5.8.2. Chất điện môi lỏng

Chia thành 3 nhóm:

1) dầu mỏ;

2) chất lỏng tổng hợp;

3) dầu thực vật.

Chất điện môi lỏng được sử dụng để ngâm tẩm cáp điện áp cao, tụ điện, để làm đầy máy biến áp, công tắc và ống lót. Ngoài ra, chúng còn thực hiện các chức năng của chất làm mát trong máy biến áp, bình chữa cháy hồ quang trong công tắc, v.v.

Dầu mỏ

Dầu mỏ là hỗn hợp của các hydrocacbon parafin ( C n H 2 n+ 2) và naphthenic (C n H 2 n ) hàng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện như dầu máy biến áp, dầu cáp và tụ điện. Dầu, lấp đầy các khoảng trống và lỗ rỗng bên trong các sản phẩm và lắp đặt điện, làm tăng độ bền điện của vật liệu cách nhiệt và cải thiện khả năng thoát nhiệt khỏi sản phẩm.

Dầu biến thế thu được từ dầu mỏ bằng cách chưng cất. Các đặc tính điện của dầu biến thế phần lớn phụ thuộc vào chất lượng lọc tạp chất, hàm lượng nước và mức độ khử khí của dầu. Hằng số điện môi của dầu 2,2, điện trở suất 10 13 Ohm tôi.

Mục đích của dầu biến thế là tăng độ bền điện của vật liệu cách điện; loại bỏ nhiệt; thúc đẩy việc dập tắt hồ quang trong máy cắt dầu, nâng cao chất lượng cách điện trong các sản phẩm điện: biến trở, tụ điện giấy, cáp cách điện bằng giấy, cáp điện - bằng cách đổ và ngâm tẩm.

Dầu máy biến áp bị lão hóa trong quá trình vận hành, làm giảm chất lượng của nó. Lão hóa dầu được thúc đẩy bởi: dầu tiếp xúc với không khí, nhiệt độ cao, tiếp xúc với kim loại (Củ, Рb, Fe), tiếp xúc với ánh sáng. Để tăng tuổi thọ sử dụng, dầu được tái sinh bằng cách làm sạch và loại bỏ các sản phẩm lão hóa và bổ sung chất ức chế.

CápVà tụ điện Dầu khác với dầu biến áp ở chất lượng lọc cao hơn.

Chất điện môi lỏng tổng hợp

Chất điện môi lỏng tổng hợp có một số đặc tính vượt trội hơn so với dầu cách điện gốc dầu mỏ.

Hydrocacbon clo hóa

Sovol – pentachlorobiphenyl C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 , thu được bằng cách clo hóa biphenyl 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

Sovolđược sử dụng để ngâm tẩm và làm đầy tụ điện. Nó có hằng số điện môi cao hơn so với dầu mỏ. Hằng số điện môi Sovol 5,0, điện trở suất 10 11 ¸ 10 12 Ôm m.Sovol được sử dụng để ngâm tẩm độ bền của giấy và tụ điện đài phát thanh với công suất riêng tăng và điện áp hoạt động thấp.

Sovtol – một hỗn hợp của con cú với triclobenzen. Dùng để cách điện máy biến áp chống cháy nổ.

Chất lỏng silicon hữu cơ

Phổ biến nhất là polydimetylsiloxan, polydietylsiloxan, polymetylphenylsiloxan chất lỏng.

Chất lỏng polysiloxan – polyme organosilicon lỏng ( polyorganosiloxan), có những đặc tính có giá trị như: cao khả năng chịu nhiệt, độ trơ hóa học, độ hút ẩm thấp, điểm đông đặc thấp, đặc tính điện cao trong phạm vi tần số và nhiệt độ rộng.

Polyorganosiloxan lỏng là các hợp chất polymer có mức độ trùng hợp thấp, các phân tử chứa nhóm nguyên tử siloxane

,

nơi các nguyên tử silicon liên kết với các gốc hữu cơ R: metyl CH 3, etyl C 2 H 5, phenyl C 6 H 5 . Các phân tử chất lỏng polyorganosiloxane có thể có cấu trúc tuyến tính, phân nhánh tuyến tính và tuần hoàn.

Chất lỏng polymethylsiloxan thu được bằng cách thủy phân dimethyldichlorosilane trộn với trimethylchlorosilane .

Chất lỏng thu được không màu, hòa tan trong hydrocacbon thơm, dichloroethane và một số dung môi hữu cơ khác, đồng thời không hòa tan trong rượu và axeton. Polymethylsiloxan Chúng trơ ​​về mặt hóa học, không có tác dụng mạnh đối với kim loại và không tương tác với hầu hết các chất điện môi và cao su hữu cơ. Hằng số điện môi 2.0¸ 2,8, điện trở suất 10 12 Ôi tôi, cường độ điện 12¸ 20 MV/m

Công thức polydimetylsiloxan MỘT trông giống như

– Sĩ(CH 3 ) 3 – O – [ Sĩ(CH 3 ) 2 – O ] N -Sĩ(CH 3 ) = O

Các polyme organosilicon lỏng được sử dụng như:

Polydiethylsiloxan – thu được bằng cách thủy phân diethyldichlorosilane Và trietylchlorosilan . Chúng có phạm vi nhiệt độ sôi rộng. Cấu trúc được thể hiện bằng công thức:

Tính chất phụ thuộc vào điểm sôi. Tính chất điện giống như tính chất polydimetylsiloxan.

Chất lỏng polymethylphenylsiloxan có cấu trúc được biểu diễn bằng công thức

Thu được bằng cách thủy phân phenylmetyldichlorosilan vv Dầu nhớt. Sau khi xử lýNaOHđộ nhớt tăng 3 lần. Chịu được nhiệt độ lên tới 250°C trong 1000 giờ. Tính chất điện cũng giống như tính chất polydimetylsiloxan.

