Dielektryki- są to substancje, które nie przewodzą prądu elektrycznego do pewnego poru. W pewnych warunkach powstaje w nich przewodnictwo. Warunki te są mechaniczne, termiczne - ogólnie energetyczne rodzaje wpływów. Oprócz dielektryków substancje dzieli się również na przewodniki i półprzewodniki.
Czym dielektryki różnią się od przewodników i półprzewodników
Teoretyczną różnicę między tymi trzema rodzajami materiałów można sobie wyobrazić i zrobię to na poniższym obrazku:
Rysunek jest piękny, znajomy ze szkoły, ale nie da się z niego wyciągnąć niczego praktycznego. Jednak to arcydzieło graficzne wyraźnie definiuje różnicę między przewodnikiem, półprzewodnikiem i dielektrykiem.
Różnica polega na wielkości bariery energetycznej między pasmem walencyjnym a pasmem przewodnictwa.
W przewodnikach elektrony znajdują się w paśmie walencyjnym, ale nie wszystkie, ponieważ pasmo walencyjne jest najbardziej zewnętrzną granicą. Dokładnie, to tak jak z migrantami. Strefa przewodowa jest pusta, ale cieszy gości, bo ma dla nich dużo wolnych miejsc pracy w postaci stref darmowej energii. Po wystawieniu na działanie zewnętrznego pola elektrycznego, najbardziej zewnętrzne elektrony pozyskują energię i przemieszczają się na wolne poziomy pasma przewodnictwa. Ten ruch nazywamy również prądem elektrycznym.
W dielektrykach i przewodnikach wszystko jest takie samo, z wyjątkiem tego, że jest „ogrodzenie” - strefa zakazana. To pasmo znajduje się pomiędzy pasmami walencyjnym i przewodnictwa. Im większa jest ta strefa, tym więcej energii potrzeba elektronom na pokonanie tej odległości. Dielektryki mają większe pasmo niż półprzewodniki. Jest na to nawet warunek: jeśli dE>3Ev() - to jest to dielektryk, w przeciwnym wypadku dE
Rodzaje i rodzaje dielektryków
Klasyfikacja dielektryków jest dość obszerna. Istnieją substancje płynne, stałe i gazowe. Następnie są one dzielone według określonych kryteriów. Poniżej znajduje się warunkowa klasyfikacja dielektryków wraz z przykładami w formie listy.
- gazowy
- - polarny
- - niepolarne (powietrze)
- płyn
- - polarny (woda, amoniak)
- - ciekłe kryształy
- - niepolarny (benzen,)
- solidny
- - centrosymetryczny
- - amorficzny
- - żywice, bitumy (żywica epoksydowa)
- - szkło
- - nieuporządkowane polimery
- - polikryształy
- - nieregularne kryształy
- - ceramika
- - zamówione polimery
- - sitalls
- - monokryształy
- - molekularny
- - kowalencyjne
- - jonowy
- - paraelektryka wyporowa
- - paraelektryka „porządek-zaburzenie”
- - dipol
- - niecentrozymantyczne
- - monokryształy
- - piroelektryka
- - ferroelektryki wyporowe
- - ferroelektryki „porządek-zaburzenie”
- - piroelektryki liniowe
- - piezoelektryki
- - z wiązaniami wodorowymi
- - kowalencyjne
- - jonowy
- - tekstury
- - wady elektroniczne
- - defekty jonowe
- - cząsteczki polarne
- - makrodipole
- - domeny ferroelektryczne
- - kryształy w matrycy
Jeśli weźmiemy dielektryki ciekłe i gazowe, to główna klasyfikacja leży w kwestii polaryzacji. Różnica polega na symetrii cząsteczek. W molekułach polarnych są asymetryczne, w niepolarnych są symetryczne. Niesymetryczne cząsteczki nazywane są dipolami. W cieczach polarnych przewodność jest tak duża, że nie można ich stosować jako substancji izolacyjnych. Dlatego do tych celów stosuje się niepolarny, również transformatorowy olej. A obecność zanieczyszczeń polarnych, nawet w setnych częściach, znacznie obniża pasek przebicia i negatywnie wpływa na właściwości izolacyjne niepolarnych dielektryków.
kryształy to skrzyżowanie cieczy i kryształu, jak sama nazwa wskazuje.
Innym popularnym pytaniem dotyczącym właściwości i zastosowania ciekłych dielektryków będzie: Czy woda jest dielektrykiem czy przewodnikiem? Czysta woda destylowana nie zawiera zanieczyszczeń, które mogłyby spowodować przepływ prądu. Czystą wodę można wytwarzać w warunkach laboratoryjnych, przemysłowych. Te warunki są złożone i trudne do spełnienia dla przeciętnego człowieka. Jest prosty sposób na sprawdzenie, czy woda destylowana przewodzi.
Utwórz obwód elektryczny (źródło prądu - przewód - woda - przewód - żarówka - inny przewód - źródło prądu), w którym naczynie z wodą destylowaną będzie jedną z sekcji, w której będzie płynął prąd. Gdy obwód jest włączony, światło nie zaświeci się - dlatego prąd nie przepływa. Cóż, jeśli się zapali, oznacza to wodę z zanieczyszczeniami.
Dlatego każda woda, którą spotkamy: z kranu, w jeziorze, w łazience – będzie przewodnikiem ze względu na zanieczyszczenia, które stwarzają możliwość przepływu prądu. Nie pływaj podczas burzy, nie pracuj mokrymi rękami z prądem. Chociaż czysta woda destylowana jest dielektrykiem polarnym.
W przypadku dielektryków stałych klasyfikacja polega głównie na kwestii aktywności i pasywności czy czegoś takiego. Jeśli właściwości są stałe, dielektryk jest używany jako materiał izolacyjny, to znaczy jest pasywny. Jeśli właściwości zmieniają się w zależności od wpływów zewnętrznych (ciepło, ciśnienie), to dielektryk ten jest wykorzystywany do innych celów. Papier jest dielektrykiem, jeśli woda jest nasycona wodą, to prąd jest przewodzony i jest przewodnikiem, jeśli papier jest nasycony olejem transformatorowym, to jest dielektrykiem.
