Діелектрики ізолятори. Передмова

Усі рідкі та тверді речовини за характером дії на них електростатичного поляділяться на провідники, напівпровідники та діелектрики.

Діелектрики (ізолятори)– речовини, які погано проводять або зовсім не проводять електричний струм. До діелектриків відносять повітря, деякі гази, скло, пластмаси, різні смоли, багато видів гуми.

Якщо помістити в електричне поле нейтральні тіла з таких матеріалів, як скло, ебоніт, можна спостерігати їхнє тяжіння як до позитивно заряджених, так і до негативно заряджених тіл, але значно слабше. Однак при поділі таких тіл в електричному полі їх частини виявляються нейтральними, як і тіло в цілому.

Отже, у таких тілах немає вільних електрично заряджених частинок,здатних переміщатися в тілі під дією зовнішнього електричного поля. Речовини, що не містять вільних електрично заряджених частинок, називають діелектриками чи ізоляторами.

Притягнення незаряджених тіл з діелектриків до заряджених тіл пояснюється їхньою здатністю до поляризації.

Поляризація– явище усунення пов'язаних електричних зарядів усередині атомів, молекул чи всередині кристалів під впливом зовнішнього електричного поля. Найпростіший приклад поляризації- Дія зовнішнього електричного поля на нейтральний атом. У зовнішньому електричному полі сила, що діє негативно заряджену оболонку, спрямована протилежно силі, яка діє позитивне ядро. Під дією цих сил електронна оболонка дещо зміщується щодо ядра та деформується. Атом залишається в цілому нейтральним, але центри позитивного та негативного заряду в ньому вже не збігаються. Такий атом можна розглядати як систему з двох рівних за модулем точкових зарядів протилежного знака, Яку називають диполем.

Якщо помістити пластину з діелектрика між двома металевими пластинами з зарядами протилежного знака, всі диполі в діелектриці під дією зовнішнього електричного поля виявляються позитивними зарядами до негативної пластини і негативними зарядами до позитивно зарядженої пластини. Пластина діелектрика залишається в цілому нейтральною,та її поверхні вкриті протилежними за знаком пов'язаними зарядами.

У електричному полі поляризаційні заряди лежить на поверхні діелектрика створюють електричне полі, протилежно спрямоване зовнішньому електричному полю. Внаслідок цього напруженість електричного поля в діелектриці зменшується, але не стає дорівнює нулю.

Відношення модуля напруженості E 0 електричного поля у вакуумі до модуля напруженості Е електричного поля в однорідному діелектрику називається діелектричною проникністю речовини:

? = Е 0 / Е

При взаємодії двох точкових електричних зарядів у середовищі з діелектричною проникністю в результаті зменшення напруженості поля в раз кулонівська сила також убуває в раз:

F е = k (q 1 · q 2 / ɛr 2)

Діелектрики здатні послаблювати зовнішнє електричне поле. Це їхня властивість застосовується в конденсаторах.

Конденсатори– це електричні приладидля нагромадження електричних зарядів. Найпростіший конденсатор і двох паралельних металевих пластин, розділеним шаром діелектрика. При повідомленні пластин рівних за модулем і протилежних за знаком зарядів +q та –qміж пластинами створюється електричне поле із напруженістю Е. Поза пластинами дія електричних полів, спрямована протилежно заряджених пластин, взаємно компенсується, напруженість поля дорівнює нулю. Напруга Uміж пластинами прямо пропорційно заряду на одній пластині, тому відношення заряду qдо напруги U

C = q/U

є для конденсатора величиною постійною за будь-яких значень заряду q.Це ставлення Зназивається електроємністю конденсатора.

Залишились питання? Чи не знаєте, що таке діелектрики?
Щоб отримати допомогу репетитора – .
Перший урок – безкоштовно!

blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Діелектрик – це матеріал чи речовина, яка практично не пропускає електричний струм. Така провідність виходить внаслідок невеликої кількості електронів та іонів. Дані частинки утворюються в матеріалі, що не проводить електричний струм, тільки при досягненні високих температурних властивостей. Про те, що таке діелектрик і йтиметься у цій статті.