Tại γ - chiếu xạ, độ nhớt của chất lỏng organosilicon tăng lên rất nhiều và đặc tính điện môi giảm mạnh. Với một lượng lớn bức xạ, chất lỏng biến thành dẻo dai khối lượng, và sau đó thành một cơ thể rắn chắc, giòn.

Chất lỏng organofluorine

Chất lỏng organofluorine – Từ 8 F 16 – không cháy và chống cháy nổ, chịu nhiệt cao(200°C), có độ hút ẩm thấp. Cặp của họ có độ bền điện cao. Chất lỏng có độ nhớt thấp và dễ bay hơi. Chúng có khả năng tản nhiệt tốt hơn dầu mỏ và chất lỏng silicon.–) N,

là một polymer không phân cực có cấu trúc tuyến tính. Thu được bằng cách trùng hợp khí ethylene C 2 H 4 ở áp suất cao (lên tới 300 MPa) hoặc ở áp suất thấp (lên tới 0,6 MPa). Trọng lượng phân tử của polyetylen áp suất cao là 18000 - 40000, polyetylen mật độ thấp là 60000 - 800000.

Các phân tử polyetylen có khả năng hình thành các vùng vật liệu với sự sắp xếp có trật tự của các chuỗi (tinh thể), do đó polyetylen bao gồm hai pha (tinh thể và vô định hình), tỷ lệ xác định tính chất cơ học và nhiệt của nó. Vô định hình mang lại cho vật liệu tính chất đàn hồi và tinh thể mang lại độ cứng. Pha vô định hình có nhiệt độ chuyển thủy tinh là +80 °C. Pha tinh thể có nồng độ cao hơn khả năng chịu nhiệt.

Các tập hợp của các phân tử polyetylen pha tinh thể là các khối cầu có cấu trúc trực giao. Hàm lượng pha tinh thể (lên tới 90%) trong polyetylen mật độ thấp cao hơn trong polyetylen mật độ cao (lên tới 60%). Do độ kết tinh cao, polyetylen mật độ thấp có điểm nóng chảy cao hơn (120 -125 ° C) và độ bền kéo cao hơn. Cấu trúc của polyetylen phần lớn phụ thuộc vào chế độ làm mát. Với sự làm mát nhanh chóng của nó, các quả cầu nhỏ được hình thành, với sự làm lạnh chậm - những quả cầu lớn. Polyetylen được làm nguội nhanh sẽ linh hoạt hơn và ít cứng hơn.

Các tính chất của polyetylen phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, độ tinh khiết và tạp chất lạ. Tính chất cơ học phụ thuộc vào mức độ trùng hợp. Polyethylene có khả năng kháng hóa chất lớn. Là vật liệu cách điện, nó được sử dụng rộng rãi trong ngành cáp và sản xuất dây cách điện.

Hiện nay, các loại sản phẩm polyetylen và polyetylen sau đây được sản xuất:

1. polyetylen áp suất thấp và cao - (n.d.) và (v.d.);

2. polyetylen mật độ thấp cho ngành cáp;

3. polyetylen trọng lượng phân tử thấp có áp suất cao hoặc trung bình;

4. polyetylen xốp;

5. ống nhựa đặc biệt polyetylen;

6. polyethylene để sản xuất cáp HF;

7. polyetylen dẫn điện cho ngành cáp;

8. polyetylen chứa đầy bồ hóng;

9. polyetylen chlorosulfonat hóa;

10. màng polyetylen.

nhựa huỳnh quang

Có một số loại polyme fluorocarbon, có thể phân cực hoặc không phân cực.

Chúng ta hãy xem xét các tính chất của sản phẩm của phản ứng trùng hợp khí tetrafluoroetylen

(F2C = CF2).

Nhựa huỳnh quang – 4(polytetrafluoroethylene) – bột màu trắng lỏng. Cấu trúc của các phân tử trông giống như

Các phân tử PTFE có cấu trúc đối xứng. Vì vậy, nhựa huỳnh quang là chất điện môi không phân cực.

Tính đối xứng của phân tử và độ tinh khiết cao mang lại hiệu suất điện cao. Năng lượng liên kết lớn hơn giữa C và F mang lại cho nó khả năng chống lạnh cao và khả năng chịu nhiệt. Các bộ phận vô tuyến làm từ nó có thể hoạt động ở nhiệt độ -195 ữ +250°C. Không cháy, kháng hóa chất, không hút ẩm, kỵ nước và không bị ảnh hưởng bởi nấm mốc. Điện trở suất là 10 15 ¸ 10 18 Ôi tôi, hằng số điện môi 1,9¸ 2.2, cường độ điện 20¸ 30 MV/m

Các bộ phận vô tuyến được làm từ bột fluoroplastic bằng cách ép lạnh. Sản phẩm ép được nung trong lò ở nhiệt độ 360 - 380°C. Với khả năng làm lạnh nhanh, sản phẩm được làm cứng với độ bền cơ học cao. Với khả năng làm lạnh chậm - không đông cứng. Chúng dễ xử lý hơn, ít cứng hơn và có đặc tính điện cao. Khi các bộ phận được làm nóng đến 370°, chúng chuyển từ trạng thái tinh thể sang trạng thái vô định hình và trở nên trong suốt. Sự phân hủy nhiệt của vật liệu bắt đầu ở nhiệt độ > 400°. Đồng thời Flo độc hại được hình thành.

Nhược điểm của fluoroplastic là tính lưu động của nó dưới tải trọng cơ học. Nó có khả năng chống bức xạ thấp và tốn nhiều công sức để chế biến thành sản phẩm. Một trong những chất điện môi tốt nhất cho công nghệ RF và vi sóng. Họ sản xuất các sản phẩm kỹ thuật điện và vô tuyến dưới dạng tấm, đĩa, vòng và hình trụ. Cáp HF được cách điện bằng một màng mỏng, được nén lại trong quá trình co ngót.

