GIẤY PHÉP
Hằng số điện môi của môi trườngε c là đại lượng đặc trưng cho ảnh hưởng của môi trường lên lực tương tác của điện trường. Các môi trường khác nhau có giá trị ε c khác nhau.
Hằng số điện môi tuyệt đối của chân không được gọi là hằng số điện ε 0 =8,85 10 -12 f/m.
Tỉ số giữa hằng số điện môi tuyệt đối của môi trường và hằng số điện được gọi là hằng số điện môi tương đối
những thứ kia. Hằng số điện môi tương đối ε là giá trị biểu thị hằng số điện môi tuyệt đối của môi trường lớn hơn hằng số điện bao nhiêu lần. Đại lượng ε không có thứ nguyên.
Bảng 1
Hằng số điện môi tương đối của vật liệu cách điện
Như có thể thấy từ bảng, đối với hầu hết các chất điện môi ε = 1-10 và phụ thuộc ít vào điều kiện điện và nhiệt độ môi trường .
Có một nhóm chất điện môi gọi là sắt điện, trong đó ε có thể đạt giá trị lên tới 10.000 và ε phụ thuộc rất nhiều vào từ trường bên ngoài và nhiệt độ. Sắt điện bao gồm bari titanat, chì titanat, muối Rochelle, v.v.
Câu hỏi bảo mật
1. Cấu tạo của nguyên tử nhôm và đồng là gì?
2. Kích thước của nguyên tử và hạt của chúng được đo bằng đơn vị nào?
3. Electron có điện tích gì?
4. Tại sao các chất trung hòa về điện ở trạng thái bình thường?
5. Cái gì được gọi là điện trường và nó được mô tả một cách quy ước như thế nào?
6. Lực tương tác giữa các điện tích phụ thuộc vào yếu tố nào?
7. Tại sao một số vật liệu lại dẫn điện, số khác lại là chất cách điện?
8. Vật liệu nào được phân loại là chất dẫn điện và vật liệu nào được phân loại là chất cách điện?
9. Làm thế nào bạn có thể sạc điện dương cho cơ thể?
10. Hằng số điện môi tương đối được gọi là gì?
Tính thấm độ thấm
giá trị ε, cho biết lực tương tác giữa hai điện tích trong môi trường nhỏ hơn trong chân không bao nhiêu lần. Trong môi trường đẳng hướng, ε liên hệ với độ nhạy điện môi χ theo hệ thức: ε = 1 + 4π χ. Hằng số điện môi của môi trường dị hướng là tensor. Hằng số điện môi phụ thuộc vào tần số trường; trong điện trường mạnh, hằng số điện môi bắt đầu phụ thuộc vào cường độ trường.
GIẤY PHÉPLIÊN TỤC ĐIỆN LỰC, một đại lượng không thứ nguyên e, cho biết lực tương tác F giữa các điện tích trong một môi trường nhất định nhỏ hơn bao nhiêu lần lực tương tác F của chúng trong chân không:
e =F o /F.
Hằng số điện môi cho biết điện trường bị suy giảm bao nhiêu lần (cm.ĐIỆN LỰC), đặc trưng về mặt định lượng tính chất của chất điện môi phân cực trong điện trường.
Giá trị hằng số điện môi tương đối của một chất, đặc trưng cho mức độ phân cực của nó, được xác định bởi cơ chế phân cực (cm. PHÂN CỰC). Tuy nhiên, giá trị phần lớn phụ thuộc vào trạng thái kết tụ của chất, vì trong quá trình chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, mật độ của chất, độ nhớt và tính đẳng hướng của nó thay đổi đáng kể (cm.đẳng hướng).
Hằng số điện môi của chất khí
Các chất khí được đặc trưng bởi mật độ rất thấp do khoảng cách lớn giữa các phân tử. Do đó, độ phân cực của tất cả các chất khí là không đáng kể và hằng số điện môi của chúng gần bằng 1. Sự phân cực của chất khí có thể hoàn toàn là điện tử hoặc lưỡng cực nếu các phân tử khí có cực, tuy nhiên, trong trường hợp này, sự phân cực điện tử có tầm quan trọng hàng đầu.
Độ phân cực của các loại khí khác nhau càng lớn, bán kính của phân tử khí càng lớn và về số lượng gần bằng bình phương chiết suất của khí này.
Sự phụ thuộc của chất khí vào nhiệt độ và áp suất được xác định bởi số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích khí, tỷ lệ thuận với áp suất và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối.
Không khí ở điều kiện bình thường có e = 1,0006 và hệ số nhiệt độ của nó có giá trị khoảng 2. 10 -6 K -1 .
Chất điện môi lỏng có thể bao gồm các phân tử không phân cực hoặc phân cực. Giá trị e của chất lỏng không phân cực được xác định bằng độ phân cực điện tử nên nhỏ, gần bằng giá trị bình phương khúc xạ ánh sáng và thường không vượt quá 2,5. Sự phụ thuộc của e của chất lỏng không phân cực vào nhiệt độ có liên quan đến việc giảm số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích, nghĩa là giảm mật độ và hệ số nhiệt độ của nó gần với hệ số nhiệt độ giãn nở thể tích của chất lỏng, nhưng khác nhau về dấu hiệu.
Sự phân cực của chất lỏng chứa các phân tử lưỡng cực được xác định đồng thời bởi các thành phần điện tử và lưỡng cực. Những chất lỏng như vậy có hằng số điện môi càng cao thì giá trị mô men điện của lưỡng cực càng lớn. (cm. lưỡng cực) và số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích càng lớn. Sự phụ thuộc nhiệt độ trong trường hợp chất lỏng phân cực rất phức tạp.
Hằng số điện môi của chất điện môi rắn
Trong chất rắn, nó có thể nhận nhiều giá trị số khác nhau tùy theo đặc điểm cấu trúc đa dạng của chất điện môi rắn. Trong chất điện môi rắn, tất cả các loại phân cực đều có thể xảy ra.