Опис

Кожен електронний або радіотехнічний провідник, напівпровідник або заряджений діелектрик пропускає через себе електричний струм, але особливість діелектрика в тому, що в ньому навіть при високій напрузі понад 550 буде протікати струм малої величини. Електричний струм у діелектриці - це рух заряджених частинок у певному напрямку (може бути позитивним та негативним).

Види струмів

В основі електропровідності діелектриків лежать:

Абсорбційні струми - струм, який протікає в діелектриці при постійному струмідо тих пір, поки не досягне стану рівноваги, змінюючи напрямок при включенні та подачі на нього напруги та при відключенні. При змінному струмі напруженість у діелектриці буде присутня в ньому весь час, поки перебуває в дії електричного поля.
Електронна електропровідність – переміщення електронів під дією поля.
Іонна електропровідність - це рух іонів. Знаходиться в розчинах електролітів - солі, кислоти, луг, а також у багатьох діелектриках.
Моліонна електропровідність - рух заряджених частинок, які називають моліонами. Знаходиться в колоїдних системах, емульсіях та суспензіях. Явище руху моліонів в електричному полі називається електрофорез.

Класифікують за агрегатного стануі хімічної природи. Перші діляться на тверді, рідинні, газоподібні та твердіють. За хімічною природою поділяються на органіку, неорганіку та елементоорганічні матеріали.

За агрегатним станом:

Електропровідність газів.У газоподібних речовиндосить мала провідність струму. Він може виникати за наявності вільних заряджених частинок, що з'являється через вплив зовнішніх та внутрішніх, електронних та іонних факторів: випромінювання рентгену та радіоактивного виду, зіткнення молекул та заряджених частинок, теплові фактори.
Електропровідність рідкого діелектрика.Чинники залежності: структура молекули, температура, домішки, наявність великих зарядів електронів та іонів. Електропровідність рідких діелектриків багато в чому залежить від наявності вологи та домішок. Провідність електрики полярних речовин створюється за допомогою рідини з дисоційованими іонами. При порівнянні полярних та неполярних рідин, явну перевагу у провідності мають перші. Якщо очистити рідину від домішок, це посприяє зменшенню її властивостей. При зростанні провідності та її температури виникає зменшення її в'язкості, що призводить до збільшення рухливості іонів.
Тверді діелектрики.Їхня електропровідність обумовлюється як переміщення заряджених частинок діелектрика та домішок. У сильних поляхелектричного струму виявляється електропровідність.

Фізичні властивості діелектриків

При питомому опорі матеріалу, що дорівнює менше 10-5 Ом*м, їх можна віднести до провідників. Якщо більше 108 Ом*м – до діелектриків. Можливі випадки, коли питомий опірбуде у рази більше опору провідника. В інтервалі 10-5-108 Ом*м знаходиться напівпровідник. Металевий матеріал – відмінний провідник електричного струму.

З усієї таблиці Менделєєва лише 25 елементів ставляться до неметалів, причому 12 їх, можливо, будуть із властивостями напівпровідника. Але, зрозуміло, крім речовин таблиці, існує ще безліч сплавів, композицій або хімічних сполукіз властивістю провідника, напівпровідника чи діелектрика. Виходячи з цього, важко провести певну межу значень різних речовинзі своїми опорами. Наприклад, при зниженому температурному факторі напівпровідник поводитиметься подібно до діелектрика.

Застосування

Використання матеріалів, що не проводять електричний струм, дуже широке, адже це один з популярно використовуваних класів електротехнічних компонентів. Стало досить ясно, що їх можна застосовувати завдяки властивостям в активному та пасивному вигляді.

У пасивному вигляді властивості діелектриків використовують для застосування в електроізоляційному матеріалі.

У активному виглядівони використовуються в сегнетоелектриці, а також у матеріалах для випромінювачів лазерної техніки.

Основні діелектрики

До видів, що часто зустрічаються, відносяться:

Скло.
Гума.
Нафта.
Асфальт.
Порцеляна.
Кварц.
Повітря.
Діамант.
Чиста вода.
Пластмаса.