Fluoroplastic có thể được biến đổi bằng cách sử dụng chất độn - sợi thủy tinh, boron nitrit, muội than, v.v., giúp thu được vật liệu có các đặc tính mới và cải thiện các đặc tính hiện có.

Hằng số điện môi có thể có độ phân tán.

Một số chất điện môi có những tính chất vật lý thú vị.

Liên kết

• Quỹ ảo khoa học tự nhiên và hiệu ứng khoa học kỹ thuật “Vật lý hiệu quả”

Quỹ Wikimedia.

Xem “Điện môi” là gì trong các từ điển khác:

ĐIỆN LỰC, chất dẫn điện kém (điện trở suất khoảng 1010 Ohm? m). Có chất điện môi rắn, lỏng và khí. Điện trường ngoài gây ra sự phân cực của chất điện môi. Trong một số trường hợp khó khăn... ... Bách khoa toàn thư hiện đại

Điện môi- ĐIỆN LỰC, chất dẫn điện kém (điện trở suất khoảng 1010 Ohm'm). Có chất điện môi rắn, lỏng và khí. Điện trường ngoài gây ra sự phân cực của chất điện môi. Trong một số trường hợp khó khăn... ... Từ điển bách khoa minh họa

Các chất dẫn điện kém (điện trở suất 108 1012 Ohm? cm). Có chất điện môi rắn, lỏng và khí. Điện trường ngoài gây ra sự phân cực của chất điện môi. Trong một số chất điện môi rắn... ... Từ điển bách khoa lớn

- (tiếng Anh là chất điện môi, từ tiếng Hy Lạp dia xuyên qua và tiếng Anh là điện điện), chất dẫn điện kém. hiện hành. Thuật ngữ "D." được Faraday đưa ra để chỉ nơi nào điện có thể xuyên qua. cánh đồng. D. yavl. tất cả các loại khí (không bị ion hóa), một số... Bách khoa toàn thư vật lý

ĐIỆN LỰC- ĐIỆN TỬ, chất không dẫn điện hoặc chất cách điện của cơ thể, dẫn điện kém hoặc hoàn toàn không dẫn điện. Ví dụ như những cơ thể như vậy. thủy tinh, mica, lưu huỳnh, parafin, ebonit, sứ, v.v. Đã lâu, khi nghiên cứu về điện... ... Bách khoa toàn thư y học lớn

- (chất cách điện) chất không dẫn điện. Ví dụ về chất điện môi: mica, hổ phách, cao su, lưu huỳnh, thủy tinh, sứ, các loại dầu, v.v. Từ điển Hàng hải Samoilov K.I. M.L.: Nhà xuất bản Hải quân Nhà nước của Liên minh NKVMF ... Từ điển Hàng hải

Tên do Michael Faraday đặt cho các vật thể không dẫn điện hay nói cách khác là dẫn điện kém, chẳng hạn như không khí, thủy tinh, các loại nhựa, lưu huỳnh, v.v. Những vật thể như vậy còn được gọi là chất cách điện. Trước nghiên cứu của Faraday vào những năm 1930... ... Bách khoa toàn thư của Brockhaus và Efron

ĐIỆN LỰC- các chất thực tế không dẫn dòng điện; là rắn, lỏng và khí. Trong điện trường ngoài, D. bị phân cực. Chúng được sử dụng để cách điện các thiết bị điện, trong tụ điện, trong lượng tử... ... Bách khoa toàn thư bách khoa lớn

Những chất không dẫn điện tốt. Thuật ngữ "D." (từ tiếng Hy Lạp diá qua và điện điện tiếng Anh) được M. Faraday (Xem Faraday) giới thiệu để chỉ các chất mà điện trường xuyên qua. Trong bất kỳ chất nào... ... Bách khoa toàn thư vĩ đại của Liên Xô

Chất dẫn điện kém (độ dẫn điện 10 8 10 17 Ohm 1 cm 1). Có chất điện môi rắn, lỏng và khí. Điện trường ngoài gây ra sự phân cực của chất điện môi. Trong một số trường hợp khó khăn... ... Từ điển bách khoa

Sách

• Điện môi và sóng, A. R. Hippel. Tác giả chuyên khảo giới thiệu đến độc giả, một nhà nghiên cứu nổi tiếng trong lĩnh vực điện môi, nhà khoa học người Mỹ A. Hippel đã nhiều lần xuất hiện trên các tạp chí định kỳ và trên…
• Ảnh hưởng của bức xạ laser lên vật liệu polyme. Cơ sở khoa học và vấn đề ứng dụng. Trong 2 cuốn sách. Quyển 1. Vật liệu polyme. Cơ sở khoa học về hoạt động của tia laser trên chất điện môi polymer, B. A. Vinogradov, K. E. Perepelkin, G. P. Meshcherykova. Cuốn sách này chứa thông tin về cấu trúc và các tính chất quang và nhiệt cơ bản của vật liệu polymer, cơ chế hoạt động của bức xạ laser lên chúng trong vùng hồng ngoại, nhìn thấy...

Vật liệu cách điện là vật liệu điện môi được thiết kế để cách điện. Giá trị điện trở dao động từ 10 6 Ohm∙m đến 10 17 Ohm∙m, thậm chí cao hơn đối với các loại khí không bị ion hóa.

Vật liệu cách điện, tùy thuộc vào trạng thái kết tụ của chúng, được chia thành khí, lỏng và rắn. Theo thành phần hóa học - hữu cơ (polyethylene, polystyrene, v.v.) và vô cơ (mica, đá cẩm thạch, v.v.).