Giá trị nhỏ nhất của e được tìm thấy trong chất điện môi rắn bao gồm các phân tử không phân cực và chỉ có sự phân cực điện tử.
Chất điện môi rắn, là các tinh thể ion với các hạt dày đặc, có độ phân cực điện tử và ion và có giá trị e nằm trong phạm vi rộng (e muối đá - 6; e corundum - 10; e rutile - 110; e canxi titanate - 150).
e của các loại thủy tinh vô cơ khác nhau, tiếp cận cấu trúc của chất điện môi vô định hình, nằm trong phạm vi tương đối hẹp từ 4 đến 20.
Chất điện môi hữu cơ có cực có độ phân cực hồi phục lưỡng cực ở trạng thái rắn. e của những vật liệu này phụ thuộc phần lớn vào nhiệt độ và tần số của điện áp đặt vào, tuân theo các định luật tương tự như đối với chất lỏng lưỡng cực.
Từ điển bách khoa. 2009 .
Xem “hằng số điện môi” là gì trong các từ điển khác:
Giá trị của e, cho biết lực tương tác giữa hai điện tích trong môi trường nhỏ hơn bao nhiêu lần so với lực tương tác trong chân không. Trong môi trường đẳng hướng, e liên hệ với độ nhạy điện môi với hệ thức: e = 1 + 4pc. Hằng số điện môi.... Từ điển bách khoa lớn
Giá trị e đặc trưng cho độ phân cực của chất điện môi dưới tác dụng của điện. trường E.D.p. được đưa vào định luật Coulomb như một đại lượng cho biết lực tương tác của hai điện tích tự do trong chất điện môi nhỏ hơn bao nhiêu lần so với trong chân không. Sự suy yếu của... ... Bách khoa toàn thư vật lý
LIÊN TỤC ĐIỆN LỰC, Giá trị e, cho biết lực tương tác của hai điện tích trong môi trường nhỏ hơn bao nhiêu lần so với trong chân không. Giá trị của e rất khác nhau: hydro 1,00026, dầu biến thế 2,24, ... ... Bách khoa toàn thư hiện đại
- (ký hiệu e), trong vật lý, một trong những tính chất của các vật liệu khác nhau (xem ĐIỆN TỬ). Nó được biểu thị bằng tỷ lệ giữa mật độ DÒNG ĐIỆN trong môi trường với cường độ TRƯỜNG ĐIỆN gây ra nó. Hằng số điện môi của chân không.... Từ điển bách khoa khoa học kỹ thuật
độ thấm- Đại lượng đặc trưng cho tính chất điện môi của một chất, đại lượng vô hướng đối với chất đẳng hướng và tensor đối với chất dị hướng mà tích của nó theo cường độ điện trường bằng độ dời điện. [GOST R 52002 2003]… … Hướng dẫn dịch thuật kỹ thuật
Tính thấm- LIÊN TỤC ĐIỆN LỰC, giá trị e, biểu thị lực tương tác của hai điện tích trong môi trường nhỏ hơn bao nhiêu lần so với trong chân không. Giá trị của e rất khác nhau: hydro 1,00026, dầu biến thế 2,24, ... ... Từ điển bách khoa minh họa
Tính thấm- đại lượng đặc trưng cho tính chất điện môi của một chất, đại lượng vô hướng đối với chất đẳng hướng và tensor đối với chất dị hướng, tích của nó theo cường độ điện trường bằng độ dời điện... Nguồn:... ... Thuật ngữ chính thức
độ thấm- hằng số điện môi tuyệt đối; ngành công nghiệp Hằng số điện môi Một đại lượng vô hướng đặc trưng cho các tính chất điện của chất điện môi bằng tỷ số giữa độ lớn của độ dịch chuyển điện và độ lớn của cường độ điện trường ... Từ điển giải thích thuật ngữ bách khoa
Hằng số điện môi tuyệt đối Hằng số điện môi tương đối Hằng số điện môi chân không ... Wikipedia
độ thấm- trạng thái dielektrinė skvarba T sritis chemija apibrėžtis Elektrinio srauto tankio tiriamojoje medžiagoje ir elektrinio lauko stiprio santykis. atitikmenys: tiếng Anh. hằng số điện môi; độ thấm điện môi; độ thấm rus. điện môi... ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Sách
- Tính chất của vật liệu. Bất đẳng hướng, đối xứng, cấu trúc. mỗi. từ tiếng Anh , Newnham R.E. Cuốn sách này được dành cho tính dị hướng và mối quan hệ giữa cấu trúc của vật liệu và tính chất của chúng. Nó bao gồm nhiều chủ đề và là một loại khóa học giới thiệu về các tính chất vật lý...
Điện môí sự thâm nhập hóa họć dung tích môi trường - một đại lượng vật lý đặc trưng cho các tính chất của môi trường cách điện (điện môi) và thể hiện sự phụ thuộc của cảm ứng điện vào cường độ điện trường.
Nó được xác định bởi hiệu ứng phân cực của chất điện môi dưới tác dụng của điện trường (và với giá trị độ nhạy điện môi của môi trường đặc trưng cho hiệu ứng này).
Có hằng số điện môi tương đối và tuyệt đối.
Hằng số điện môi tương đối ε là không thứ nguyên và cho biết lực tương tác giữa hai điện tích trong môi trường nhỏ hơn bao nhiêu lần so với lực tương tác trong chân không. Giá trị này của không khí và hầu hết các loại khí khác trong điều kiện bình thường gần bằng 1 (do mật độ thấp của chúng). Đối với hầu hết các chất điện môi rắn hoặc lỏng, độ thấm tương đối nằm trong khoảng từ 2 đến 8 (đối với trường tĩnh). Hằng số điện môi của nước trong trường tĩnh khá cao - khoảng 80. Giá trị của nó lớn đối với các chất có phân tử có mômen lưỡng cực điện lớn. Hằng số điện môi tương đối của sắt điện là hàng chục và hàng trăm nghìn.