Folia jest cienką metalową płytą, metal jest znany jako przewodnik. Na przykład folia PVC jest w sprzedaży, tutaj słowo to folia dla przejrzystości, a słowo PVC do zrozumienia znaczenia - w końcu PVC jest dielektrykiem. Chociaż w Wikipedii - cienka blacha nazywana jest folią.
Ciecze amorficzne- to żywica, szkło, bitum i wosk. Wraz ze wzrostem temperatury ten dielektryk topi się, są to zamrożone substancje - to dzikie definicje, które charakteryzują tylko jeden aspekt prawdy.
Polikryształy- są to jakby zrośnięte kryształy, połączone w jeden kryształ. Na przykład sól.
Monokryształ- jest to kryształ stały, w przeciwieństwie do wspomnianego polikryształu posiadającego ciągłą sieć krystaliczną.
Piezoelektryki- dielektryki, w których pod wpływem działania mechanicznego (naprężanie-ściskanie) zachodzi proces jonizacji. Znajduje zastosowanie w zapalniczkach, detonatorach, badaniach USG.
Piroelektryki- przy zmianie temperatury w tych dielektrykach dochodzi do polaryzacji spontanicznej. Występuje również pod wpływem działania mechanicznego, to znaczy piroelektryki są również piezoelektrykami, ale nie odwrotnie. Przykładami są bursztyn i turmalin.
Właściwości fizyczne dielektryków
Aby ocenić jakość i stopień przydatności dielektryka, konieczne jest niejako opisanie jego parametrów. Jeśli będziesz przestrzegać tych parametrów, możesz zapobiec wypadkowi na czas, wymieniając element na nowy o akceptowalnych parametrach. Te parametry to: polaryzacja, przewodność elektryczna, wytrzymałość dielektryczna i strata dielektryczna. Dla każdego z tych parametrów istnieje własna formuła i stała wartość, w porównaniu z którą wyciąga się wniosek o stopniu przydatności materiału.
Główne właściwości elektryczne dielektryków to polaryzacja (przemieszczenie ładunków) i przewodnictwo elektryczne (zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego).Przemieszczenie związanych ładunków dielektryka lub ich orientację w polu elektrycznym nazywamy polaryzacją. Ta właściwość materiałów dielektrycznych charakteryzuje się względną stałą dielektryczną ε ... Po spolaryzowaniu na powierzchni dielektryka tworzą się związane ładunki elektryczne.
W zależności od rodzaju dielektryka polaryzacja może być: elektronowa, jonowa, dipolowo-relaksacyjna, spontaniczna. Więcej szczegółów na temat ich właściwości na infografice poniżej.
Przewodnictwo elektryczne jest rozumiane jako zdolność dielektryka do przewodzenia prądu elektrycznego. Prąd płynący w dielektryku nazywany jest prądem upływu. Prąd upływu składa się z dwóch elementów - prądu absorpcyjnego i prądu skrośnego. Prądy przelotowe są spowodowane obecnością wolnych ładunków w dielektryku, prąd absorpcyjny jest wynikiem procesów polaryzacyjnych, aż do ustalenia się równowagi w układzie.
Wielkość przewodności elektrycznej zależy od temperatury, wilgotności i ilości wolnych nośników ładunku.
Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodność elektryczna dielektryków, a rezystancja maleje.
Zależność od wilgoci ponownie sprowadza nas do klasyfikacji dielektryków. Rzeczywiście, niepolarne dielektryki nie są zwilżane wodą i nie dbają o zmieniającą się wilgotność. A w dielektrykach polarnych wraz ze wzrostem wilgotności wzrasta zawartość jonów i wzrasta przewodność elektryczna.
Przewodnictwo dielektryczne składa się z przewodności powierzchniowej i objętościowej. Znane jest pojęcie przewodnictwa wolumetrycznego, oznaczanego literą sigma σ. Odwrotność nazywa się rezystywnością objętościową i jest oznaczona literą ro ρ .
Gwałtowny wzrost przewodności w dielektryku wraz ze wzrostem napięcia może prowadzić do przebicia elektrycznego. I podobnie, jeśli rezystancja izolacji spada, to izolacja nie spełnia swojego zadania i należy podjąć odpowiednie środki. Na opór izolacji składają się opór powierzchniowy i objętościowy.
Straty dielektryczne w dielektrykach rozumiane są jako straty prądu wewnątrz dielektryka, które są rozpraszane w postaci ciepła. Aby określić tę wartość, wprowadź parametr tangens delta tgδ... δ - kąt, komplementarny do 90 stopni, kąt między prądem a napięciem w obwodzie o pojemności.
Straty dielektryczne to: rezonans, jonizacja, przewodnictwo elektryczne, relaksacja. Porozmawiajmy teraz bardziej szczegółowo o każdym typie.
Wytrzymałość dielektryczna to stosunek napięcia przebicia do odległości między elektrodami (lub grubości dielektryka). Wartość tę określa minimalna wartość natężenia pola elektrycznego, przy której następuje przebicie.
Rozkład może być elektryczny (jonizacja uderzeniowa, fotojonizacja), termiczny (duże straty dielektryczne, stąd dużo ciepła i może wystąpić zwęglenie z rozpływem) oraz elektrochemiczny (w wyniku tworzenia się ruchomych jonów).
A na końcu tabeli dielektryków, jak mogłoby być bez niej.
Powyższa tabela przedstawia dane dotyczące wytrzymałości dielektrycznej, właściwej rezystancji objętościowej i względnej przenikalności dla różnych substancji. Nie pominięto również tangensa kąta strat dielektrycznych.
Ostatnie artykuły
Najbardziej popularny
Podzielony na 3 grupy:
1) oleje naftowe;
2) płyny syntetyczne;
3) oleje roślinne.
Dielektryki płynne służą do impregnacji kabli wysokiego napięcia, kondensatorów, do napełniania transformatorów, przełączników i przepustów. Ponadto pełnią funkcje chłodziwa w transformatorach, gaszenia łuku w wyłącznikach itp.
Oleje naftowe
Oleje naftowe są mieszaniną węglowodorów parafinowych (С n Н 2 n + 2) i naftenowy (С n Н 2 n ) wiersze. Są szeroko stosowane w elektrotechnice jako oleje transformatorowe, kablowe i kondensatorowe. Olej wypełniający szczeliny i pory wewnątrz instalacji i produktów elektrycznych zwiększa wytrzymałość dielektryczną izolacji i poprawia odprowadzanie ciepła z produktów.