Dưới ảnh hưởng của điện trường ứng dụng, tính chất quan trọng nhất của chất điện môi được thể hiện - khả năng phân cực. Phân cực là một quá trình dịch chuyển hoặc định hướng giới hạn của các hạt điện môi mang điện tích và chất điện môi thu được mômen điện cảm ứng. Theo tính chất này, chất điện môi được chia thành “cực”, trong đó các phân tử của chúng có mô men điện không đổi, khác 0 và “không phân cực”, trong đó các phân tử của chúng chỉ thu được mômen điện khi tiếp xúc với điện trường bên ngoài.

Tính chất cơ bản của điện môi:

- thể tích riêng và điện trở bề mặt (độ dẫn điện).

Hệ số nhiệt độ của điện trở TKρ xác định sự thay đổi điện trở suất của vật liệu khi nhiệt độ của nó thay đổi, 0 C -1:

ТКρ=(1/ ρ 2)(dρ / dt ),

trong đó ρ2 là điện trở suất ở nhiệt độ t 2; dρ - thay đổi điện trở suất; dt - Nhiệt độ thay đổi từ ban đầu đến t 2.

Hằng số điện môi của điện môi ε. Có hằng số điện môi tương đối ε r , ε tuyệt đối và hằng số điện môi của chân không ε0 (hằng số điệne 0= 8,85 × 10 -12 sợi/m) . Chúng được kết nối bởi mối quan hệ:

ε=ε r ∙ε0 hoặc ε r =ε/ε0.

Hằng số điện môi tương đối cho biết hằng số điện môi của môi trường lớn hơn hằng số điện môi của chân không bao nhiêu lần.

Hằng số điện môi của chất điện môi khí là khoảng 1, đối với chất điện môi rắn và lỏng không phân cực thường là 2-2,5, đối với chất điện môi phân cực thường nằm trong khoảng 3-8, nhưng có thể đạt tới vài chục và hàng trăm.

Hệ số nhiệt độ của hằng số điện môi TKε r – cho phép bạn đánh giá sự thay đổi Hằng số điện môi khi thay đổi nhiệt độ:

ТКε r =(1/ ε r )(d ε r / dt ).

Tổn thất điện môi là công suất tiêu tán trong chất điện môi khi tiếp xúc với trường điện từ xen kẽ. Tổn thất điện môi có thể được gây ra bởi cả dòng điện dẫn (tổn thất dẫn điện) và độ trễ phân cực khi trường thay đổi (tổn thất thư giãn, di chuyển và tổn thất cộng hưởng). Ngoài ra, trong điện trường mạnh có sự hiện diện của các tạp chất không khí trong chất điện môi, người ta quan sát thấy tổn thất năng lượng bổ sung (tổn thất ion hóa). Tổn hao điện môi phụ thuộc vào điện áp đặt vào U, V, tần số f, Hz, điện dung C , Ф và tiếp tuyến tổn thất điện môi tgδ , W:

P = U 2∙ C ∙2 πf ∙ tanδ .

Tiếp tuyến tổn thất điện môi tgδ xác định công suất tiêu tán trong chất điện môi dưới trường điện từ xen kẽ. Công việc tgδ bằng giá trị của hằng số điện môi tương đối được gọi là hệ số tổn thất:

e" = e r ∙ tan δ .

Độ bền điện môi E pr - cường độ điện trường, khi đạt tới mức đó sẽ xảy ra đánh thủng ở bất kỳ điểm nào của chất điện môi:

E pr= U pr/ h,

bạn ở đâu pr - điện áp đánh thủng, giá trị điện áp cao nhất đặt vào chất điện môi tại thời điểm đánh thủng, h - độ dày điện môi. Kích thước của cường độ điện - V/m.

Khả năng chịu nhiệt. GOST 21515-76 định nghĩa khả năng chịu nhiệt là khả năng của chất điện môi chịu được nhiệt độ cao trong thời gian dài trong thời gian tương đương với tuổi thọ sử dụng của nó mà không làm suy giảm các đặc tính của nó đến mức không thể chấp nhận được.

Theo khả năng chịu nhiệt, chất điện môi được chia thành 7 lớp. Chỉ số nhiệt độ và các lớp chịu nhiệt được đưa ra trong bảng. 1.

Bảng 1. Cấp chịu nhiệt của vật liệu cách điện.

Cấp chịu nhiệt TIK Nhiệt độ, 0 C

90 Y 90

105A105

120E120

130B130

155F155

180H180

180C Trên 180

Nhiệt độ được chỉ định là tối đa cho phép để sử dụng lâu dài.

Điện trở thể tích riêng, hằng số điện môi tương đối, tiếp tuyến tổn hao điện môi, độ bền điện của vật liệu cách điện chính được cho trong Bảng. 2.

Bảng 2. Tính chất điện của vật liệu cách điện cơ bản (ở 20 0 C)

Tênρ, Ohm∙mε r tgδ E pr, kV/mm

Ở tần số 50 Hz Tại 50 Hz

Polystyren 10 13 - 10 15 2,4-2,7(2-4)∙10 -4 25-30

Polyetylen 10 13 - 10 15 2.3(2-3)∙10 -4 40-42

mật độ thấp

Polyetylen 10 13 - 10 15 2,45∙10 -4 40-42

mật độ cao

Polypropylene10 13 - 10 15 2.1(2-3)∙10 -4 30-35

Poly-10 12 - 10 13 3.7(3-5)∙10 -4 24

formaldehyde

Polyurethane 10 12 - 10 13 4.612∙10 -3 20-25

Polymetyl-10 10 - 10 12 3,66∙10 -2 15-18

Metacrylat

PVC10 10 - 10 12 4,7(3-8)∙10 -2 15-20

PET10 12 - 10 13 3,5(2-6)∙10 -4 30

(lavsan)

Fluoroplastic-410 16 - 10 18 2.0(1-3)∙10 -4 27-40

Ký hiệu: ρ - điện trở thể tích riêng, ε r - hằng số điện môi tương đối, tgδ - tiếp tuyến tổn thất điện môi, E pr - cường độ điện.