Що таке діелектрик рідкий?

Поляризація цього виду відбувається у полі електричного струму. Рідинні струмопровідні речовини використовуються в техніці для заливки або просочування матеріалів. Є 3 класи рідких діелектриків:

Нафтові олії - є слабов'язкими і переважно неполярними. Їх часто використовують у високовольтних апаратурах: високовольтні води. - це неполярний діелектрик. Кабельне масло знайшло застосування у просоченні ізоляційно-паперових проводів з напругою на них до 40 кВ, а також покриттів на основі металу зі струмом більше 120 кВ. Олія трансформаторна в порівнянні з конденсаторною має більш чисту структуру. Цей виддіелектрика отримав широке розповсюдженняу виробництві, незважаючи на велику собівартість у порівнянні з аналоговими речовинами та матеріалами.

Що таке синтетичний діелектрик? В даний час практично скрізь він заборонений через високу токсичність, тому що виробляється на основі хлорованого вуглецю. А рідкий діелектрик, в основі якого органічний кремній, є безпечним і екологічно чистим. Цей вид не викликає металевої іржі і має властивості малої гігроскопічності. Існує розріджений діелектрик, що містить фторорганічну сполуку, яка особливо популярна через свою негорючість, термічних властивостейта окисної стабільності.

І останній вигляд, це рослинні олії. Вони є слабо полярними діелектриками, до них відносяться лляне, рицинова, тунгове, конопляне. Касторове масло є сильно нагрівається і застосовується в паперових конденсаторах. Інші масла - випаровуються. Випарювання у них обумовлюється не природним випаром, а хімічною реакцієюпід назвою полімеризація. Активно застосовується в емалях та фарбах.

Висновок

У статті докладно було розглянуто, що таке діелектрик. Були згадані різні видита їх властивості. Звичайно, щоб зрозуміти всю тонкість їх характеристик, доведеться більш поглиблено вивчити розділ фізики про них.

Діелектрична проникність може мати дисперсію.

Ряд діелектриків виявляють цікаві фізичні властивості.

Посилання

Віртуальний фонд природничих та науково-технічних ефектів «Ефективна фізика»

Wikimedia Foundation.

2010 .

Дивитись що таке "Діелектрики" в інших словниках: ДІЕЛЕКТРИКИ, речовини, що погано проводять електричний струм (питомий опір порядку 1010 Ом?м). Існують тверді, рідкі та газоподібні діелектрики. Зовнішнє електричне поле викликає поляризацію діелектрика. У деяких твердих…

Сучасна енциклопедіяДіелектрики - ДІЕЛЕКТРИКИ, речовини, що погано проводять електричний струм (питомий опір порядку 1010 Ом). Існують тверді, рідкі та газоподібні діелектрики. Зовнішнє електричне поле викликає поляризацію діелектрика. У деяких твердих…

Ілюстрований енциклопедичний словник Речовини, що погано проводять електричний струм (питомий електроопір 108 1012 Ом см). Існують тверді, рідкі та газоподібні діелектрики. Зовнішнє електричне поле викликає поляризацію діелектриків. У деяких твердих діелектриках. Великий

- (англ. dielectric, від грец. dia через, крізь і англ. electric електричний), речовини, що погано проводять електрич. струм. Термін "Д." введений Фарадеєм для позначення в, які проникає електрич. поле. Д. явл. всі гази (неіонізовані), деякі … Фізична енциклопедія

ДІЕЛЕКТРИКИ- ДІЕЛЕКТРИКИ, непровідники, або ізолятори тіла, що погано ведуть або зовсім не ведуть електрики. Напр. скло, слюда, сірка, парафін, ебоніт, порцеляна і т. п. Протягом тривалого часу при вивченні електрики. Велика медична енциклопедія

- (Ізолятори) речовини, що не проводять електричного струму. Приклади діелектриків: слюда, бурштин, каучук, сірка, скло, фарфор, різні сорти олій та ін. Самойлов К. І. Морський словник. М. Л.: Державне Військово-морське Видавництво НКВМФ Союзу … Морський словник