Hằng số điện môi tuyệt đối trong tài liệu nước ngoài được ký hiệu bằng chữ ε; trong tài liệu trong nước, tổ hợp này được sử dụng chủ yếu, trong đó là hằng số điện. Hằng số điện môi tuyệt đối chỉ được sử dụng trong Hệ đơn vị quốc tế (SI), trong đó cường độ cảm ứng và điện trường được đo bằng các đơn vị khác nhau. Trong hệ thống SGS không cần đưa ra hằng số điện môi tuyệt đối. Hằng số điện môi tuyệt đối (giống như hằng số điện) có thứ nguyên L −3 M −1 T 4 I². Trong hệ đơn vị quốc tế (SI): =F/m.
Cần lưu ý rằng hằng số điện môi phần lớn phụ thuộc vào tần số của trường điện từ. Điều này phải luôn được tính đến, vì các bảng tham chiếu thường chứa dữ liệu cho trường tĩnh hoặc tần số thấp đến vài kHz mà không chỉ ra thực tế này. Đồng thời, có các phương pháp quang học để thu được hằng số điện môi tương đối dựa trên chiết suất bằng máy đo elip và khúc xạ kế. Giá trị thu được bằng phương pháp quang học (tần số 10-14 Hz) sẽ khác biệt đáng kể so với dữ liệu trong bảng.
Ví dụ, hãy xem xét trường hợp của nước. Trong trường hợp trường tĩnh (tần số 0), hằng số điện môi tương đối trong điều kiện bình thường là xấp xỉ 80. Đây là trường hợp ở tần số hồng ngoại. Bắt đầu ở khoảng 2 GHz ε r bắt đầu rơi. Trong phạm vi quang học ε r là khoảng 1,8. Điều này khá phù hợp với thực tế là trong vùng quang học chiết suất của nước là 1,33. Trong một dải tần số hẹp, gọi là quang học, độ hấp thụ điện môi giảm xuống 0, điều này thực sự mang lại cho con người cơ chế thị giác [ nguồn không được chỉ định 1252 ngày] trong bầu khí quyển trái đất bão hòa hơi nước. Khi tần số tăng thêm, tính chất của môi trường lại thay đổi. Bạn có thể đọc về hoạt động của hằng số điện môi tương đối của nước trong dải tần số từ 0 đến 10 12 (vùng hồng ngoại) tại (tiếng Anh)
Hằng số điện môi của điện môi là một trong những thông số chính trong sự phát triển của tụ điện. Việc sử dụng vật liệu có hằng số điện môi cao có thể làm giảm đáng kể kích thước vật lý của tụ điện.
Điện dung của tụ điện được xác định:
Ở đâu ε r- hằng số điện môi của chất giữa các bản, ε Ô- hằng số điện, S- diện tích của các tấm tụ điện, d- khoảng cách giữa các tấm.
Tham số hằng số điện môi được tính đến khi phát triển bảng mạch in. Giá trị hằng số điện môi của chất giữa các lớp, kết hợp với độ dày của nó, ảnh hưởng đến giá trị điện dung tĩnh tự nhiên của các lớp nguồn và cũng ảnh hưởng đáng kể đến trở kháng đặc tính của dây dẫn trên bảng.
điện trở, đại lượng vật lý bằng điện trở ( cm. điện trở) R của một dây dẫn hình trụ có chiều dài đơn vị (l = 1 m) và diện tích mặt cắt đơn vị (S = 1 m 2).. r = R S/l. Trong Si, đơn vị của điện trở suất là Ohm. m. Điện trở suất cũng có thể được biểu thị bằng Ohms. cm. Điện trở suất là đặc tính của vật liệu mà dòng điện chạy qua và phụ thuộc vào vật liệu tạo ra nó. Điện trở suất bằng r = 1 Ohm. m có nghĩa là một dây dẫn hình trụ làm bằng vật liệu này, chiều dài l = 1 m và có diện tích mặt cắt ngang S = 1 m 2 có điện trở R = 1 Ohm. m. Giá trị điện trở suất của kim loại ( cm. KIM LOẠI), là chất dẫn điện tốt ( cm. DÂY DẪN), có thể có các giá trị theo thứ tự 10 - 8 - 10 - 6 Ohms. m (ví dụ: đồng, bạc, sắt, v.v.). Điện trở suất của một số chất điện môi rắn ( cm. ĐIỆN LỰC) có thể đạt giá trị 10 16 -10 18 Ohm.m (ví dụ: thủy tinh thạch anh, polyetylen, sứ điện, v.v.). Giá trị điện trở suất của nhiều vật liệu (đặc biệt là vật liệu bán dẫn ( cm. VẬT LIỆU BÁN DẪN)) phụ thuộc đáng kể vào mức độ tinh chế của chúng, sự có mặt của các chất phụ gia hợp kim, xử lý nhiệt và cơ học, v.v. Giá trị s, nghịch đảo của điện trở suất, được gọi là độ dẫn điện riêng: s = 1/r Độ dẫn điện riêng được đo bằng siemens ( cm. SIEMENS (đơn vị độ dẫn điện)) trên mét S/m. Điện trở suất (độ dẫn) là đại lượng vô hướng đối với một chất đẳng hướng; và tensor - cho một chất dị hướng. Trong các tinh thể đơn dị hướng, tính dị hướng của độ dẫn điện là hệ quả của tính dị hướng của khối lượng hiệu dụng nghịch đảo ( cm. KHỐI LƯỢNG HIỆU QUẢ) electron và lỗ trống.
1-6. ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA CÁCH ĐIỆN
Khi cách điện của cáp hoặc dây được bật ở điện áp không đổi U, dòng điện i chạy qua nó thay đổi theo thời gian (Hình 1-3). Dòng điện này có các thành phần không đổi - dòng dẫn (i ∞) và dòng hấp thụ, trong đó γ là độ dẫn tương ứng với dòng hấp thụ; T là thời gian mà dòng điện i abs giảm xuống còn 1/e giá trị ban đầu. Trong thời gian dài vô tận i abs →0 và i = i ∞. Độ dẫn điện của chất điện môi được giải thích là do sự hiện diện trong chúng của một lượng hạt tích điện tự do nhất định: các ion và electron.