Chất điện môi là chất không dẫn điện hoặc dẫn điện kém. Các hạt mang điện trong chất điện môi có mật độ không quá 108 mảnh trên mỗi cm khối. Một trong những tính chất chính của vật liệu này là khả năng phân cực trong điện trường.

Tham số đặc trưng của điện môi được gọi là hằng số điện môi, có thể có độ phân tán. Chất điện môi bao gồm nước tinh khiết về mặt hóa học, không khí, nhựa, nhựa, thủy tinh và các loại khí khác nhau.

Tính chất của chất điện môi

Nếu các chất có huy hiệu riêng thì quốc huy của muối Rochelle chắc chắn sẽ được trang trí bằng dây nho, vòng trễ và biểu tượng của nhiều ngành khoa học và công nghệ hiện đại.

Phả hệ của muối Rochelle có từ năm 1672. Khi dược sĩ người Pháp Pierre Segnet lần đầu tiên thu được các tinh thể không màu từ cây nho và sử dụng chúng cho mục đích làm thuốc.

Vào thời điểm đó vẫn chưa thể tưởng tượng được rằng những tinh thể này lại có những đặc tính đáng kinh ngạc. Những tính chất này đã cho chúng ta quyền phân biệt các nhóm đặc biệt với một số lượng lớn chất điện môi:

• Áp điện.
• Nhiệt điện.
• Sắt điện.

Kể từ thời Faraday, người ta đã biết rằng vật liệu điện môi bị phân cực trong điện trường ngoài. Trong trường hợp này, mỗi tế bào cơ bản có mômen điện tương tự như một lưỡng cực điện. Và tổng mômen lưỡng cực trên một đơn vị thể tích xác định vectơ phân cực.

Trong điện môi thông thường, độ phân cực phụ thuộc tuyến tính và duy nhất vào độ lớn của điện trường ngoài. Do đó, độ nhạy điện môi của hầu hết các chất điện môi là không đổi.

P/E=X=const

Mạng tinh thể của hầu hết các chất điện môi được tạo thành từ các ion dương và âm. Trong số các chất kết tinh, tinh thể có mạng hình khối có tính đối xứng cao nhất. Dưới tác dụng của điện trường ngoài, tinh thể bị phân cực và tính đối xứng của nó giảm đi. Khi trường bên ngoài biến mất, tinh thể khôi phục lại tính đối xứng của nó.

Trong một số tinh thể, sự phân cực điện có thể xảy ra một cách tự nhiên khi không có từ trường bên ngoài. Đây là hình dạng của tinh thể gadolinium molypdenate dưới ánh sáng phân cực. Thông thường, sự phân cực tự phát là không đồng đều. Tinh thể được chia thành các miền - các vùng có độ phân cực đồng đều. Sự phát triển của cấu trúc đa miền làm giảm sự phân cực tổng thể.

Nhiệt điện

Trong hỏa điện, màn chắn phân cực tự phát với các điện tích tự do triệt tiêu các điện tích liên kết. Làm nóng một chất nhiệt điện làm thay đổi độ phân cực của nó. Ở nhiệt độ nóng chảy, tính chất nhiệt điện biến mất hoàn toàn.

Một số chất hỏa điện được phân loại là chất sắt điện. Hướng phân cực của chúng có thể bị thay đổi bởi điện trường bên ngoài.

Có một mối quan hệ trễ giữa hướng phân cực của sắt điện và cường độ của trường ngoài.

Trong trường đủ yếu, độ phân cực phụ thuộc tuyến tính vào cường độ trường. Với mức tăng hơn nữa, tất cả các miền được định hướng theo hướng của trường, chuyển sang chế độ bão hòa. Khi trường giảm về 0, tinh thể vẫn bị phân cực. Đoạn CO được gọi là phân cực dư.

Trường tại đó hướng phân cực thay đổi, đoạn DO được gọi là lực cưỡng bức.

Cuối cùng, tinh thể đảo ngược hoàn toàn hướng phân cực. Với sự thay đổi tiếp theo của trường, đường cong phân cực sẽ đóng lại.

Tuy nhiên, trạng thái sắt điện của tinh thể chỉ tồn tại ở một khoảng nhiệt độ nhất định. Đặc biệt, muối Rochelle có hai điểm Curie: -18 và +24 độ, tại đó xảy ra sự chuyển pha bậc hai.

Nhóm sắt điện

Lý thuyết vi mô về sự chuyển pha chia sắt điện thành hai nhóm.

Nhóm đầu tiên

Barium titanate thuộc nhóm đầu tiên, và như nó còn được gọi là nhóm sắt điện loại thiên vị. Ở trạng thái không phân cực, bari titanat có tính đối xứng bậc ba.

Trong quá trình chuyển pha sang trạng thái phân cực, các phân mạng ion bị dịch chuyển và tính đối xứng của cấu trúc tinh thể giảm.

Nhóm thứ hai

Nhóm thứ hai bao gồm các tinh thể thuộc loại natri nitrat, trong đó pha không phân cực có mạng con rối loạn của các thành phần cấu trúc. Ở đây, sự chuyển pha sang trạng thái phân cực gắn liền với trật tự của cấu trúc tinh thể.

Hơn nữa, trong các tinh thể khác nhau có thể có hai hoặc nhiều vị trí cân bằng có thể xảy ra. Có những tinh thể trong đó các chuỗi lưỡng cực có hướng phản song song. Tổng mô men lưỡng cực của các tinh thể như vậy bằng không. Những tinh thể như vậy được gọi là chất phản sắt điện.

Trong đó, sự phụ thuộc phân cực là tuyến tính, cho đến giá trị trường tới hạn.