Назва, дана Михайлом Фарадеєм тілам не проводили, інакше, що погано проводять електрику, як, напр., повітря, скло, різні смоли, сірка і т. д. Подібні тіла називаються також ізоляторами. До досліджень Фарадея, виготовлених у 30 х… Енциклопедія Брокгауза та Єфрона

ДІЕЛЕКТРИКИ- Речовини, що практично не проводять електричний струм; бувають твердими, рідкими та газоподібними. У зовнішньому електричному полі Д. поляризуються. Їх використовують для ізоляції електротехнічних пристроїв, в електричних конденсаторах, у квантовій. Велика політехнічна енциклопедія

Речовини, що погано проводять електричний струм. Термін "Д." введений М. Фарадеєм для позначення речовин, через які проникають електричні поля. У будь-якій речовині, … Велика Радянська Енциклопедія

Речовини, що погано проводять електричний струм (електропровідність діелектрики10 8 10 17 Ом 1 см 1). Існують тверді, рідкі та газоподібні діелектрики. Зовнішнє електричне поле викликає поляризацію діелектриків. У деяких твердих… Енциклопедичний словник

Книги

Діелектрики та хвилі , А. Р. Хіппель. Автор пропонованої уваги читачів монографії, відомий дослідникв області діелектриків американський вчений А. Хіппель неодноразово виступав у періодичній пресі та в...
Дія лазерного випромінювання полімерні матеріали. Наукові основи та прикладні завдання. У 2 книгах. Книжка 1. Полімерні матеріали. Наукові основи лазерного впливу на полімерні діелектрики, Б. А. Виноградов, К. Є. Перепелкін, Г. П. Мещерякова. Пропонована книга містить відомості про структуру та основні термічні та оптичні властивості полімерних матеріалів, механізм впливу на них лазерного випромінюванняв інфрачервоному, видимому…

ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА

інакше ізолятори, тобто тіла, що не проводять електрики, не провідник.

Повний словник іноземних слів, що увійшли у вжиток російською мовою., 1907 .

ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА

непровідні електроенергії, ізолятори.

, 1907 .

ІЗОЛЯТОРИ АБО ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА

взагалі всі тіла, що погано проводять електрику і служать для ізолювання провідників; зокрема цим іменем називаються скляні або порцелянові склянки, упот. на телеграфної лініїдля ізолювання дроту у місцях прикріплення його до стовпів.

Словник іноземних слів, що у складі російської.- Павленков Ф., 1907 .

Дивитися що таке "ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА" в інших словниках:

Назва, дана Майклом Фарадеєм тілам, які не проводять або інакше погано проводять електрику, як, напр., повітря, скло, різні смоли, сірка і т. д. Подібні тіла називаються також ізоляторами. До досліджень Фарадея, зроблених у 30 років.

Погані провідники електрики і тому використовуються для ізолювання провідників. Словник іншомовних слів, що увійшли до складу російської мови. Чудінов А.Н., 1910. ІЗОЛЯТОРИ АБО ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА взагалі всі тіла, що погано проводять… Словник іноземних слів російської мови

УЛЬТРАКОРОТКІ ХВИЛІ- були вперше застосовані у терапії Шліпгаке (Schliephake). Змінні струми, що застосовуються в діатермії, характеризуються частотою від 800 000 до 1 млн. коливань в секунду при довжині хвилі в 300 400 м. У наст, час в терапію введені струми з частотою в 10 … Велика медична енциклопедія

електричний- 3.45 електричний [електронний, програмований електронний]; Е/Е/РЕ (electrical/electronic/ programmable electronic; Е/Е/РЕ) заснований на електричній та/або електронній, та/або програмованій електронної технології. Джерело … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

Один із відділів вчення про електричних явищ, що містить у собі дослідження розподілу електрики, за умови рівноваги його, на тілах та визначення тих електричних силякі виникають при цьому. Підставу Е. поклали роботи. Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

Класична електродинаміка … Вікіпедія

Класична електродинаміка Магнітне поле соленоїда Електрика Магнетизм Електростатика Закон Кулону … Вікіпедія

Книги

Фізика твердого тіла для інженерів Навчальний посібник. Гриф УМО вузів Росії, Гуртов Валерій Олексійович. Навчальний посібникє систематизованим і доступним викладом курсу фізики твердого тіла, що містить основні елементи фізики конденсованого стану та її застосування для…
Фундаментальні основи процесів хімічного осадження плівок та структур для наноелектроніки, Колектив авторів. У монографії представлені результати розвитку процесів хімічного осадження з газової фази металевих та діелектричних плівок з використанням нетрадиційних летких вихідних температур.

