักษณะของผลึกแกโดลิเนียมโมลิบดีเนตในแสงโพลาไรซ์ โดยทั่วไปแล้ว โพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองจะไม่สม่ำเสมอ คริสตัลถูกแบ่งออกเป็นโดเมน - พื้นที่ที่มีโพลาไรเซชันสม่ำเสมอ การพัฒนาโครงสร้างหลายโดเมนช่วยลดโพลาไรเซชันทั้งหมด
ไพโรอิเล็กทริก
ในไพโรอิเล็กทริก หน้าจอโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองพร้อมประจุฟรีที่หักล้างประจุออก การทำความร้อนแบบไพโรอิเล็กทริกจะเปลี่ยนโพลาไรเซชันของมัน ที่อุณหภูมิหลอมละลาย คุณสมบัติของไพโรอิเล็กทริกจะหายไปอย่างสมบูรณ์
ไพโรอิเล็กทริกบางชนิดจัดเป็นเฟอร์โรอิเล็กทริก ทิศทางโพลาไรเซชันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยสนามไฟฟ้าภายนอก
มีความสัมพันธ์ฮิสเทรีซิสระหว่างการวางแนวโพลาไรเซชันของเฟอร์โรอิเล็กทริกและขนาดของสนามภายนอก
ในสนามที่อ่อนแอเพียงพอ โพลาไรเซชันจะขึ้นอยู่กับความแรงของสนามเป็นเส้นตรง ด้วยการเพิ่มขึ้นอีก โดเมนทั้งหมดจะหันไปในทิศทางของฟิลด์และผ่านเข้าสู่โหมดความอิ่มตัว เมื่อสนามลดลงจนเหลือศูนย์ คริสตัลจะยังคงมีโพลาไรซ์อยู่ ส่วน CO เรียกว่าโพลาไรซ์ที่เหลือ
สนามที่ทิศทางของโพลาไรเซชันเปลี่ยนแปลง ส่วน DO เรียกว่าแรงบีบบังคับ
ในที่สุด คริสตัลจะกลับทิศทางของโพลาไรเซชันโดยสิ้นเชิง เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงครั้งต่อไปในสนาม เส้นโค้งโพลาไรเซชันจะปิดลง
อย่างไรก็ตาม สถานะเฟอร์โรอิเล็กทริกของคริสตัลมีอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกลือโรแชลมีจุดกูรีสองจุด: -18 และ +24 องศา ซึ่งเกิดการเปลี่ยนเฟสในลำดับที่สอง
กลุ่มเฟอร์โรอิเล็กทริก
ทฤษฎีด้วยกล้องจุลทรรศน์ของการเปลี่ยนเฟสแบ่งเฟอร์โรอิเล็กทริกออกเป็นสองกลุ่ม
กลุ่มแรก
แบเรียมไททาเนตอยู่ในกลุ่มแรกและตามที่เรียกกันว่ากลุ่มเฟอร์โรอิเล็กทริกชนิดไบแอส ในสถานะไม่มีขั้ว แบเรียมไททาเนตมีความสมมาตรแบบลูกบาศก์
ในระหว่างการเปลี่ยนเฟสเป็นสถานะขั้วโลก โครงย่อยของไอออนิกจะถูกแทนที่ และความสมมาตรของโครงสร้างผลึกจะลดลง
กลุ่มที่สอง
กลุ่มที่สองประกอบด้วยผลึกประเภทโซเดียมไนเตรต ซึ่งเฟสที่ไม่มีขั้วมีองค์ประกอบโครงสร้างย่อยที่ไม่เป็นระเบียบ ในที่นี้การเปลี่ยนเฟสเป็นสถานะขั้วโลกสัมพันธ์กับการเรียงลำดับโครงสร้างผลึก
ยิ่งไปกว่านั้น ในผลึกที่ต่างกัน อาจมีตำแหน่งสมดุลที่เป็นไปได้ตั้งแต่สองตำแหน่งขึ้นไป มีคริสตัลหลายแบบที่โซ่ไดโพลมีทิศทางตรงกันข้าม โมเมนต์ไดโพลรวมของผลึกดังกล่าวเป็นศูนย์ ผลึกดังกล่าวเรียกว่าแอนติเฟอโรอิเล็กทริก
ในนั้นการพึ่งพาโพลาไรเซชันจะเป็นเส้นตรงจนถึงค่าฟิลด์วิกฤต
ความแรงของสนามไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอีกจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนไปใช้เฟสเฟอร์โรอิเล็กทริก