Đặc điểm đặc trưng nhất của hầu hết các vật liệu cách điện là tính dẫn điện ion, điều này có thể xảy ra do các chất gây ô nhiễm chắc chắn có trong vật liệu cách nhiệt (tạp chất của độ ẩm, muối, kiềm, v.v.). Trong chất điện môi có độ dẫn ion, định luật Faraday được tuân thủ nghiêm ngặt - tỷ lệ giữa lượng điện đi qua chất cách điện và lượng chất giải phóng trong quá trình điện phân.
Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của vật liệu cách điện giảm và được đặc trưng bởi công thức
trong đó_ρ o, A và B là các hằng số đối với một loại vật liệu nhất định; T - nhiệt độ, °K.
Sự phụ thuộc lớn hơn của điện trở cách điện vào độ ẩm xảy ra với vật liệu cách nhiệt hút ẩm, chủ yếu là dạng sợi (giấy, sợi bông, v.v.). Vì vậy, vật liệu dạng sợi được sấy khô và ngâm tẩm, đồng thời được bảo vệ bằng lớp vỏ chống ẩm.
Điện trở cách điện có thể giảm khi điện áp tăng do sự hình thành điện tích không gian trong vật liệu cách điện. Độ dẫn điện bổ sung được tạo ra trong trường hợp này dẫn đến sự gia tăng độ dẫn điện. Có sự phụ thuộc của độ dẫn điện vào điện áp trong trường rất mạnh (định luật Ya. I. Frenkel):
trong đó γ o - độ dẫn điện trong trường yếu; a là hằng số. Tất cả các vật liệu cách điện được đặc trưng bởi các giá trị nhất định của độ dẫn cách điện G. Lý tưởng nhất là độ dẫn điện của vật liệu cách điện bằng không. Đối với vật liệu cách điện thực, độ dẫn điện trên một đơn vị chiều dài cáp được xác định theo công thức
Trong cáp có điện trở cách điện lớn hơn 3-10 11 ohm-m và cáp truyền thông, trong đó tổn thất phân cực điện môi lớn hơn đáng kể so với tổn thất nhiệt, độ dẫn điện được xác định theo công thức
Độ dẫn điện trong công nghệ truyền thông là một thông số điện của đường dây đặc trưng cho sự tổn thất năng lượng trong lớp cách điện của lõi cáp. Sự phụ thuộc của giá trị độ dẫn vào tần số được thể hiện trong hình. 1-1. Nghịch đảo của độ dẫn điện, điện trở cách điện, là tỷ lệ giữa điện áp DC đặt vào vật liệu cách điện (tính bằng vôn) và điện áp rò rỉ (tính bằng ampe), tức là.
trong đó R V là điện trở cách điện thể tích, xác định bằng số vật cản tạo ra do dòng điện đi qua chiều dày của lớp cách điện; R S - điện trở bề mặt, xác định trở ngại cho dòng điện đi qua bề mặt cách điện.
Đánh giá thực tế về chất lượng của vật liệu cách điện được sử dụng là điện trở thể tích riêng ρ V được biểu thị bằng ohm-centimet (ohm*cm). Về mặt số học, ρ V bằng điện trở (tính bằng ohm) của hình lập phương có cạnh 1 cm làm bằng vật liệu nhất định, nếu dòng điện đi qua hai mặt đối diện của hình lập phương. Điện trở bề mặt riêng ρ S bằng số với điện trở bề mặt của hình vuông (tính bằng ohm) nếu dòng điện được cung cấp cho các điện cực phân định hai cạnh đối diện của hình vuông này.
Điện trở cách điện của cáp hoặc dây một lõi được xác định theo công thức
Tính chất độ ẩm của chất điện môi
Khả năng chống ẩm –đây là độ tin cậy của vật liệu cách nhiệt khi nó ở trong môi trường có hơi nước gần bão hòa. Khả năng chống ẩm được đánh giá bằng sự thay đổi các tính chất điện, cơ và vật lý khác sau khi vật liệu ở trong môi trường có độ ẩm cao và cao; về độ ẩm và độ thấm nước; về độ ẩm và khả năng hấp thụ nước.
Tính thấm ẩm – khả năng của vật liệu truyền hơi ẩm khi có sự khác biệt về độ ẩm không khí tương đối ở cả hai mặt của vật liệu.
Hấp thụ độ ẩm – khả năng hấp thụ nước của vật liệu khi tiếp xúc lâu dài trong môi trường ẩm ướt gần trạng thái bão hòa.
Hấp thụ nước - khả năng hấp thụ nước của vật liệu khi ngâm trong nước trong một thời gian dài.
Kháng nhiệt đới và nhiệt đới hóa thiết bị – bảo vệ các thiết bị điện khỏi ẩm ướt, nấm mốc, chuột bọ.
Tính chất nhiệt của chất điện môi
Để mô tả đặc tính nhiệt của chất điện môi, người ta sử dụng các đại lượng sau.
Khả năng chịu nhiệt- khả năng của vật liệu và sản phẩm cách điện chịu được nhiệt độ cao và sự thay đổi nhiệt độ đột ngột mà không gây hại cho chúng. Được xác định bởi nhiệt độ tại đó quan sát thấy sự thay đổi đáng kể về tính chất cơ và điện, ví dụ, biến dạng kéo hoặc uốn dưới tải bắt đầu trong chất điện môi hữu cơ.
Độ dẫn nhiệt- quá trình truyền nhiệt trong vật liệu. Nó được đặc trưng bởi hệ số dẫn nhiệt được xác định bằng thực nghiệm λ t. λ t là lượng nhiệt truyền trong một giây qua một lớp vật liệu dày 1 m và diện tích bề mặt 1 m 2 với chênh lệch nhiệt độ giữa các bề mặt. lớp 1°K. Hệ số dẫn nhiệt của chất điện môi thay đổi trong một phạm vi rộng. Chất khí, chất điện môi xốp và chất lỏng có giá trị λ t thấp nhất (đối với không khí λ t = 0,025 W/(m K), đối với nước λ t = 0,58 W/(m K)), chất điện môi tinh thể có giá trị cao (đối với thạch anh kết tinh λ t = 12,5 W/(m K)). Hệ số dẫn nhiệt của chất điện môi phụ thuộc vào cấu trúc của chúng (đối với thạch anh nung chảy λ t = 1,25 W/(m K)) và nhiệt độ.