Sự gia tăng hơn nữa cường độ trường đi kèm với sự chuyển đổi sang pha sắt điện.

Nhóm thứ ba

Có một nhóm tinh thể khác - sắt điện.

Sự định hướng của các mômen lưỡng cực của chúng sao cho theo một hướng chúng có các đặc tính của chất phản sắt điện, và theo hướng khác chúng có các đặc tính của chất sắt điện. Sự chuyển pha trong vật liệu sắt điện có hai loại.

Tại chuyển pha bậc hai tại điểm Curie, độ phân cực tự phát giảm dần về 0 và độ nhạy điện môi, thay đổi mạnh, đạt giá trị rất lớn.

Trong quá trình chuyển pha bậc một, sự phân cực biến mất đột ngột. Độ nhạy điện cũng thay đổi đột ngột.

Hằng số điện môi lớn và độ phân cực điện của sắt điện khiến chúng trở thành vật liệu đầy hứa hẹn cho công nghệ hiện đại. Ví dụ, tính chất phi tuyến của gốm sắt điện trong suốt đã được sử dụng rộng rãi. Ánh sáng càng sáng thì càng được hấp thụ bởi kính đặc biệt.

Điều này có hiệu quả trong việc bảo vệ tầm nhìn của người lao động trong một số ngành có liên quan đến những tia sáng đột ngột và dữ dội. Các tinh thể sắt điện có hiệu ứng quang điện được sử dụng để truyền thông tin bằng chùm tia laser. Trong tầm nhìn, chùm tia laser được mô phỏng trong tinh thể. Sau đó, chùm tia đi vào một tổ hợp thiết bị thu, nơi thông tin được cô lập và tái tạo.

Hiệu ứng áp điện

Năm 1880, anh em nhà Curie phát hiện ra rằng trong quá trình biến dạng của muối Rochelle, các điện tích phân cực xuất hiện trên bề mặt của nó. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng áp điện trực tiếp.

Nếu một tinh thể tiếp xúc với điện trường bên ngoài, nó bắt đầu biến dạng, nghĩa là xảy ra hiệu ứng áp điện ngược.

Tuy nhiên, những thay đổi này không được quan sát thấy trong các tinh thể có tâm đối xứng, ví dụ như trong chì sunfua.

Nếu một tinh thể như vậy tiếp xúc với điện trường ngoài, các mạng con của các ion âm và dương sẽ dịch chuyển theo hướng ngược nhau. Điều này dẫn đến sự phân cực của các tinh thể.

Trong trường hợp này, chúng ta quan sát thấy hiện tượng tĩnh điện, trong đó độ biến dạng tỷ lệ với bình phương của điện trường. Do đó, điện giật được xếp vào loại hiệu ứng đồng đều.

ΔX1=ΔX2

Nếu một tinh thể như vậy bị kéo căng hoặc bị nén thì mô men điện của các lưỡng cực dương sẽ có độ lớn bằng mômen điện của các lưỡng cực âm. Nghĩa là độ phân cực của chất điện môi không thay đổi và hiệu ứng áp điện không xảy ra.

Trong các tinh thể có tính đối xứng thấp, trong quá trình biến dạng, các lực bổ sung của hiệu ứng áp điện nghịch đảo xuất hiện, chống lại các tác động bên ngoài.

Do đó, trong tinh thể không có tâm đối xứng trong phân bố điện tích, độ lớn và hướng của vectơ dịch chuyển phụ thuộc vào độ lớn và hướng của trường ngoài.

Nhờ đó, có thể thực hiện nhiều loại biến dạng khác nhau của tinh thể áp điện. Bằng cách dán các tấm áp điện, bạn có thể có được một phần tử hoạt động ở chế độ nén.

Trong thiết kế này, tấm áp điện uốn cong.

gốm áp điện

Nếu một trường xen kẽ được đặt vào phần tử áp điện như vậy, các dao động đàn hồi sẽ bị kích thích trong nó và sóng âm sẽ xuất hiện. Piezoceramic được sử dụng để sản xuất các sản phẩm áp điện. Nó đại diện cho đa tinh thể của các hợp chất sắt điện hoặc dung dịch rắn dựa trên chúng. Bằng cách thay đổi thành phần của các thành phần và hình dạng hình học của gốm, các thông số áp điện của nó có thể được kiểm soát.

Hiệu ứng áp điện trực tiếp và nghịch đảo được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử. Nhiều đơn vị thiết bị điện âm, điện tử vô tuyến và đo lường: ống dẫn sóng, bộ cộng hưởng, bộ nhân tần, vi mạch, bộ lọc hoạt động bằng cách sử dụng các đặc tính của gốm áp điện.

Động cơ áp điện

Phần tử hoạt động của động cơ áp điện là phần tử áp điện.

Trong một chu kỳ dao động của nguồn điện trường xoay chiều, nó giãn ra và tương tác với rôto, và trong một chu kỳ khác nó trở về vị trí ban đầu.

Các đặc tính cơ và điện tuyệt vời cho phép động cơ áp điện cạnh tranh thành công với các máy vi điện thông thường.

Máy biến áp áp điện

Nguyên lý hoạt động của chúng cũng dựa trên việc sử dụng các đặc tính của gốm áp điện. Dưới tác động của điện áp đầu vào, hiệu ứng áp điện ngược xảy ra trong máy kích thích.

Sóng biến dạng được truyền đến phần máy phát, tại đây, do hiệu ứng áp điện trực tiếp, độ phân cực của chất điện môi thay đổi, dẫn đến thay đổi điện áp đầu ra.

Vì trong máy biến áp áp điện, đầu vào và đầu ra được cách ly về mặt điện nên chức năng chuyển đổi tín hiệu đầu vào thành điện áp và dòng điện, khớp với tải ở đầu vào và đầu ra, tốt hơn so với các máy biến áp thông thường.