กลุ่มที่สาม
มีคริสตัลอีกกลุ่มหนึ่ง - เฟอร์โรอิเล็กทริก
การวางแนวของโมเมนต์ไดโพลของพวกมันคือในทิศทางหนึ่งพวกมันมีคุณสมบัติของแอนติเฟอโรอิเล็กทริก และอีกทิศทางหนึ่งพวกมันมีคุณสมบัติของเฟอร์โรอิเล็กทริก การเปลี่ยนเฟสในเฟอร์โรอิเล็กทริกมีสองประเภท
ที่ การเปลี่ยนเฟสลำดับที่สอง ที่จุดกูรี โพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองจะลดลงเหลือศูนย์อย่างราบรื่น และความไวต่ออิเล็กทริกซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วถึงค่ามหาศาล
ในระหว่างการเปลี่ยนเฟสลำดับที่หนึ่ง โพลาไรซ์จะหายไปอย่างกะทันหัน ความไวต่อไฟฟ้าก็เปลี่ยนแปลงกะทันหันเช่นกัน
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกขนาดใหญ่และโพลาไรเซชันทางไฟฟ้าของเฟอร์โรอิเล็กทริกทำให้เฟอร์โรอิเล็กทริกเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับเทคโนโลยีสมัยใหม่ ตัวอย่างเช่น คุณสมบัติไม่เชิงเส้นของเซรามิกเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบโปร่งใสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายอยู่แล้ว ยิ่งแสงสว่างมากเท่าไร แก้วพิเศษก็จะยิ่งดูดซับมากขึ้นเท่านั้น
ซึ่งมีประสิทธิภาพในการปกป้องการมองเห็นของพนักงานในอุตสาหกรรมบางประเภทที่เกี่ยวข้องกับแสงวาบฉับพลันและรุนแรง ผลึกเฟอร์โรอิเล็กทริกที่มีเอฟเฟกต์แสงไฟฟ้าใช้ในการส่งข้อมูลโดยใช้ลำแสงเลเซอร์ ภายในระยะการมองเห็น ลำแสงเลเซอร์จะถูกจำลองในคริสตัล จากนั้นลำแสงจะเข้าสู่บริเวณรับอุปกรณ์ที่ซับซ้อน ซึ่งข้อมูลจะถูกแยกและทำซ้ำ
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก
ในปี 1880 พี่น้องตระกูล Curie ค้นพบว่าในระหว่างการเปลี่ยนรูปของเกลือ Rochelle ประจุโพลาไรเซชันปรากฏบนพื้นผิว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกโดยตรง
หากคริสตัลสัมผัสกับสนามไฟฟ้าภายนอก คริสตัลจะเริ่มเปลี่ยนรูป กล่าวคือ เกิดเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ
อย่างไรก็ตาม ไม่พบการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในผลึกที่มีจุดศูนย์กลางสมมาตร เช่น ในลีดซัลไฟด์
หากคริสตัลดังกล่าวสัมผัสกับสนามไฟฟ้าภายนอก โครงย่อยของไอออนลบและไอออนบวกจะเปลี่ยนไปในทิศทางตรงกันข้าม สิ่งนี้นำไปสู่การโพลาไรเซชันของคริสตัล
ในกรณีนี้ เราสังเกตการเกิดกระแสไฟฟ้าซึ่งการเปลี่ยนรูปจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของสนามไฟฟ้า ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจึงถูกจัดประเภทเป็นผลคู่
∆X1=∆X2