Olej transformatorowy otrzymywany z ropy naftowej przez destylację. Właściwości elektryczne oleju transformatorowego w dużej mierze zależą od jakości oczyszczenia oleju z zanieczyszczeń, zawartości wody i stopnia odgazowania. Stała dielektryczna oleju 2,2, właściwa rezystancja elektryczna 10 13 Ohm m.
Zadaniem olejów transformatorowych jest zwiększenie wytrzymałości dielektrycznej izolacji; usuń ciepło; promować łuk w wyłącznikach olejowych, poprawiać jakość izolacja elektryczna w wyrobach elektrycznych: reostaty, kondensatory papierowe, kable z izolacją papierową, kable elektroenergetyczne - poprzez polewanie i impregnację.
Olej transformatorowy starzeje się podczas pracy, co pogarsza jego jakość. Starzenie oleju ułatwiają: kontakt oleju z powietrzem, podwyższona temperatura, kontakt z metalami (Cu, Pb, Fe), ekspozycja na światło. W celu wydłużenia żywotności olej jest regenerowany poprzez czyszczenie i usuwanie starzejących się produktów, dodawanie inhibitorów.
Kabeloraz kondensator oleje różnią się od olejów transformatorowych wyższą jakością oczyszczania.
Syntetyczne ciekłe dielektryki
W niektórych właściwościach syntetyczne ciekłe dielektryki przewyższają naftowe oleje izolacyjne.
Węglowodory chlorowane
Sovol – pentachlorodifenylС 6 Н 2 Сl 3 - С 6 Н 3 Сl 2 , otrzymany przez chlorowanie bifenylu C 12 H 10
С 6 Н 5 - С 6 Н 5 + 5 Сl 2 → С 6 Н 2 Сl 3 - С 6 Н 3 Сl 2 + 5 Сl
Sovolsłuży do impregnacji i napełniania kondensatorów. Posiada wyższą stałą dielektryczną w porównaniu do olejów naftowych. Stała dielektryczna sovol 5.0, opór elektryczny 10 11 ¸ 10 12 omów m., sovol służy do impregnacji mocy papieru i kondensatory radiowe o zwiększonej pojemności właściwej i niskim napięciu roboczym.
Sowtoł - mieszanka sowy z trichlorobenzen... Służy do izolowania transformatorów przeciwwybuchowych.
Ciecze krzemoorganiczne
Najbardziej rozpowszechnione są polidimetylosiloksan, polidietylosiloksan, polimetylofenylosiloksan płyny.
Ciecze polisiloksanowe - ciekłe polimery krzemoorganiczne ( poliorganosiloksany), posiadają tak cenne właściwości jak: wysoka wytrzymałość cieplna obojętność chemiczna, niska higroskopijność, niska temperatura płynięcia, wysokie właściwości elektryczne w szerokim zakresie częstotliwości i temperatur.
Ciekłe poliorganosiloksany to związki polimerowe o niskim stopniu polimeryzacji, których cząsteczki zawierają grupę siloksanową atomów
,
gdzie atomy krzemu są połączone z rodnikami organicznymi R: metyl CH3, etyl C2H5, fenyl C6H5 ... Cząsteczki cieczy organopolisiloksanowych mogą mieć strukturę liniową, liniowo-rozgałęzioną i cykliczną.
Płyn polimetylosiloksany otrzymany przez hydrolizę dimetylodichlorosilan zmieszane z trimetylochlorosilan .
Powstałe ciecze są bezbarwne, rozpuszczają się w węglowodorach aromatycznych, dichloroetanie i szeregu innych rozpuszczalników organicznych, nie rozpuszczają się w alkoholach i acetonie. Polimetylosiloksany są chemicznie obojętne, nie działają agresywnie na metale i nie wchodzą w interakcje z większością organicznych dielektryków i gum. Stała dielektryczna 2,0¸ 2,8, rezystywność 10 12 Ohm m, wytrzymałość dielektryczna 12¸ 20 MV/m²
Formuła polidimetylosiloksan a ma formę
– Si(CH 3) 3 - O - [ Si(CH3) 2 - O] n -Si(CH3) = O
Polimery płynne krzemoorganiczne stosowane są jako:
Polidietylosiloksany – otrzymany przez hydrolizę dietylodichlorosilan oraz trietylochlorosilan ... Mają szeroki zakres wrzenia. Strukturę wyraża wzór:
Właściwości zależą od temperatury wrzenia. Właściwości elektryczne są takie same jak właściwości polidimetylosiloksan.
Płyn polimetylofenylosiloksany mieć strukturę wyrażoną wzorem
Otrzymywany przez hydrolizę fenylometylodichlorosilany i inne Lepki olej. Po przetworzeniuNaOHlepkość wzrasta 3 razy. Wytrzymuje nagrzewanie przez 1000 godzin do 250 ° С. Właściwości elektryczne są takie same jak właściwości polidimetylosiloksan.
Na γ - po napromieniowaniu lepkość cieczy krzemoorganicznych znacznie wzrasta, a właściwości dielektryczne gwałtownie się pogarszają. Przy dużej dawce promieniowania płyny zamieniają się w gumowaty masy, a następnie w solidne, kruche ciało.
Ciecze fluoroorganiczne
Ciecze fluoroorganiczne - C 8 F 16 - niepalny i przeciwwybuchowy, wysoce odporny na ciepło(200°C), mają niską higroskopijność. Ich pary mają wysoką wytrzymałość elektryczną. Płyny mają niską lepkość i są lotne. Mają lepsze rozpraszanie ciepła niż oleje naftowe i płyny krzemoorganiczne.–) n,
jest niepolarnym polimerem o strukturze liniowej. Otrzymywany przez polimeryzację gazowego etylenu C2H4 pod wysokim ciśnieniem (do 300 MPa) lub pod niskim ciśnieniem (do 0,6 MPa). Masa cząsteczkowa polietylenu wysokociśnieniowego wynosi 18 000 - 40 000, polietylenu o niskiej gęstości - 60 000 - 800 000.