Nghiên cứu về các hiện tượng sắt điện và áp điện khác nhau vẫn tiếp tục. Không còn nghi ngờ gì nữa, trong tương lai sẽ có những thiết bị dựa trên những hiệu ứng vật lý mới và đáng ngạc nhiên trong chất rắn.

Phân loại chất điện môi

Tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau, chúng thể hiện các đặc tính cách điện khác nhau, điều này quyết định phạm vi sử dụng của chúng. Sơ đồ dưới đây cho thấy cấu trúc phân loại chất điện môi.

Chất điện môi bao gồm các nguyên tố vô cơ và hữu cơ đã trở nên phổ biến trong nền kinh tế quốc dân.

Vật liệu vô cơ - Đây là những hợp chất của cacbon với nhiều nguyên tố khác nhau. Carbon có khả năng hình thành các hợp chất hóa học cao.

Chất điện môi khoáng

Loại điện môi này xuất hiện cùng với sự phát triển của ngành điện. Công nghệ sản xuất chất điện môi khoáng và các loại của chúng đã được cải tiến đáng kể. Do đó, những vật liệu như vậy đã thay thế các chất điện môi hóa học và tự nhiên.

Vật liệu điện môi khoáng bao gồm:

Thủy tinh(tụ điện, đèn) - một vật liệu vô định hình, bao gồm một hệ thống các oxit phức tạp: silicon, canxi, nhôm. Chúng cải thiện tính chất điện môi của vật liệu.
Men thủy tinh- dán lên bề mặt kim loại.
Sợi thủy tinh– sợi thủy tinh dùng để sản xuất vải sợi thủy tinh.
Hướng dẫn ánh sáng– sợi thủy tinh dẫn ánh sáng, bó sợi.
tình huống- silicat tinh thể.
Gốm sứ– sứ, steatit.
Mica– micalex, nhựa mica, micanite.
Amiăng- Khoáng chất có cấu trúc dạng sợi.

Các chất điện môi khác nhau không phải lúc nào cũng thay thế lẫn nhau. Phạm vi ứng dụng của chúng phụ thuộc vào chi phí, tính dễ sử dụng và đặc tính. Ngoài các đặc tính cách điện, chất điện môi còn phải chịu các yêu cầu về nhiệt và cơ học.

Chất điện môi lỏng

Dầu mỏ

Dầu biến thế đổ vào. Nó phổ biến nhất trong kỹ thuật điện.

Dầu cáp được sử dụng trong sản xuất. Họ tẩm giấy cách điện của dây cáp. Điều này làm tăng cường độ điện và tản nhiệt.

Chất điện môi lỏng tổng hợp

Để tẩm tụ điện, cần có chất điện môi lỏng để tăng điện dung. Những chất như vậy là chất điện môi lỏng trên cơ sở tổng hợp, vượt trội hơn so với dầu mỏ.

Hydrocacbon clo hóa được hình thành từ hydrocarbon bằng cách thay thế các phân tử của nguyên tử hydro bằng nguyên tử clo. Các sản phẩm biphenyl phân cực chứa C 12 H 10 -nC Ln rất phổ biến.

Ưu điểm của chúng là khả năng chống cháy. Một trong những nhược điểm là độc tính của chúng. Độ nhớt của biphenyl clo hóa cao nên chúng phải được pha loãng với hydrocacbon ít nhớt hơn.

Chất lỏng silicon hữu cơ có độ hút ẩm thấp và khả năng chịu nhiệt độ cao. Độ nhớt của chúng phụ thuộc rất ít vào nhiệt độ. Chất lỏng như vậy là đắt tiền.

Chất lỏng organofluorine có tính chất tương tự. Một số mẫu chất lỏng có thể hoạt động ở nhiệt độ 2000 độ trong thời gian dài. Các chất lỏng như vậy ở dạng octol bao gồm hỗn hợp các polyme isobutylene thu được từ các sản phẩm khí crackinh dầu mỏ và có giá thành thấp.

Nhựa tự nhiên

nhựa thông là một loại nhựa có độ dễ vỡ cao hơn và được lấy từ nhựa (nhựa thông). Nhựa thông bao gồm các axit hữu cơ, dễ dàng hòa tan trong dầu mỏ khi đun nóng, cũng như trong các hydrocacbon, rượu và nhựa thông khác.

Nhiệt độ làm mềm của nhựa thông là 50-700 độ. Trong không khí ngoài trời, nhựa thông bị oxy hóa, làm mềm nhanh hơn và hòa tan kém hơn. Nhựa thông hòa tan trong dầu mỏ được sử dụng để tẩm cáp.

Dầu thực vật

Những loại dầu này là chất lỏng nhớt thu được từ các loại hạt thực vật khác nhau. Quan trọng nhất là dầu sấy, có thể cứng lại khi đun nóng. Một lớp dầu mỏng phủ lên bề mặt vật liệu khi khô sẽ tạo thành một lớp màng cách điện cứng, bền.

Tốc độ sấy dầu tăng khi tăng nhiệt độ, ánh sáng và sử dụng chất xúc tác - máy sấy (hợp chất coban, canxi, chì).

Dầu hạt lanh có màu vàng vàng. Nó được lấy từ hạt lanh. Điểm rót của dầu hạt lanh là -200 độ.

Dầu Tung Được làm từ hạt của cây tung. Cây này mọc ở Viễn Đông, cũng như ở vùng Kavkaz. Dầu này không độc hại, nhưng không phải là loại thực phẩm. Dầu Tung cứng lại ở nhiệt độ 0-50 độ. Các loại dầu này được sử dụng trong kỹ thuật điện để sản xuất vecni, vải đánh vecni, ngâm tẩm gỗ và cũng như chất điện môi lỏng.