หากผลึกดังกล่าวถูกยืดหรือบีบอัด โมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพลที่เป็นบวกจะมีขนาดเท่ากับโมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพลที่เป็นลบ นั่นคือโพลาไรเซชันของอิเล็กทริกจะไม่เปลี่ยนแปลงและเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกจะไม่เกิดขึ้น
ในผลึกที่มีความสมมาตรต่ำ ในระหว่างการเปลี่ยนรูป แรงเพิ่มเติมของเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผันจะปรากฏขึ้น เพื่อต่อต้านอิทธิพลภายนอก
ดังนั้น ในผลึกที่ไม่มีจุดศูนย์กลางสมมาตรในการกระจายประจุ ขนาดและทิศทางของเวกเตอร์การกระจัดจะขึ้นอยู่กับขนาดและทิศทางของสนามภายนอก
ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่จะดำเนินการเปลี่ยนรูปเพียโซคริสตัลประเภทต่างๆ ด้วยการติดแผ่นเพียโซอิเล็กทริกคุณจะได้องค์ประกอบที่ทำงานในการบีบอัด
ในการออกแบบนี้ แผ่นเพียโซอิเล็กทริกจะโค้งงอ
ไพโซเซรามิกส์
หากใช้สนามไฟฟ้ากระแสสลับกับองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกดังกล่าว การสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นจะตื่นเต้นและเกิดคลื่นเสียงขึ้น Piezoceramics ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ piezoelectric มันแสดงถึงโพลีคริสตัลของสารประกอบเฟอร์โรอิเล็กทริกหรือสารละลายที่เป็นของแข็ง สามารถควบคุมพารามิเตอร์เพียโซอิเล็กทริกได้โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของส่วนประกอบและรูปทรงเรขาคณิตของเซรามิก
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบตรงและแบบผกผันถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท ส่วนประกอบหลายอย่างของอุปกรณ์ไฟฟ้าอะคูสติก วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ และอุปกรณ์ตรวจวัด: ท่อนำคลื่น เครื่องสะท้อนเสียง ตัวคูณความถี่ วงจรขนาดเล็ก ตัวกรองทำงานโดยใช้คุณสมบัติของเพียโซเซรามิก
มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริก
องค์ประกอบที่ใช้งานของมอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกคือองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก
ในช่วงระยะเวลาหนึ่งของการสั่นของแหล่งกำเนิดสนามไฟฟ้ากระแสสลับ มันจะยืดตัวและมีปฏิกิริยากับโรเตอร์ และในอีกช่วงหนึ่งจะกลับสู่ตำแหน่งเดิม
คุณลักษณะทางไฟฟ้าและทางกลที่ยอดเยี่ยมช่วยให้มอเตอร์เพียโซสามารถแข่งขันกับเครื่องไมโครไฟฟ้าแบบเดิมได้สำเร็จ
หม้อแปลงไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริก
หลักการทำงานยังขึ้นอยู่กับการใช้คุณสมบัติของเพียโซเซรามิกด้วย ภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะเกิดเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับในตัวกระตุ้น