Sự giãn nở nhiệt chất điện môi được đánh giá bằng hệ số nhiệt độ giãn nở tuyến tính: 
. Theo quy luật, vật liệu có độ giãn nở nhiệt thấp sẽ có khả năng chịu nhiệt cao hơn và ngược lại. Sự giãn nở nhiệt của chất điện môi hữu cơ đáng kể (hàng chục và hàng trăm lần) vượt quá sự giãn nở nhiệt của chất điện môi vô cơ. Do đó, độ ổn định kích thước của các bộ phận làm bằng chất điện môi vô cơ trong quá trình dao động nhiệt độ cao hơn đáng kể so với các bộ phận hữu cơ.
1. Dòng hấp thụ
Dòng hấp thụ là dòng điện dịch chuyển thuộc nhiều loại phân cực chậm. Dòng hấp thụ có điện áp không đổi chạy trong chất điện môi cho đến khi thiết lập trạng thái cân bằng, thay đổi hướng khi bật và tắt điện áp. Với điện áp xoay chiều, dòng điện hấp thụ chạy trong suốt thời gian chất điện môi ở trong điện trường.
Nói chung dòng điện j trong chất điện môi là tổng cường độ dòng điện chạy qua j sk và dòng hấp thụ j bụng
j = j sk + j ab.
Dòng hấp thụ có thể được xác định thông qua dòng điện phân cực j cm - tốc độ thay đổi của vectơ cảm ứng điện D
Dòng điện chạy qua được xác định bởi sự truyền (chuyển động) của các hạt mang điện khác nhau trong điện trường.
2. điện tửđộ dẫn điện được đặc trưng bởi sự chuyển động của các electron dưới tác dụng của một trường. Ngoài kim loại, nó còn có trong carbon, oxit kim loại, sunfua và các chất khác, cũng như trong nhiều chất bán dẫn.
3. ion – do sự chuyển động của các ion. Nó được quan sát thấy trong các dung dịch và sự tan chảy của chất điện phân - muối, axit, kiềm, cũng như trong nhiều chất điện môi. Nó được chia thành độ dẫn nội tại và độ dẫn tạp chất. Độ dẫn điện nội tại là do sự chuyển động của các ion thu được trong quá trình phân ly phân tử. Sự chuyển động của các ion trong điện trường đi kèm với quá trình điện phân – sự chuyển chất giữa các điện cực và sự giải phóng chất đó trên các điện cực. Chất lỏng phân cực có tính phân ly cao hơn và có độ dẫn điện cao hơn chất lỏng không phân cực.
Trong chất điện môi lỏng không phân cực và phân cực yếu (dầu khoáng, chất lỏng silicon), độ dẫn điện được xác định bởi tạp chất.
4. Độ dẫn điện của molion – do sự chuyển động của các hạt mang điện gọi là molon. Nó được quan sát thấy trong các hệ keo, nhũ tương , đình chỉ . Chuyển động của các mol dưới tác dụng của điện trường gọi là chuyển động điện di. Trong quá trình điện di, không giống như điện phân, không có chất mới nào được hình thành; nồng độ tương đối của pha phân tán trong các lớp chất lỏng khác nhau thay đổi. Độ dẫn điện được quan sát thấy, ví dụ, trong dầu có chứa nước nhũ hóa.
Như bạn đã biết, không khí xung quanh chúng ta là sự kết hợp của nhiều loại khí và do đó là chất điện môi tốt. Đặc biệt, nhờ điều này, trong nhiều trường hợp có thể tránh được việc phải bố trí thêm các lớp cách điện bằng bất kỳ vật liệu nào xung quanh dây dẫn. Hôm nay chúng ta sẽ nói về tính thấm khí. Nhưng trước hết, có lẽ chúng ta hãy bắt đầu bằng việc xác định chính xác ý nghĩa của thuật ngữ “điện môi”.
Tất cả các chất, tùy thuộc vào khả năng dẫn dòng điện, thường được chia thành ba nhóm lớn: chất dẫn điện, chất bán dẫn và chất điện môi. Cái trước cung cấp lực cản tối thiểu đối với sự truyền trực tiếp của các hạt tích điện qua chúng. Nhóm lớn nhất của họ là kim loại (nhôm, đồng, sắt). Loại thứ hai dẫn dòng điện trong những điều kiện nhất định (silicon, germanium). Chà, cái thứ ba lớn đến mức dòng điện không đi qua chúng. Một ví dụ nổi bật là không khí.
Điều gì xảy ra khi một chất đi vào vùng tác dụng của điện trường? Đối với các chất dẫn điện, câu trả lời là hiển nhiên - một dòng điện xuất hiện (tất nhiên, với sự có mặt của một mạch kín cung cấp “đường đi” cho các hạt). Điều này xảy ra do cách các điện tích tương tác thay đổi. Các quá trình hoàn toàn khác nhau xảy ra khi một trường tác dụng lên vật liệu điện môi. Khi nghiên cứu sự tương tác của các hạt với các hạt, người ta nhận thấy rằng cường độ tương tác không chỉ phụ thuộc vào giá trị số của điện tích mà còn phụ thuộc vào môi trường ngăn cách chúng. Đặc tính quan trọng này được gọi là “hằng số điện môi của một chất”. Trong thực tế, nó là một hệ số hiệu chỉnh vì nó không có thứ nguyên. Nó được định nghĩa là tỷ số giữa giá trị của lực tương tác trong chân không với giá trị trong bất kỳ môi trường nào. Ý nghĩa vật lý của thuật ngữ “hằng số điện môi” như sau: giá trị này biểu thị mức độ suy giảm của điện trường bởi vật liệu điện môi so với chân không. Nguyên nhân của hiện tượng này nằm ở chỗ các phân tử của vật liệu tiêu hao năng lượng trường không phải vào độ dẫn của các hạt mà vào sự phân cực.