Dầu thầu dầu được sử dụng để tẩm các tụ điện bằng chất điện môi giấy. Dầu này được lấy từ hạt thầu dầu. Nó cứng lại ở nhiệt độ -10 -180 độ. Dầu thầu dầu dễ tan trong rượu etylic nhưng không tan trong xăng.

tần số thấp. Là tần số cao chất điện môi không phân cực được sử dụng.

3.1. Tính chất điện cơ bản của chất điện môi

Các tính chất điện chính của chất điện môi và đặc tính của chúng được cho trong bảng. 12.

Bảng 12

Tính chất điện của chất điện môi và đặc tính của chúng

		Tài sản	đặc trưng	chỉ định
		Phân cực	Điện môi tương đối
			tính thấm tri
		Độ dẫn điện	Điện cụ thể	ρ, Ohm
			sức chống cự
		Điện môi	Tiếp tuyến của góc điện môi	tgδ
			bầu trời mất mát
		Chuyên gia điện	Đấm căng thẳng	Epr, MV/m

3.1.1. Sự phân cực của chất điện môi

Sự phân cực là sự dịch chuyển đàn hồi của các điện tích liên kết hoặc sự định hướng của các phân tử điện môi trong điện trường. Sự phân cực đi kèm với sự xuất hiện của các điện tích liên kết trên bề mặt chất điện môi.

Khả năng phân cực của chất điện môi được đặc trưng bởi hằng số điện môi tương đối

trong đó C là điện dung của tụ điện có chất điện môi; C 0 là điện dung của tụ điện không có chất điện môi (trong chân không).

Các loại phân cực sau đây được phân biệt:

sự phân cực điện tử- sự dịch chuyển đàn hồi và biến dạng của lớp vỏ điện tử của nguyên tử dưới tác dụng của từ trường bên ngoài (Hình 13, a). Nó là đặc tính của tất cả các chất, nhưng đóng vai trò quyết định trong các chất điện môi không phân cực (khí,

lỏng và rắn). Sự phân cực như vậy xảy ra gần như ngay lập tức (τ = 10-15 s), không mất năng lượng, giá trị của nó không phụ thuộc vào tần số trường;

Cơm. 13. Sơ đồ xảy ra sự phân cực: a - điện tử, b - ion, c - di-

thư giãn hoàn toàn, g - tự phát (tự phát)

phân cực ionđược gây ra bởi sự dịch chuyển của các ion liên kết đàn hồi trong khoảng cách tương tác (Hình 13b). Nó đặc trưng cho các chất có cấu trúc ion, thời gian phân cực ngắn (τ = 10-13 s) và hầu như không bị mất năng lượng;

thư giãn lưỡng cực sự phân cực nằm ở nguồn gốc

sự xâm nhập của các phân tử lưỡng cực dưới tác dụng của lực trường (Hình 13, c).

Nó vốn có trong chất điện môi phân cực, xảy ra theo thời gian (τ = 10-2 s) và kèm theo tổn thất năng lượng;

sự phân cực tự phát (tự phát)quan sát thấy trong sắt điện. Đây là những chất bao gồm các vùng nhiễm điện - các miền có mô men điện. Trong trường hợp không có trường bên ngoài, các miền được định vị ngẫu nhiên và tổng mômen bằng không. Trong một trường bên ngoài, sự định hướng lại các miền xảy ra và tạo ra hiệu ứng phân cực mạnh (Hình 13d): điện môi tương đối

Độ thấm khu vực đạt ε = 105.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân cực của chất điện môi

Sự thay đổi hằng số điện môi tương đối khi thay đổi nhiệt độ được đặc trưng bởi hệ số nhiệt độ

αε =
	ε dT

Với sự phân cực điện tử, hằng số điện môi tương đối giảm nhẹ khi nhiệt độ tăng do mật độ của chất giảm (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) (đường cong 2 trong Hình 14). Sự phân cực hồi phục lưỡng cực phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ của môi trường. Khi nhiệt độ ngày càng tăng, lực tương tác giữa các phân tử yếu đi và các phân tử lưỡng cực dễ dàng định hướng hơn trong trường bên ngoài - ε tăng. Khi nhiệt độ tăng thêm, chuyển động nhiệt mạnh của các phân tử làm suy yếu ảnh hưởng định hướng của trường - ε giảm (đường cong 3 trong Hình 14). Với sự phân cực tự phát, giá trị của nó tăng lên đến một nhiệt độ nhất định (điểm Tc - Curie), trên đó chất sắt điện mất đi các đặc tính riêng của nó (đường cong 4 trong Hình 14).

Cơm. 14. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ thấm điện môi tương đối

giá trị phân cực: 1 - điện tử, 2 - ion, 3 - hồi phục lưỡng cực, 4 - tự phát

Ảnh hưởng của cường độ điện trường đến độ phân cực của chất điện môi

Dựa vào ảnh hưởng của cường độ điện trường lên hằng số điện môi tương đối, người ta phân biệt điện môi tuyến tính và phi tuyến. Điện dung của tụ điện có chất điện môi tuyến tính chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học của nó và ε không phụ thuộc vào cường độ trường ngoài (Hình 15a).

Số lượng điện môi áp đảo thuộc về điện môi tuyến tính:

chất điện môi không phân cực với sự phân cực điện tử - khí, chất lỏng, chất rắn kết tinh và vô định hình (benzen, parafin, lưu huỳnh, polyetylen, v.v.);

điện môi phân cực với thư giãn lưỡng cực và phân cực điện tử - chất lỏng và chất rắn hữu cơ (hydrocacbon clo hóa, hầu hết các hợp chất hữu cơ dựa trên polyme, v.v.);

các hợp chất ion vô cơ có sự phân cực ion và điện tử - các chất kết tinh có mật độ dày đặc của các ion (thạch anh, mica, corundum - Al 2 O3, rutil - TiO2, v.v...);