คลื่นการเปลี่ยนรูปจะถูกส่งไปยังส่วนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งเนื่องจากผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงทำให้โพลาไรเซชันของการเปลี่ยนแปลงอิเล็กทริกซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟขาออก
เนื่องจากอินพุทและเอาท์พุทในเพียโซทรานส์ฟอร์มเมอร์ถูกแยกออกจากกันทางไฟฟ้า การทำงานของการแปลงสัญญาณอินพุทเป็นแรงดันและกระแส ซึ่งจับคู่กับโหลดอินพุทและเอาท์พุท จึงดีกว่าหม้อแปลงทั่วไป
การวิจัยเกี่ยวกับปรากฏการณ์ต่างๆ ของเฟอร์โรอิเล็กทริกและเพียโซอิเล็กทริกยังคงดำเนินต่อไป ไม่ต้องสงสัยเลยว่าในอนาคตจะมีอุปกรณ์ที่สร้างผลกระทบทางกายภาพใหม่ๆ ที่น่าประหลาดใจในของแข็ง
การจำแนกประเภทของไดอิเล็กทริก
ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ มีคุณสมบัติเป็นฉนวนแตกต่างกันออกไป ซึ่งกำหนดขอบเขตการใช้งาน แผนภาพด้านล่างแสดงโครงสร้างการจำแนกประเภทของไดอิเล็กทริก
ไดอิเล็กทริกที่ประกอบด้วยองค์ประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์ได้รับความนิยมในระบบเศรษฐกิจของประเทศ
วัสดุอนินทรีย์ - เป็นสารประกอบของคาร์บอนที่มีองค์ประกอบต่างๆ คาร์บอนมีความสามารถสูงในการสร้างสารประกอบทางเคมี
แร่อิเล็กทริก
อิเล็กทริกประเภทนี้ปรากฏขึ้นพร้อมกับการพัฒนาของอุตสาหกรรมไฟฟ้า เทคโนโลยีสำหรับการผลิตไดอิเล็กตริกแร่และประเภทของมันได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นวัสดุดังกล่าวจึงเข้ามาแทนที่ไดอิเล็กตริกเคมีและธรรมชาติแล้ว
วัสดุอิเล็กทริกแร่รวมถึง:
กระจก(ตัวเก็บประจุ, โคมไฟ) – วัสดุอสัณฐานประกอบด้วยระบบออกไซด์เชิงซ้อน: ซิลิคอน, แคลเซียม, อลูมิเนียม พวกเขาปรับปรุงคุณสมบัติอิเล็กทริกของวัสดุ
แก้วเคลือบฟัน– ใช้กับพื้นผิวโลหะ
ไฟเบอร์กลาส– ด้ายแก้วที่ใช้ผลิตผ้าไฟเบอร์กลาส
คู่มือแสง– ไฟเบอร์กลาสนำแสง มัดเส้นใย
ซิทอลส์– ผลึกซิลิเกต
เซรามิกส์– เครื่องลายคราม, สเตียไทต์
ไมกา– มิคาเล็กซ์, พลาสติกไมกา, ไมกาไนต์
แร่ใยหิน– แร่ธาตุที่มีโครงสร้างเป็นเส้นใย
ไดอิเล็กทริกต่างๆไม่สามารถแทนที่กันได้เสมอไป ขอบเขตการใช้งานขึ้นอยู่กับต้นทุน ความง่ายในการใช้งาน และคุณสมบัติ นอกเหนือจากคุณสมบัติการเป็นฉนวนแล้ว อิเล็กทริกยังต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความร้อนและทางกลอีกด้วย
ไดอิเล็กตริกเหลว
น้ำมันปิโตรเลียม
น้ำมันหม้อแปลง เทลงใน เป็นที่นิยมมากที่สุดในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า
น้ำมันเคเบิล ใช้ในการผลิต พวกเขาทำให้ฉนวนกระดาษของสายเคเบิลชุ่มขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มความแข็งแรงทางไฟฟ้าและกระจายความร้อน
ไดอิเล็กทริกของเหลวสังเคราะห์
ในการชุบตัวเก็บประจุ จำเป็นต้องใช้อิเล็กทริกของเหลวเพื่อเพิ่มความจุ สารดังกล่าวเป็นไดอิเล็กตริกเหลวบนพื้นฐานสังเคราะห์ซึ่งเหนือกว่าน้ำมันปิโตรเลียม