Cząsteczki polietylenu mają zdolność tworzenia obszarów materiału o uporządkowanym układzie łańcuchów (krystality), dlatego polietylen składa się z dwóch faz (krystalicznej i amorficznej), których stosunek determinuje jego właściwości mechaniczne i termiczne. Amorficzny nadaje materiałowi właściwości sprężyste, a krystaliczny - sztywność. Faza amorficzna ma temperaturę zeszklenia +80 ° C. Faza krystaliczna ma wyższą wytrzymałość cieplna.
Agregaty cząsteczek polietylenu fazy krystalicznej to sferolity o budowie rombowej. Zawartość fazy krystalicznej (do 90%) w polietylenie niskociśnieniowym jest wyższa niż w polietylenie wysokociśnieniowym (do 60%). Ze względu na wysoką krystaliczność polietylen niskociśnieniowy ma wyższą temperaturę topnienia (120-125°C) oraz wyższą wytrzymałość na rozciąganie. Struktura polietylenu w dużym stopniu zależy od trybu chłodzenia. Dzięki szybkiemu chłodzeniu powstają małe sferolity, przy powolnym chłodzeniu duże. Szybko schłodzony polietylen jest bardziej elastyczny i mniej twardy.
Właściwości polietylenu zależą od masy cząsteczkowej, czystości i zanieczyszczeń. Właściwości mechaniczne zależą od stopnia polimeryzacji. Polietylen ma dużą odporność chemiczną. Jako materiał elektroizolacyjny znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle kablowym oraz w produkcji przewodów izolowanych.
Obecnie produkowane są następujące rodzaje wyrobów z polietylenu i polietylenu:
1. polietylen nisko i wysokociśnieniowy - (n.d.) i (h.d.);
2. polietylen niskociśnieniowy dla przemysłu kablowego;
3. polietylen o niskiej masie cząsteczkowej o wysokim lub średnim ciśnieniu;
4. porowaty polietylen;
5. specjalna mieszanka węża polietylenowego;
6. polietylen do produkcji kabli HF;
7. elektrycznie przewodzący polietylen dla przemysłu kablowego;
8. polietylen wypełniony sadzą;
9. chlorosulfonowany polietylen;
10. folia polietylenowa.
Fluoroplastiki
Istnieje kilka rodzajów polimerów fluorowęglowych, które mogą być polarne lub niepolarne.
Rozważ właściwości produktu reakcji polimeryzacji gazowego tetrafluoroetylenu
(F2C = CF2).
Fluoroplast - 4(politetrafluoroetylen) jest sypkim białym proszkiem. Struktura molekularna to
Cząsteczki fluoroplastyczne mają symetryczną budowę. Dlatego fluoroplastik jest niepolarnym dielektrykiem
Symetria molekularna i wysoka czystość zapewniają wysoki poziom wydajności elektrycznej. Większa energia wiązania między C i F nadaje mu wysoką odporność na zimno i wytrzymałość cieplna... Elementy radiowe z niego mogą działać w zakresie -195 ÷ + 250 ° С. Niepalny, odporny chemicznie, niehigroskopijny, hydrofobowy, odporny na pleśń. Właściwy opór elektryczny wynosi 10 15 ¸ 10 18 Ohm m, stała dielektryczna 1,9¸ 2.2, wytrzymałość dielektryczna 20¸ 30 MV/m²
Części radiowe są wykonane z proszku fluoroplastycznego poprzez prasowanie na zimno. Produkty prasowane są spiekane w piecach w temperaturze 360 - 380°C. Po szybkim schłodzeniu produkty utwardzane są z dużą wytrzymałością mechaniczną. Przy powolnym chłodzeniu nie ulegają utwardzeniu. Są łatwiejsze w obsłudze, mniej twarde i mają wysoki poziom wydajności elektrycznej. Po podgrzaniu części do 370 ° przechodzą ze stanu krystalicznego do stanu amorficznego i uzyskują przezroczystość. Rozkład termiczny materiału zaczyna się przy > 400 °. W którym powstaje toksyczny fluor.
Wadą fluoroplastiku jest jego płynność pod naprężeniem mechanicznym. Ma niską odporność na promieniowanie i jest pracochłonny przy przetwarzaniu na produkty. Jeden z najlepszych dielektryków do technologii RF i mikrofalowej. Wytwarzaj wyroby elektrotechniczne i radiotechniczne w postaci płyt, dysków, pierścieni, cylindrów. Izolują kable HF cienką folią, która jest uszczelniana podczas skurczu.
Fluoroplast można modyfikować za pomocą wypełniaczy - włókna szklanego, azotku boru, sadzy itp., co pozwala na uzyskanie materiałów o nowych właściwościach i poprawę dotychczasowych.
Materiały o oporności elektrycznej ρ< 10 −5 Ом·м, а к диэлектрикам - материалы, у которых ρ >10 8 omów Należy zauważyć, że rezystywność dobrych przewodników może wynosić tylko 10-8 Ohm·m, podczas gdy dla najlepszych dielektryków może przekraczać 10-16 Ohm·m. Rezystywność półprzewodników, w zależności od struktury i składu materiałów, a także warunków ich pracy, może wahać się w granicach 10-5 -10 8 Ohm·m. Metale są dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego. Spośród 105 pierwiastków chemicznych tylko dwadzieścia pięć to niemetale, a dwanaście pierwiastków może wykazywać właściwości półprzewodnikowe. Ale oprócz substancji elementarnych istnieją tysiące związków chemicznych, stopów czy kompozycji o właściwościach przewodników, półprzewodników czy dielektryków. Trudno jest wyznaczyć wyraźną granicę między wartościami rezystywności różnych klas materiałów. Na przykład wiele półprzewodników zachowuje się jak dielektryki w niskich temperaturach. Jednocześnie dielektryki przy silnym nagrzewaniu mogą wykazywać właściwości półprzewodników. Różnica jakościowa polega na tym, że dla metali stan przewodzący jest stanem głównym, a dla półprzewodników i dielektryków jest wzbudzony.
Wiele dielektryków wykazuje interesujące właściwości fizyczne. Należą do nich elektrety, piezoelektryki, piroelektryki, ferroelastyki, ferroelektryki, relaksory i ferroelektryki.