Người ta biết rằng không khí bằng sự thống nhất. Nó nhiều hay ít? Hãy tìm ra nó. Bây giờ không cần phải tính toán độc lập giá trị số của độ thấm đối với hầu hết các chất thông thường, vì tất cả dữ liệu này được đưa ra trong các bảng tương ứng. Nhân tiện, chính từ một cái bàn như vậy mà kết quả bằng một đã được lấy. Hằng số điện môi của không khí nhỏ hơn gần 8 lần so với getinax chẳng hạn. Biết được con số này, cũng như giá trị của các điện tích và khoảng cách giữa chúng, người ta có thể tính toán lực tương tác của chúng, chịu sự phân tách bằng không khí hoặc tấm getinax.
Công thức tính sức mạnh như sau:
F = (Q1*Q2) / (4* 3.1416* E0*Es*(r*r)),
trong đó Q1 và Q2 là giá trị điện tích; E0 - độ thấm trong chân không (hằng số bằng 8,86 lũy thừa -12); Es là hằng số điện môi của không khí (“1” hoặc giá trị của bất kỳ chất nào khác, theo bảng); r là khoảng cách giữa các điện tích. Tất cả các kích thước được lấy theo hệ thống SI.
Không nên nhầm lẫn hai khái niệm khác nhau - “độ thấm từ của không khí” và hằng số điện môi của nó. Từ tính là một đặc tính khác của bất kỳ chất nào, cũng đại diện cho một hệ số, nhưng ý nghĩa của nó khác - mối quan hệ và giá trị trong một chất nhất định. Các công thức sử dụng chỉ báo tham chiếu - độ thấm từ tính cho chân không thuần túy. Cả khái niệm thứ nhất và thứ hai đều được sử dụng để thực hiện tính toán của các thiết bị điện khác nhau.
Tính thấm
Hiện tượng phân cực được đánh giá bằng giá trị của hằng số điện môi ε. Tham số ε, đặc trưng cho khả năng hình thành điện dung của vật liệu, được gọi là hằng số điện môi tương đối.
Từ "tương đối" thường được bỏ qua. Cần lưu ý rằng điện dung của phần cách điện với các điện cực, tức là. tụ điện phụ thuộc vào kích thước hình học, cấu hình của các điện cực và cấu trúc của vật liệu tạo thành chất điện môi của tụ điện này.
Trong chân không ε = 1, và mọi chất điện môi luôn lớn hơn 1. Nếu C0 - em-
xương, giữa các bản có chân không có hình dạng và kích thước tùy ý, C là điện dung của tụ điện có cùng kích thước và hình dạng nhưng chứa đầy chất điện môi có hằng số điện môi ε, khi đó
Ký hiệu C0 là hằng số điện (F/m), bằng
С0 = 8.854.10-12,
hãy tìm hằng số điện môi tuyệt đối
ε’ = ε0 .ε.
Hãy xác định giá trị điện dung của một số dạng điện môi.
Đối với tụ điện tấm song song
С = ε0 ε S/h = 8,854 1О-12 ε S/h.
trong đó S là diện tích mặt cắt ngang của điện cực, m2;
h - khoảng cách giữa các điện cực, m.
Giá trị thực tế của hằng số điện môi rất cao. Nó không chỉ xác định khả năng hình thành điện dung của vật liệu mà còn được đưa vào một số phương trình cơ bản mô tả các quá trình vật lý xảy ra trong chất điện môi.
Hằng số điện môi của chất khí, do mật độ thấp (do khoảng cách lớn giữa các phân tử), không đáng kể và gần bằng 1. Thông thường sự phân cực của khí là điện tử hoặc lưỡng cực nếu các phân tử có cực. Bán kính phân tử càng lớn thì ε của khí càng cao. Sự thay đổi số lượng phân tử khí trên một đơn vị thể tích khí (n) cùng với sự thay đổi về nhiệt độ và áp suất sẽ gây ra sự thay đổi hằng số điện môi của khí. Số lượng phân tử N tỉ lệ thuận với áp suất và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối.
Khi độ ẩm thay đổi, hằng số điện môi của không khí thay đổi một chút tỷ lệ thuận với sự thay đổi độ ẩm (ở nhiệt độ phòng). Ở nhiệt độ cao, ảnh hưởng của độ ẩm tăng lên đáng kể. Sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số điện môi được đặc trưng bởi biểu thức
TKε = 1/ε(dε/dT).
Sử dụng biểu thức này, người ta có thể tính được sự thay đổi tương đối của hằng số điện môi khi nhiệt độ thay đổi 1 0 K - gọi là hệ số nhiệt độ TC của hằng số điện môi.
Giá trị TC của khí không phân cực được tính theo công thức
T K ε = (ε -1)/dT.
trong đó T là nhiệt độ. ĐẾN.
Hằng số điện môi của chất lỏng phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc của chúng. Giá trị ε của chất lỏng không phân cực nhỏ và gần bằng bình phương chiết suất của ánh sáng n 2. Hằng số điện môi của chất lỏng có cực, được sử dụng làm chất điện môi kỹ thuật, nằm trong khoảng từ 3,5 đến 5, cao hơn đáng kể hơn chất lỏng không phân cực.
Do đó, độ phân cực của chất lỏng chứa các phân tử lưỡng cực được xác định đồng thời bằng phân cực điện tử và phân cực hồi phục lưỡng cực.
Chất lỏng có độ phân cực cao được đặc trưng bởi giá trị ε cao do tính dẫn điện cao. Sự phụ thuộc nhiệt độ của ε trong chất lỏng lưỡng cực phức tạp hơn trong chất lỏng trung tính.
Do đó, ε ở tần số 50 Hz đối với biphenyl clo hóa (savol) tăng nhanh do độ nhớt của chất lỏng giảm mạnh và lưỡng cực
các phân tử có thời gian để tự định hướng sau khi thay đổi nhiệt độ.