คลอรีนไฮโดรคาร์บอน เกิดจากไฮโดรคาร์บอนโดยการแทนที่โมเลกุลของอะตอมไฮโดรเจนด้วยอะตอมของคลอรีน ผลิตภัณฑ์โพลาร์ไบฟีนิลซึ่งมี C 12 H 10 -nC Ln เป็นที่นิยมอย่างมาก
ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือความต้านทานต่อการเผาไหม้ ข้อเสียประการหนึ่งคือความเป็นพิษ คลอรีนไบฟีนิลมีความหนืดสูง จึงต้องเจือจางด้วยไฮโดรคาร์บอนที่มีความหนืดน้อยกว่า
ของเหลวออร์กาโนซิลิคอน มีการดูดความชื้นต่ำและทนต่ออุณหภูมิสูง ความหนืดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิน้อยมาก ของเหลวดังกล่าวมีราคาแพง
ของเหลวออร์กาโนฟลูออรีนมีคุณสมบัติคล้ายกัน ตัวอย่างของเหลวบางชนิดสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิ 2,000 องศาเป็นเวลานาน ของเหลวดังกล่าวในรูปของออกทอลประกอบด้วยส่วนผสมของไอโซบิวทิลีนโพลีเมอร์ที่ได้จากผลิตภัณฑ์ก๊าซแคร็กกิ้งปิโตรเลียม และมีต้นทุนต่ำ
เรซินธรรมชาติ
ขัดสนเป็นเรซินที่มีความเปราะบางเพิ่มขึ้นและได้มาจากเรซิน (เรซินสน) โรซินประกอบด้วยกรดอินทรีย์ ซึ่งละลายได้ง่ายในน้ำมันปิโตรเลียมเมื่อถูกความร้อน เช่นเดียวกับไฮโดรคาร์บอน แอลกอฮอล์ และน้ำมันสนอื่นๆ
อุณหภูมิอ่อนตัวของขัดสนคือ 50-700 องศา ในที่โล่ง โรซินจะออกซิไดซ์ นิ่มลงเร็วขึ้น และละลายได้ไม่ดีนัก ขัดสนที่ละลายในน้ำมันปิโตรเลียมใช้ในการชุบสายเคเบิล
น้ำมันพืช
น้ำมันเหล่านี้เป็นของเหลวหนืดที่ได้มาจากเมล็ดพืชต่างๆ ที่สำคัญที่สุดคือน้ำมันสำหรับทำให้แห้งซึ่งสามารถแข็งตัวได้เมื่อถูกความร้อน ชั้นน้ำมันบาง ๆ บนพื้นผิวของวัสดุเมื่อแห้งจะก่อให้เกิดฟิล์มฉนวนไฟฟ้าที่แข็งและทนทาน
อัตราการทำให้น้ำมันแห้งจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น แสงสว่าง และการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา—ตัวทำให้แห้ง (สารประกอบของโคบอลต์ แคลเซียม และตะกั่ว)
น้ำมันลินสีด มีสีเหลืองทอง มันได้มาจากเมล็ดแฟลกซ์ จุดไหลของน้ำมันลินสีดคือ -200 องศา
น้ำมันตุง ทำจากเมล็ดของต้นตุง ต้นไม้ต้นนี้เติบโตในตะวันออกไกลและในคอเคซัส น้ำมันนี้ไม่เป็นพิษ แต่ไม่ใช่เกรดอาหาร น้ำมันตุงจะแข็งตัวที่อุณหภูมิ 0-50 องศา น้ำมันดังกล่าวใช้ในวิศวกรรมไฟฟ้าสำหรับการผลิตวาร์นิช ผ้าเคลือบเงา การเคลือบไม้ และยังใช้เป็นไดอิเล็กทริกเหลวอีกด้วย
น้ำมันละหุ่งใช้ในการทำให้ตัวเก็บประจุมีอิเล็กทริกกระดาษ น้ำมันนี้ได้มาจากเมล็ดละหุ่ง จะแข็งตัวที่อุณหภูมิ -10 -180 องศา น้ำมันละหุ่งละลายได้ง่ายในเอทิลแอลกอฮอล์ แต่ไม่ละลายในน้ำมันเบนซิน
ความถี่ต่ำ เนื่องจากความถี่สูง ใช้ไดอิเล็กทริกที่ไม่มีขั้ว
3.1. คุณสมบัติทางไฟฟ้าพื้นฐานของไดอิเล็กทริก
คุณสมบัติทางไฟฟ้าหลักของไดอิเล็กทริกและคุณลักษณะแสดงไว้ในตาราง 1 12.