Stosowanie
Stosując dielektryki - jedną z najszerszych klas materiałów elektrycznych - dość jasno określono potrzebę użycia zarówno pasywnych, jak i aktywnych właściwości tych materiałów.
Dielektryki są wykorzystywane nie tylko jako materiały izolacyjne.
Pasywne właściwości dielektryków
Aktywne właściwości dielektryków
Dielektryki aktywne (kontrolowane) to ferroelektryki, piezoelektryki, piroelektryki, elektroluminofory, materiały na emitery i bramki w technologii laserowej, elektrety itp.
Zobacz też
Spinki do mankietów
Fundacja Wikimedia. 2010.
Synonimy:Zobacz, co „Dielektryk” znajduje się w innych słownikach:
Dielektryk ... Odniesienie do słownika pisowni
DIELEKTRYCZNY, nieprzewodzący materiał, taki jak izolacja oddzielająca dwa przewody w KONDENSATORze. Materiały te mają taki wskaźnik jak STAŁA DIELEKTRYCZNA, która określa, w jakim stopniu materiał może ... ... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny
Piroelektryczny, elektretowy, poliizobutylen, polipropylen, izolator, politereftalan etylenu, poliwęglan, synoksal, politrifluorochloroetylen, politetrafluoroetylen, poliarylan Słownik rosyjskich synonimów. dielektryk rzeczownik, liczba synonimów: 11 izolator (21) ... Słownik synonimów
dielektryk- Substancja, której główną właściwością elektryczną jest zdolność do polaryzacji w polu elektrycznym. [GOST R 52002 2003] dielektryk Materiał, który nie przewodzi prądu elektrycznego. Tematy elektrotechniki, główne ... Poradnik tłumacza technicznego
DELEKTRYCZNY, dielektryk, mąż. (fizyczny). Na przykład ciało dielektryczne, substancja. szkło. Słownik wyjaśniający Uszakowa. D.N. Uszakow. 1935 1940 ... Słownik wyjaśniający Uszakowa
DELEKTRYCZNY, ach, mąż. (specjalista.). Substancja, słabo przewodzący prąd elektryczny, nieprzewodzący. | przym. dielektryk, och, och. Słownik wyjaśniający Ożegowa. SI. Ożegow, N.Ju. Szwedowa. 1949 1992 ... Słownik wyjaśniający Ożegowa
Substancja słabo przewodząca elektr. obecny. D. to: szkło, porcelana, mika, marmur, guma, ebonit, suche drewno, jedwab, azbest, olej transformatorowy, powietrze itp. Służą do izolacji części pod napięciem, do izolacji... ... Słownik techniczny kolejowy
Dielektryk- substancja, której główną właściwością elektryczną jest zdolność do polaryzacji w polu elektrycznym... Źródło: ELEKTRYKA. TERMINY I DEFINICJE PODSTAWOWYCH POJĘĆ. GOST R 52002 2003 (zatwierdzony dekretem państwowej normy Federacji Rosyjskiej z ... ... Oficjalna terminologia
dielektryk- dielektryk; gałąź. izolator Substancja, której główną właściwością elektryczną jest zdolność do polaryzacji i w której możliwe jest istnienie pola elektrostatycznego ... Politechniczny słownik terminologiczny wyjaśniający
Dielektryk- - substancja, której główną właściwością elektryczną jest zdolność do polaryzacji w polu elektrycznym. [GOST 19880 74] Nagłówek terminu: Sprzęt energetyczny Nagłówki encyklopedii: Sprzęt ścierny, materiały ścierne, drogi ... Encyklopedia terminów, definicji i objaśnień materiałów budowlanych
Książki
- Efekty graniczne w elementach wyposażenia pokładowego statków kosmicznych pod wpływem promieniowania jonizującego, Shilobreev Boris Alekseevich, Lazurik Valentin Timofeevich, Yakovlev Mikhail Viktorovich. Przedstawiono podstawowe pojęcia i metody obliczonego i eksperymentalnego wyznaczania przygranicznych rozkładów energii pochłoniętej i ładunku przestrzennego w materiałach konstrukcyjnych...
Klasyfikacja według struktury molekularnej
Klasyfikacja chemiczna
Klasyfikacja według metody produkcji
Klasyfikacja stanu fizycznego
Dielektryki aktywne i pasywne
Oznaczanie materiałów dielektrycznych
Klasyfikacja i obszary zastosowań materiałów dielektrycznych
Dielektryki to substancje, których główną właściwością elektryczną jest zdolność do polaryzacji w polu elektrycznym.
Materiały elektroizolacyjne to materiały dielektryczne przeznaczone do tworzenia izolacji elektrycznej części pod napięciem instalacji elektrycznych.
Izolator to produkt wykonany z materiału elektroizolacyjnego, którego zadaniem jest mocowanie i izolowanie od siebie przewodów o różnych potencjałach (na przykład izolatory napowietrznej linii energetycznej).
Izolacja elektryczna odnosi się do systemu izolacji elektrycznej określonego produktu elektrycznego, wykonanego z jednego lub więcej materiałów elektroizolacyjnych.
Dielektryki stosowane jako materiały izolacyjne nazywane są dielektrykami pasywnymi. Obecnie szeroko stosowane są tzw. dielektryki aktywne, których parametry można kontrolować poprzez zmianę natężenia pola elektrycznego, temperatury, naprężeń mechanicznych i innych parametrów wpływających na nie czynników.
Na przykład kondensator, w którym piezoelektryk służy jako materiał dielektryczny, zmienia swoje wymiary liniowe pod działaniem przyłożonego napięcia przemiennego i staje się generatorem drgań ultradźwiękowych. Pojemność kondensatora elektrycznego wykonanego z nieliniowego dielektryka - ferroelektryka zmienia się w zależności od natężenia pola elektrycznego; jeśli taka pojemność jest zawarta w obwodzie oscylacyjnym LC, zmienia się również jego częstotliwość strojenia.
Materiały dielektryczne są klasyfikowane:
Według stanu skupienia: gazowy, ciekły i stały;
Według metody produkcji: naturalnej i syntetycznej;
Według składu chemicznego: organiczny i nieorganiczny;
Struktura molekularna: neutralna i polarna.