5.2. Діелектрики

У 1880 р. французькі вчені-фізики П'єр і Жак Кюрі відкрили п'єзоелектричний ефект.

П'єзоелектричний ефект полягає в наступному. Якщо з кристала кварцу (кварц-діелектрик) вирізати певним чином пластинку і помістити її між двома електродами, то при стисканні кварцової пластинки на електродах з'являться рівні за величиною, але різні за зарядами.

Якщо змінити напрям сили, що діє на пластинку (замість того щоб стиснути кварц його будуть розтягувати), то змінюються і знаки зарядів на електродах: на тому електроді, де при стисканні виникав позитивний зарядпри розтягуванні з'явиться негативний. При цьому чим більше сила, що стискає або розтягує пластинку, тим більша і величина зарядів, що виникає на електродах.

У ХІХ ст. були також виявлені діелектрики, які подібно до залишкової поляризації. Такі діелектрики за аналогією з терміном "магніт" назвали електретами.

Саме характерна властивістьелектретів - здатність нести на своїх протилежних сторонахзаряди різного знаку, які можуть зберігатися протягом тривалого часу. Так, для електретів із карнаубського воску та його сумішей цей час становить роки, керамічні електрети зберігають заряд протягом двох років, електрети із полімерів мають час життя місяці.

Пояснити цей великий експериментальний матеріал про електричні властивостідіелектриків стало можливим тоді, коли з'явилася теорія, що пояснює будову твердих тіл, зв'язок між їх структурними частинками.

Є такі тверді тіла, які мають центри позитивних і негативних зарядівокремих атомів чи молекул збігаються.

Якщо такі речовини помістити в електричне поле, виникає «електрична деформація» структурних частинок, тобто. електричне поле зміщує електричні заряди, що входять до складу діелектрика, від тих положень, які вони займали без поля. Так, наприклад, якщо діелектрик складається з нейтральних атомів, то в присутності їхнього поля електронні оболонкизміщуються щодо позитивно заряджених ядер. Якщо кристалічна решіткатвердого тіла складається з позитивно і негативно заряджених іонів, наприклад, грати NaCl, то в електричному полі іони рівних знаків зміщуються відносно один одного. В результаті пружного зміщення кожної пари зарядів утворюється система, що має деякий додатковий момент p=ql, а весь діелектрик поляризується.

Поляризація діелектрика чисельно характеризується дипольним моментом одиниці об'єму Р, який дорівнює творучисла елементарних диполів N, що містять в одиниці об'єму речовини, на величину моменту елементарного диполя.

Крім неполярних діелектриків, існує великий клас діелектриків, молекула яких і за відсутності зовнішнього електричного поля мають дипольний момент. Постійний дипольний момент можуть мати багато молекул, у яких центри симетрії складових позитивних і негативних зарядів їх не збігаються один з одним. Типовими представниками полярного твердого діелектрика є лід, тверда соляна кислота, органічне скло та ін.

При поміщенні полярного діелектрика в електричне поле відбувається орієнтація полярних молекул так, щоб їх осі збігалися з напрямом ліній напруженості електричного поля. Однак тепловий рух частинок речовини перешкоджає такій орієнтації. Внаслідок дії поля та теплового рухувстановлюється рівноважний стан, у якому полярні молекули набувають у середньому деяку спрямовану орієнтацію, а весь діелектрик завдяки цьому набуває дипольний момент у бік поля, тобто. поляризується.

Розглянутий вид поляризації називають орієнтаційною чи дипольною. У цьому виді поляризації, на відміну поляризації зміщення, істотну роль грає температура діелектрика.