ตารางที่ 12
สมบัติทางไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกและลักษณะเฉพาะ
คุณสมบัติ | ลักษณะเฉพาะ | การกำหนด |
||
โพลาไรซ์ | อิเล็กทริกสัมพัทธ์ | |||
การซึมผ่านของทริค |
||||
การนำไฟฟ้า | ไฟฟ้าเฉพาะ | ρ, โอห์ม ม |
||
ความต้านทาน | ||||
อิเล็กทริก | แทนเจนต์ของมุมอิเล็กทริก | ทีจีδ |
||
การสูญเสียท้องฟ้า | ||||
โปรไฟฟ้า- | ความตึงเครียดในการเจาะ | Epr, MV/ม |
||
3.1.1. โพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก
โพลาไรเซชันคือการกระจัดแบบยืดหยุ่นของประจุที่ถูกผูกไว้หรือการวางแนวของโมเลกุลอิเล็กทริกในสนามไฟฟ้า โพลาไรซ์จะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของประจุไฟฟ้าที่ถูกผูกไว้บนพื้นผิวของอิเล็กทริก
ความสามารถของอิเล็กทริกในการโพลาไรซ์นั้นมีลักษณะเฉพาะโดยค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์
โดยที่ C คือความจุของตัวเก็บประจุที่มีอิเล็กทริก C 0 คือความจุของตัวเก็บประจุที่ไม่มีอิเล็กทริก (ในสุญญากาศ)
โพลาไรเซชันประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
โพลาไรเซชันของอิเล็กตรอน- การกระจัดแบบยืดหยุ่นและการเสียรูปของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอก (รูปที่ 13,a) มันเป็นลักษณะของสารทุกชนิด แต่มีบทบาทสำคัญในไดอิเล็กตริกที่ไม่มีขั้ว (ก๊าซ,
ของเหลวและของแข็ง) โพลาไรเซชันดังกล่าวเกิดขึ้นเกือบจะในทันที (τ = 10-15 วินาที) โดยไม่สูญเสียพลังงานค่าของมันไม่ขึ้นอยู่กับความถี่ของสนาม
ข้าว. 13. โครงการเกิดโพลาไรเซชัน: a - อิเล็กทรอนิกส์, b - อิออน, c - di-
การผ่อนคลายอย่างสมบูรณ์ g - เกิดขึ้นเอง (เกิดขึ้นเอง)
โพลาไรซ์ไอออนเกิดจากการแทนที่ของไอออนที่ถูกยึดอย่างยืดหยุ่นภายในระยะห่างระหว่างอะตอม (รูปที่ 13b) เป็นเรื่องปกติสำหรับสารที่มีโครงสร้างไอออนิก เวลาโพลาไรเซชันจะสั้น (τ = 10-13 วินาที) และเกิดขึ้นโดยไม่มีการสูญเสียพลังงานเลย
ไดโพล-ผ่อนคลายโพลาไรซ์ อยู่ในต้นกำเนิด
การเข้ามาของโมเลกุลไดโพลภายใต้อิทธิพลของแรงสนาม (รูปที่ 13, c)
มันมีอยู่ในขั้วไดอิเล็กทริกเกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป (τ = 10-2 วินาที) และมาพร้อมกับการสูญเสียพลังงาน
โพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเอง (เกิดขึ้นเอง)สังเกตได้ในเฟอร์โรอิเล็กทริก เหล่านี้เป็นสารที่ประกอบด้วยพื้นที่ไฟฟ้า - โดเมนที่มีโมเมนต์ไฟฟ้า ในกรณีที่ไม่มีฟิลด์ภายนอก โดเมนจะถูกสุ่ม และโมเมนต์รวมจะเป็นศูนย์ ในสนามภายนอก การเปลี่ยนทิศทางของโดเมนเกิดขึ้นและสร้างเอฟเฟกต์โพลาไรซ์ที่รุนแรงขึ้น (รูปที่ 13d): อิเล็กทริกสัมพัทธ์