Sự giảm ε xảy ra do chuyển động nhiệt của các phân tử tăng lên, ngăn cản sự định hướng của chúng theo hướng của điện trường.
Chất điện môi được chia thành bốn nhóm theo loại phân cực:
Nhóm đầu tiên là thành phần đơn, đồng nhất, tinh khiết, không có chất phụ gia, chất điện môi, chủ yếu có sự phân cực điện tử hoặc sự đóng gói dày đặc của các ion. Chúng bao gồm các chất điện môi rắn không phân cực và phân cực yếu ở trạng thái tinh thể hoặc vô định hình, cũng như các chất lỏng và khí không phân cực và phân cực yếu.
Nhóm thứ hai là các chất điện môi kỹ thuật với các phân cực điện tử, ion và lưỡng cực đồng thời. Chúng bao gồm các chất bán lỏng và rắn hữu cơ phân cực (lưỡng cực), chẳng hạn như hợp chất nhựa thông dầu, cellulose, nhựa epoxy và vật liệu composite làm từ các chất này.
Nhóm thứ ba là chất điện môi kỹ thuật có phân cực ion và điện tử; chất điện môi có phân cực thư giãn điện tử và ion được chia thành hai nhóm nhỏ. Phân nhóm thứ nhất bao gồm chủ yếu là các chất kết tinh với mật độ dày đặc của các ion ε< 3,0.
Phân nhóm thứ hai bao gồm thủy tinh vô cơ và các vật liệu có chứa pha thủy tinh, cũng như các chất kết tinh có chứa các ion lỏng lẻo.
Nhóm thứ tư bao gồm các chất sắt điện có các phân cực tự phục hồi, điện tử, ion, electron-ion, cũng như sự di chuyển hoặc điện áp cao cho các vật liệu composite, phức tạp và nhiều lớp.
4. Tổn thất điện môi của vật liệu cách điện. Các loại tổn thất điện môi.
Tổn thất điện môi là công suất tiêu tán trong chất điện môi khi tiếp xúc với điện trường và gây nóng lên chất điện môi.
Tổn thất trong chất điện môi được quan sát thấy ở cả điện áp xoay chiều và điện áp không đổi, do dòng điện chạy qua do tính dẫn điện được phát hiện trong vật liệu. Ở điện áp không đổi, khi không có sự phân cực định kỳ, chất lượng của vật liệu được đặc trưng, như đã chỉ ra ở trên, bằng các giá trị thể tích riêng và điện trở bề mặt. Với điện áp xoay chiều, cần phải sử dụng một số đặc tính khác về chất lượng của vật liệu, vì trong trường hợp này, ngoài dòng điện chạy qua, còn có thêm nguyên nhân gây tổn thất điện môi.
Tổn hao điện môi trong vật liệu cách điện có thể được đặc trưng bằng sự tiêu tán công suất trên một đơn vị thể tích hoặc tổn hao riêng; Thông thường, để đánh giá khả năng tiêu tán năng lượng của chất điện môi trong điện trường, người ta sử dụng góc tổn thất điện môi cũng như tiếp tuyến của góc này.
Cơm. 3-1. Sự phụ thuộc của điện tích vào điện áp đối với chất điện môi tuyến tính không tổn hao (a), có tổn hao (b)
Góc tổn thất điện môi là góc bù tới 90° góc dịch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch điện dung. Đối với một chất điện môi lý tưởng, vectơ dòng điện trong mạch như vậy sẽ dẫn vectơ điện áp một góc 90°, trong khi góc tổn hao điện môi sẽ bằng 0. Công suất tiêu tán trong chất điện môi càng lớn, chuyển thành nhiệt thì góc lệch pha càng nhỏ và góc cũng như hàm số tg của nó càng lớn.
Từ lý thuyết dòng điện xoay chiều, người ta biết rằng công suất tác dụng
Ra = UI cos (3-1)
Chúng ta hãy biểu diễn công suất của các mạch nối tiếp và mạch song song theo điện dung Cs và Cp và góc , là phần bù của góc lên tới 90°.
Đối với mạch tuần tự, sử dụng biểu thức (3-1) và sơ đồ vectơ tương ứng, ta có
P a = 
(3-2)
tg = Cs rs (3-3)
Đối với mạch song song
Pa =UI a =U 2 C p tg (3-4)
tg = (3-5)
Phương trình biểu thức (3-2) và (3-4), cũng như (3-3) và (3-5), ta tìm được mối quan hệ giữa Cp và Cs và giữa rp và rs
C p =C s /1+tg 2 (3-6)
r p = r s (1+ 1/ tg 2 ) (3-7)
Đối với chất điện môi chất lượng cao, bạn có thể bỏ qua giá trị của tg2 so với đơn vị trong công thức (3-8) và xem xét Cp Cs C. Trong trường hợp này, biểu thức tính công suất tiêu tán trong chất điện môi sẽ giống nhau cho cả hai mạch:
P a U 2 C tg (3-8)
trong đó Ra là công suất tác dụng, W; U - điện áp, V; - tần số góc, s-1; C - công suất, F.
Điện trở rr trong mạch song song, như sau trong biểu thức (3-7), lớn hơn nhiều lần so với điện trở rs. Biểu thức tính tổn hao điện môi cụ thể, tức là công suất tiêu tán trên một đơn vị thể tích của chất điện môi, có dạng:
(3-9)
trong đó p - tổn thất riêng, W/m3; =2 - tần số góc, s-1, E - cường độ điện trường, V/m.