DIELEKTRYKA GAZOWA
Dielektryki gazowe to: powietrze, azot, wodór, dwutlenek węgla, gaz SF6, freon (freon), argon, neon, hel itp. Stosowane są w produkcji urządzeń elektrycznych (przełączniki powietrza i SF6, ograniczniki)
Najczęściej stosowanym materiałem elektroizolacyjnym jest powietrze. Powietrze zawiera: parę wodną i gazy: azot (78%), tlen (20,99%), dwutlenek węgla (0,03%), wodór (0,01%), argon (0,9325%), neon (0,0018%), a także hel, krypton i ksenon, które w sumie stanowią dziesiąte części procenta.
Ważnymi właściwościami gazów są ich zdolność do przywracania wytrzymałości elektrycznej, niska stała dielektryczna, wysoka rezystywność, praktycznie brak starzenia, obojętność wielu gazów w stosunku do materiałów stałych i ciekłych, nietoksyczność, zdolność do pracy w niskich temperaturach i wysokich ciśnienie, niepalność.
PŁYNNA DIELEKTRYKA
Dielektryki płynne są przeznaczone do odprowadzania ciepła z uzwojeń i obwodów magnetycznych w transformatorach, gaszenia łuku w wyłącznikach olejowych, wzmacniania izolacji stałej w transformatorach, przepustów olejowych, kondensatorów, kabli impregnowanych olejem i olejem.
Dielektryki płynne dzielą się na dwie grupy:
Oleje naftowe (transformator, kondensator, kabel);
Oleje syntetyczne (sovtol, płynne związki krzemoorganiczne i fluoroorganiczne).
4.1.7 Obszary zastosowania dielektryków jako ETM
Zastosowanie w elektroenergetyce:
- izolacja liniowa i podstacyjna- jest to porcelana, szkło i guma krzemoorganiczna w izolatorach linii napowietrznych, porcelana w izolatorach wsporczych i przepustowych, włókno szklane jako elementy nośne, polietylen, papier w przepustach wysokiego napięcia, papier, polimery w kablach elektroenergetycznych;
- izolacja urządzeń elektrycznych- papier, getinax, włókno szklane, polimery, materiały mikowe;
- maszyny, aparatura- papier, tektura, lakiery, mieszanki, polimery;
- kondensatory różnych typów- folie polimerowe, papier, tlenki, azotki.
Z praktycznego punktu widzenia w każdym przypadku wyboru materiału na izolację elektryczną należy przeanalizować warunki pracy i dobrać materiał izolacyjny zgodnie z zestawem wymagań. W celu orientacji wskazane jest podzielenie głównych materiałów dielektrycznych na grupy zgodnie z warunkami użytkowania.
1. Izolacja elektryczna żaroodporna. Są to przede wszystkim produkty wykonane z materiałów mikowych, z których część jest w stanie pracować do temperatury 700°C. Okulary i materiały na nich oparte (tkaniny szklane, mika szklana). Powłoki organokrzemianowe i fosforanowe metali. Materiały ceramiczne, takie jak azotek boru. Kompozycje krzemoorganiczne ze spoiwem żaroodpornym. Z polimerów poliimid i fluoroplast mają wysoką odporność na ciepło.
2. Izolacja elektryczna odporna na wilgoć. Materiały te muszą być hydrofobowe (nie zwilżające wodą) i niehigroskopijne. Fluoroplastik jest uderzającym przedstawicielem tej klasy. W zasadzie hydrofobizacja jest możliwa poprzez tworzenie powłok ochronnych.
3. Izolacja odporna na promieniowanie. Są to przede wszystkim folie nieorganiczne, ceramika, włókno szklane, materiały mikowe, niektóre rodzaje polimerów (poliimidy, polietylen).
4. Izolacja odporna na tropiki. Materiał musi być hydrofobowy, aby mógł pracować w warunkach wysokiej wilgotności i temperatury. Ponadto musi być odporny na pleśń. Najlepsze materiały: fluoroplastik, niektóre inne polimery, najgorsze - papier, tektura.
5. Izolacja mrozoodporna. To wymaganie jest typowe głównie dla gum, ponieważ gdy temperatura spada, wszystkie gumy tracą elastyczność. Najbardziej mrozoodporna jest guma krzemoorganiczna z grupami fenylowymi (do -90°C).
6. Izolacja do pracy w próżni (przestrzeń, urządzenia próżniowe). W takich warunkach konieczne jest zastosowanie materiałów próżnioszczelnych. Odpowiednie są niektóre specjalnie przygotowane materiały ceramiczne, polimery są mało przydatne.
Tablica elektryczna stosowane jako przekładki dielektryczne, podkładki, przekładki, jako izolacja obwodów magnetycznych, izolacja rowków maszyn wirujących itp. Karton jest zwykle używany po impregnacji olejem transformatorowym. Wytrzymałość elektryczna impregnowanej tektury sięga 40-50 kV / mm. Ponieważ jest ona wyższa niż wytrzymałość oleju transformatorowego, w celu zwiększenia wytrzymałości elektrycznej transformatorów często umieszcza się w środowisku olejowym specjalne przegrody kartonowe. Izolacja bariery olejowej ma zwykle wytrzymałość E = 300-400 kV / cm. Wadą tektury jest higroskopijność, w wyniku wnikania wilgoci wytrzymałość mechaniczna maleje, a moc elektryczna gwałtownie spada (4 lub więcej razy).
W ostatnim czasie produkcja izolatorów do linii napowietrznych w oparciu o: silikonowa guma... Ten materiał należy do gum, których główną właściwością jest elastyczność. Umożliwia to wytwarzanie z gumy nie tylko izolatorów, ale także elastycznych kabli. W energetyce stosowane są różne rodzaje kauczuków: kauczuki naturalne, kauczuki butadienowe, kauczuki styrenowo-butadienowe, kauczuki etylenowo-propylenowe oraz kauczuki krzemoorganiczne.
Porcelana elektryczna to sztuczny minerał powstały z minerałów ilastych, skalenia i kwarcu w wyniku obróbki cieplnej w technologii ceramicznej. Do jego najcenniejszych właściwości należą wysoka odporność na warunki atmosferyczne, temperatury dodatnie i ujemne, działanie odczynników chemicznych, wysoka wytrzymałość mechaniczna i elektryczna, niski koszt elementów wyjściowych. To określiło szerokie zastosowanie porcelany do produkcji izolatorów.