การซึมผ่านของภูมิภาคถึงε = 105
ผลของอุณหภูมิต่อโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก
การเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ
αε = | ||||
ε ดีที | ||||
ด้วยโพลาไรเซชันแบบอิเล็กทรอนิกส์ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์จะลดลงเล็กน้อยตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากความหนาแน่นของสารลดลง (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) (เส้นโค้ง 2 ในรูปที่ 14) โพลาไรเซชันแบบผ่อนคลายแบบไดโพลขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลางอย่างมาก เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะลดลง และโมเลกุลไดโพลจะถูกวางตัวในสนามภายนอกได้ง่ายขึ้น - ε เพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่รุนแรงของโมเลกุลจะทำให้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กอ่อนลง - ε ลดลง (เส้นโค้ง 3 ในรูปที่ 14) ด้วยโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเอง ค่าของมันจะเพิ่มขึ้นจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง (Tc - จุด Curie) ซึ่งสูงกว่านั้นซึ่งเฟอร์โรอิเล็กทริกจะสูญเสียคุณสมบัติเฉพาะของมัน (เส้นโค้ง 4 ในรูปที่ 14)
ข้าว. 14. การขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการซึมผ่านของอิเล็กทริกสัมพัทธ์
ค่าโพลาไรเซชัน: 1 - อิเล็กทรอนิกส์, 2 - อิออน, 3 - การผ่อนคลายไดโพล, 4 - โดยธรรมชาติ
อิทธิพลของความแรงของสนามไฟฟ้าต่อโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก
ขึ้นอยู่กับอิทธิพลของความแรงของสนามไฟฟ้าที่มีต่อค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์ จะแยกแยะไดอิเล็กทริกเชิงเส้นและไม่เชิงเส้นได้ ความจุของตัวเก็บประจุที่มีอิเล็กทริกเชิงเส้นขึ้นอยู่กับขนาดทางเรขาคณิตเท่านั้น และ ε ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความแรงของสนามภายนอก (รูปที่ 15a)
จำนวนไดอิเล็กทริกอย่างท่วมท้นเป็นของไดอิเล็กทริกเชิงเส้น:
ไดอิเล็กตริกที่ไม่มีขั้วพร้อมโพลาไรเซชันแบบอิเล็กทรอนิกส์ - ก๊าซ, ของเหลว, ผลึกและของแข็งอสัณฐาน (เบนซิน, พาราฟิน, ซัลเฟอร์, โพลีเอทิลีน ฯลฯ );
ไดอิเล็กตริกเชิงขั้วด้วยไดโพลผ่อนคลายและโพลาไรเซชันแบบอิเล็กทรอนิกส์ - ของเหลวอินทรีย์และสารของแข็ง (คลอรีนไฮโดรคาร์บอน, สารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่ที่ใช้โพลีเมอร์ ฯลฯ );
สารประกอบอนินทรีย์ไอออนิกที่มีโพลาไรเซชันของไอออนิกและอิเล็กทรอนิกส์ - สารผลึกที่มีการอัดแน่นของไอออน (ควอตซ์, ไมกา, คอรันดัม - อัล 2 O3, รูไทล์ - TiO2 ฯลฯ );