Thật vậy, sức chứa giữa các mặt đối diện của hình lập phương có cạnh 1 m sẽ là
C1 = 0 r, thành phần phản ứng của độ dẫn điện
(3-10)
một thành phần hoạt động
Sau khi xác định bằng một số phương pháp ở một tần số nhất định các tham số của mạch tương đương của chất điện môi đang nghiên cứu (Cp và rr hoặc Cs và rs), nói chung, người ta không thể coi các giá trị thu được của điện dung và điện trở là vốn có trong một tụ điện đã cho và sử dụng những dữ liệu này để tính toán góc tổn thất ở tần số khác. Việc tính toán như vậy chỉ có thể được thực hiện nếu mạch tương đương có cơ sở vật lý nhất định. Vì vậy, ví dụ, nếu người ta biết đối với một chất điện môi nhất định mà tổn thất trong nó chỉ được xác định bởi tổn thất do tính dẫn điện ở một dải tần số rộng, thì góc tổn hao của tụ điện có chất điện môi như vậy có thể được tính cho bất kỳ tần số nào. nằm trong phạm vi này
tg =1/ Crp (3-12)
trong đó C và rp là điện dung và điện trở không đổi được đo ở tần số nhất định.
Như dễ thấy, tổn hao trong tụ điện như vậy không phụ thuộc vào tần số:
Pa=U2/ rp (3-13)
ngược lại, nếu tổn hao trong tụ điện được xác định chủ yếu bởi điện trở của dây nguồn cũng như điện trở của bản thân các điện cực (ví dụ: một lớp bạc mỏng) thì công suất tiêu tán trong tụ điện đó sẽ tăng tỉ lệ với bình phương tần số:
Pa=U2 C tg =U2 C Crs=U2 2C2rs (3-14)
Từ biểu thức cuối cùng, chúng ta có thể rút ra một kết luận thực tế rất quan trọng: tụ điện được thiết kế để hoạt động ở tần số cao phải có điện trở thấp nhất có thể của cả điện cực, dây kết nối và các tiếp điểm chuyển tiếp.
Tổn thất điện môi, theo đặc điểm và tính chất vật lý của chúng, có thể được chia thành bốn loại chính:
1) tổn thất điện môi do phân cực;
2) tổn thất điện môi do dẫn điện;
tổn thất điện môi ion hóa;
tổn thất điện môi do cấu trúc không đồng nhất.
Tổn thất điện môi do phân cực đặc biệt được quan sát rõ ràng trong các chất có độ phân cực thư giãn: trong chất điện môi có cấu trúc lưỡng cực và trong chất điện môi có cấu trúc ion với sự sắp xếp lỏng lẻo của các ion.
Tổn thất điện môi thư giãn được gây ra bởi sự gián đoạn chuyển động nhiệt của các hạt dưới tác dụng của lực điện trường.
Tổn thất điện môi quan sát được trong vật liệu sắt điện có liên quan đến hiện tượng phân cực tự phát. Do đó, tổn thất trong chất sắt điện là đáng kể ở nhiệt độ dưới điểm Curie, khi quan sát thấy sự phân cực tự phát. Ở nhiệt độ trên điểm Curie, tổn hao trong chất sắt điện giảm. Sự lão hóa điện của sắt điện đi kèm với sự giảm tổn thất nhẹ theo thời gian.
Tổn thất điện môi do phân cực cũng bao gồm cái gọi là tổn thất cộng hưởng xuất hiện trong chất điện môi ở tần số cao. Loại tổn thất này được quan sát thấy rõ ràng ở một số chất khí ở tần số được xác định nghiêm ngặt và được thể hiện ở sự hấp thụ mạnh mẽ năng lượng điện trường.
Tổn thất cộng hưởng cũng có thể xảy ra trong chất rắn nếu tần số dao động cưỡng bức do điện trường gây ra trùng với tần số tự nhiên của các hạt chất rắn. Sự hiện diện của cực đại trong sự phụ thuộc tần số của tg cũng là đặc trưng của cơ chế suy hao cộng hưởng, nhưng trong trường hợp này nhiệt độ không ảnh hưởng đến vị trí của cực đại.
Tổn thất điện môi do tính dẫn điện được tìm thấy trong các chất điện môi có thể tích hoặc độ dẫn bề mặt đáng chú ý.
Tiếp tuyến tổn thất điện môi trong trường hợp này có thể được tính bằng công thức
Tổn thất điện môi loại này không phụ thuộc vào tần số trường; tg giảm theo tần số theo định luật hyperbol.
Tổn thất điện môi do độ dẫn điện tăng theo nhiệt độ theo định luật hàm mũ
PaT=Aexp(-b/T) (3-16)
trong đó A, b là các hằng số vật chất. Công thức (3-16) có thể được viết lại gần đúng như sau:
PaT=Pa0exp( t) (3-17)
trong đó PaT - tổn thất ở nhiệt độ t, °C; Pa0 - tổn thất ở nhiệt độ 0°C; - hằng số vật chất.
Tiếp tuyến tổn thất điện môi thay đổi theo nhiệt độ theo cùng một định luật được sử dụng để tính gần đúng sự phụ thuộc nhiệt độ của Pa, vì sự thay đổi nhiệt độ của điện dung có thể bị bỏ qua.
Tổn thất điện môi ion hóa là đặc trưng của chất điện môi và trạng thái khí; Tổn thất ion hóa biểu hiện ở điện trường không đồng nhất với cường độ vượt quá giá trị tương ứng với thời điểm bắt đầu ion hóa một loại khí nhất định. Tổn thất ion hóa có thể được tính bằng công thức
Pa.u=A1f(U-Ui)3 (3-18)
trong đó A1 là hệ số không đổi; f - tần số trường; U - điện áp đặt vào; Ui là điện áp tương ứng với thời điểm bắt đầu ion hóa.
Công thức (3-18) đúng với U > Ui và sự phụ thuộc tuyến tính của tg vào E. Điện áp ion hóa Ui phụ thuộc vào áp suất tại đó chất khí được định vị, vì sự phát triển của quá trình ion hóa do va chạm của các phân tử có liên quan đến nồng độ tự do trung bình đường đi của các hạt mang điện.
Tổn thất điện môi do tính không đồng nhất về cấu trúc được quan sát thấy trong các chất điện môi phân lớp, từ giấy và vải tẩm, trong nhựa độn, trong gốm xốp ở micanite, micalex, v.v..
Do tính đa dạng về cấu trúc của chất điện môi không đồng nhất và đặc tính của các thành phần chứa trong chúng nên không có công thức chung để tính tổn thất điện môi loại này.