Szkło elektryczne jako materiał na izolatory ma pewne zalety w porównaniu z porcelaną. W szczególności posiada stabilniejszą bazę surowcową, prostszą technologię pozwalającą na większą automatyzację, możliwość wizualnej kontroli wadliwych izolatorów.
Mika jest podstawą dużej grupy produktów elektroizolacyjnych. Główną zaletą miki jest jej wysoka odporność termiczna wraz z odpowiednio wysokimi właściwościami elektroizolacyjnymi. Mika to naturalny minerał o złożonym składzie. W elektrotechnice stosuje się dwa rodzaje miki: muskowit KAl 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2 oraz flogopit KMg 3 (AlSi 3 O 10 (OH) 2. Wysokie właściwości elektroizolacyjne miki wynikają z jej niezwykłej struktury , czyli warstwowanie. można podzielić na płaskie płytki do rozmiarów submikronowych. Naprężenia niszczące przy oddzielaniu jednej warstwy od drugiej wynoszą około 0,1 MPa, natomiast rozciąganie wzdłuż warstwy - 200-300 MPa. Wśród innych właściwości miki zwracamy uwagę niska tg poniżej 10 -2 wysoka rezystywność powyżej 10 12 Ohm·m wystarczająco wysoka wytrzymałość dielektryczna powyżej 100 kV/mm odporność cieplna temperatura topnienia powyżej 1200 °C
Jako izolację elektryczną stosuje się mikę w postaci oskubanych cienkich płytek, m.in. sklejone (mikanity) oraz w postaci papierów mikowych, m.in. impregnowane różnymi spoiwami (mika lub tworzywa sztuczne z miki). Papier mikowy jest produkowany przy użyciu technologii zbliżonej do zwykłego papieru. Mika jest kruszona, przygotowywana jest miazga, arkusze papieru są rozwijane na maszynach papierniczych.
Mikanity mają lepsze właściwości mechaniczne i odporność na wilgoć, ale są droższe i mniej technologiczne. Zastosowanie - izolacja rowków i cewek maszyn elektrycznych.
Slyudinici - materiały arkuszowe wykonane z papieru mikowego na bazie muskowitu. Czasami łączy się je z podłożem wykonanym z tkaniny szklanej (mika szklana) lub folii polimerowej (mika foliowa). Papiery impregnowane lakierem lub innym spoiwem mają lepsze właściwości mechaniczne i elektryczne niż papiery nieobrobione, ale ich odporność cieplna jest zwykle niższa, ponieważ zależy to od właściwości spoiwa impregnującego.
Tworzywa sztuczne miki - materiały arkuszowe wykonane z papieru mikowego na bazie flogopitu i impregnowane spoiwami. Podobnie jak mika, można je również łączyć z innymi materiałami. W porównaniu z miką mają nieco gorsze właściwości elektrofizyczne, ale są tańsze. Zastosowanie mikowych i mikowych tworzyw sztucznych - izolacja maszyn elektrycznych, żaroodporna izolacja urządzeń elektrycznych.
Największym wykorzystaniem gazów w energetyce jest powietrze. Wynika to z niskiego kosztu, ogólnej dostępności powietrza, łatwości tworzenia, konserwacji i naprawy systemów izolacji elektrycznej powietrza, możliwości kontroli wizualnej. Obiekty wykorzystujące powietrze jako izolację elektryczną - linie energetyczne, rozdzielnice zewnętrzne, wyłączniki powietrzne itp.
Spośród gazów elektroujemnych o wysokiej wytrzymałości elektrycznej, najczęściej stosowane Gaz SF6.... Swoją nazwę zawdzięcza skrótowi „gaz elektryczny”. Unikalne właściwości gazu SF6 odkryto w Rosji, a jego stosowanie rozpoczęło się również w Rosji. W latach 30. słynny naukowiec B.M. Gokhberg zbadał właściwości elektryczne szeregu gazów i zwrócił uwagę na niektóre właściwości sześciofluorku siarki SF6. Wytrzymałość dielektryczna przy ciśnieniu atmosferycznym i szczelinie 1 cm wynosi E = 89 kV / cm. Masa cząsteczkowa wynosi 146, charakteryzuje się bardzo wysokim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej oraz dużą gęstością. Jest to ważne dla elektrowni, w których odbywa się chłodzenie dowolnej części urządzenia, ponieważ przy dużym współczynniku rozszerzalności cieplnej łatwo tworzy się przepływ konwekcyjny, który odprowadza ciepło. Z właściwości termofizycznych: temperatura topnienia = -50 °C przy 2 atm, temperatura wrzenia (sublimacja) = -63 °C, co oznacza możliwość stosowania w niskich temperaturach.
Wśród innych przydatnych właściwości zwracamy uwagę na: obojętność chemiczną, nietoksyczność, niepalność, odporność na ciepło (do 800 ° C), bezpieczeństwo wybuchu, słaby rozkład w wyładowaniach, niską temperaturę skraplania. Przy braku zanieczyszczeń SF6 jest całkowicie nieszkodliwy dla ludzi. Jednak produkty rozkładu gazu SF6 w wyniku działania wyładowań (na przykład w ograniczniku lub wyłączniku) są toksyczne i reaktywne. Kompleks właściwości gazu SF6 zapewnił dość szerokie zastosowanie izolacji SF6. W urządzeniach gaz SF6 jest zwykle używany pod ciśnieniem kilku atmosfer dla większej zwartości elektrowni, ponieważ wytrzymałość dielektryczna wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. W oparciu o izolację SF6 powstało i jest eksploatowanych szereg urządzeń elektrycznych, w tym kable, kondensatory, przełączniki, rozdzielnice kompaktowe zamknięte (rozdzielnice zamknięte).
Najpopularniejszym ciekłym dielektrykiem w energetyce jest olej transformatorowy.
Olej transformatorowy- rafinowana frakcja olejowa otrzymywana podczas destylacji, wrząca w temperaturach od 300 °C do 400 °C. W zależności od pochodzenia oleju mają różne właściwości i te charakterystyczne właściwości surowca znajdują odzwierciedlenie we właściwościach oleju. Posiada złożony skład węglowodorowy o średniej masie cząsteczkowej 220-340 a.u. i zawiera następujące główne składniki.