Діелектрична проникність полярних діелектриків більша, ніж у неполярних, тому що у них по суті спостерігаються обидва види поляризації: орієнтаційна та пружна поляризація усунення.

Якщо зовнішнє поле прибрати, то полярні та неполярні діелектрики деполяризуються, тобто. поляризація їх практично зникає.

Існує третій тип діелектриків, у яких спостерігається мимовільна поляризація. У цьому випадку всередині діелектрика, без будь-якого впливу зовнішнього поля, спонтанно виникають однорідно поляризовані області, так звані домени. За відсутності зовнішнього поля напрями дипольних моментів областей різні. При накладанні поля відбувається «орієнтація» доменів і весь діелектрик поляризується. Оскільки кожен домен має великий дипольний момент, то діелектрична проникністьтаких діелектриків зазвичай дуже велика, близько 104. діелектрики такого типу називають сегнетоелектриками.

Сегнетоелектрики відрізняються від інших діелектриків поруч специфічних властивостей.

Якщо у полярних та неполярних діелектриків дипольний момент одиниці об'єму речовини пропорційний напруженості електричного поля Е, то у сегнетоелектриків така лінійна залежністьміж Р та Є існує лише у слабких полях (рис 30). При збільшенні напруженості поля дипольний момент Р зростає відповідно до кривої АВ, а за деякого значення Е зміна дипольного моменту припиняється. Цей стан називають насиченням. У стані насичення всі домени сегнетоелектрика розташовуються вздовж поля, і подальше збільшення поля Е не призводить до збільшення поляризації. Якщо після цього почати зменшувати величину напруженості поля до нуля, то поляризація кристала буде змінюватися не по початковій кривій ВВ, а по кривій ВD і при напруженості поля, що дорівнює нулю, кристал залишиться поляризованим.

Таке явище називається діелектричним гістерезисом. Величину поляризації, що визначається відрізком ОD при Е=0, називають залишковою поляризацією.

Таким чином, залежність поляризації від напруженості змінного електричного поля для сегнетоелектриків описується кривою BDFLHB, яка називається петлею гістерезису. По петлі гістерези можна визначити величину спонтанної поляризації.

Однак при збільшенні температури властивості сегнетоелектриків змінюються і при деякій температурі, яка називається температурою Кюрі, відбувається зникнення спонтанної поляризації.

Сегнетоэлектрики застосовують під час виготовлення лазерів й у запам'ятовуючих пристроях електронно-обчислювальних машин.

І турмаліну. З численних кристалографічних модифікацій кварцу як п'єзо-електрик використовується найчастіше низькотемпературний а-кварц, стійкий до температури 573°С. П'єзоелектричні та піроелектричні властивості кристалів використовуються в техніці вже багато років. Одне із застосувань п'єзо-електриків відоме буквально кожному. Це звукознімач у наших програвачах, які...

Тільки якщо, наприклад, нагріти кристал так, щоб він почав плавитися. Порядок, закономірність, періодичність, симетрія розташування атомів – ось що характерно для кристалів. У всіх кристалах, у всі твердих речовинахчастинки розташовані правильним, чітким строєм, вибудовані симетричним, правильним візерунком, що повторюється. Поки що є цей порядок існує тверде тілокристал. Порушено...

Температурні коливання або з підвищенням концентрації речовини в розчині або газі, що призводить до збільшення ймовірності зустрічі частинок один з одним, тобто до виникнення зародків. Таким чином, зростання кристалів можна розглядати як процес, за допомогою якого дрібні кристалічні частки- Зародки - досягають макроскопічних розмірів. Причому кристалізація протікає не в...

З цього можна зробити висновок, що факт наявності колоїдних виділень у синій солі та їх розміри, отримані методом оптичної спектроскопії, підтверджені прямим спостереженням поверхні сколів в атомно-силовому мікроскопі. Таким чином, в результаті вивчення оптичного поглинання галитів можна зробити наступні висновки. У безбарвних зразках якісь центри фарбування відсутні. У синіх забарвлених...