Wśród olejów transformatorowych należy wymienić oleje kondensatorowe i kablowe, jeśli chodzi o właściwości i zastosowanie ciekłych dielektryków.
Oleje kondensacyjne. Termin ten łączy grupę różnych dielektryków stosowanych do impregnacji papierowo-olejowej i papierowo-foliowej izolacji kondensatorów. Najpopularniejszy olej do skraplacza zgodnie z GOST 5775-68 są one wytwarzane z oleju transformatorowego poprzez głębsze oczyszczanie. Różni się od konwencjonalnych olejów większą przezroczystością, niższą wartością tan (ponad dziesięciokrotnie). olej rycynowy pochodzenia roślinnego, otrzymywana jest z nasion rącznika pospolitego. Głównym obszarem zastosowania jest impregnacja kondensatorów papierowych do pracy w warunkach impulsowych.
Gęstość oleju rycynowego wynosi 0,95-0,97 t / m3, temperatura płynięcia wynosi od -10 ° C do -18 ° C. Jego stała dielektryczna w 20 ° C wynosi 4,0 - 4,5, a przy 90 ° C - = 3,5 - 4.0; tg w 20°C wynosi 0,01-0,03, a w 100°C tg = 0,2-0,8; Ep w 20 ° C wynosi 15-20 MV / m. Olej rycynowy nie rozpuszcza się w benzynie, ale rozpuszcza się w alkoholu etylowym. W przeciwieństwie do olejów naftowych, oleje rycynowe nie pęcznieją w zwykłej gumie. Ten dielektryk należy do słabo polarnych dielektryków ciekłych, jego rezystywność w normalnych warunkach wynosi 108 - 1010 Ohm·m.
Oleje kablowe przeznaczone są do impregnacji papierowych izolacji kabli elektroenergetycznych. Oparte są również na olejach ropopochodnych. Różnią się od oleju transformatorowego zwiększoną lepkością, podwyższoną temperaturą zapłonu i zmniejszonymi stratami dielektrycznymi. Wśród marek olejów wyróżniamy MN-4 (niska lepkość, do napełniania kabli niskociśnieniowych), S-220 (wysoka lepkość do napełniania kabli wysokociśnieniowych), KM-25 (najlepsza).
Drugi rodzaj dielektryków ciekłych to ciecze trudnopalne i niepalne. Istnieje wiele ciekłych dielektryków o takich właściwościach. Najbardziej rozpowszechnione w energetyce i elektrotechnice są chlordifenyle... W literaturze zagranicznej nazywa się je chlorobifenyle... Są to substancje, które zawierają podwójny pierścień benzenowy, tzw. pierścień di(bi)fenylowy i jeden lub więcej przyłączonych do niego atomów chloru. W Rosji dielektryki z tej grupy są stosowane w postaci mieszanin, głównie mieszanin pentachlorobifenylu z trichlorobifenylem. Nazwy handlowe niektórych z nich to „sovol”, „sovtol”, „calorie-2”.
Materiały dielektryczne są klasyfikowane według szeregu cech wewnątrzgatunkowych, które są określane przez ich główne cechy: elektryczne, mechaniczne, fizykochemiczne, termiczne.
4.2.1 Właściwości elektryczne materiałów dielektrycznych obejmują:
Właściwa wolumetryczna rezystancja ρ, Ohm * m lub właściwa przewodność wolumetryczna σ, S / m;
Właściwy opór elektryczny powierzchni ρ s, Ohm lub przewodność właściwa powierzchni σ s cm;
Współczynnik temperaturowy specyficznego oporu elektrycznego TK ρ, ˚С -1;
Stała dielektryczna ε;
Współczynnik temperaturowy stałej dielektrycznej ТКε;
Tangens strat dielektrycznych δ;
Wytrzymałość dielektryczna materiału wynosi E pr, MV / m.
4.2.2 Sprawność cieplna określa właściwości cieplne dielektryków.
Wydajność cieplna obejmuje:
Pojemność cieplna;
Temperatura topnienia;
Temperatura mięknienia;
Punkt zrzutu;
Wytrzymałość cieplna;
Wytrzymałość cieplna;
Odporność na zimno - zdolność dielektryków do wytrzymywania niskich temperatur przy zachowaniu właściwości elektroizolacyjnych;
Odporność tropikalna - odporność dielektryków na kompleks wpływów zewnętrznych w klimacie tropikalnym (ostry spadek temperatury, wysoka wilgotność, promieniowanie słoneczne);
termosprężystość;
Temperatura zapłonu par cieczy elektroizolacyjnych.
Odporność cieplna jest jedną z najważniejszych cech dielektryków. Zgodnie z GOST 21515-76 odporność cieplna to zdolność dielektryka do wytrzymywania wysokich temperatur przez długi czas przez czas porównywalny z okresem normalnej pracy, bez niedopuszczalnego pogorszenia jego właściwości.
Klasy odporności na ciepło. Tylko siedem. Charakteryzują się wskaźnikiem temperatury TI. Jest to temperatura, w której żywotność materiału wynosi 20 tysięcy godzin.
4.2.3 Wilgotność dielektryków
Odporność na wilgoć to niezawodność działania izolacji w atmosferze pary wodnej bliskiej nasyceniu. Odporność na wilgoć ocenia się na podstawie zmiany właściwości elektrycznych, mechanicznych i innych właściwości fizycznych po znalezieniu materiału w atmosferze o wysokiej i wysokiej wilgotności; przez wilgoć i przepuszczalność wody; przez wilgoć i wchłanianie wody.
Przepuszczalność wilgoci - zdolność materiału do przepuszczania pary wodnej przy różnicy wilgotności względnej powietrza po obu stronach materiału.
Absorpcja wilgoci - zdolność materiału do wchłaniania wody podczas długotrwałego narażenia na wilgotną atmosferę zbliżoną do nasycenia.
Nasiąkliwość - zdolność materiału do wchłaniania wody, gdy jest zanurzony w wodzie przez długi czas.
Odporność na tropiki i tropikalizacja urządzeń - ochrona urządzeń elektrycznych przed wilgocią, pleśnią, gryzoniami.
4.2.4 Właściwości mechaniczne dielektryków są określone przez następujące cechy:
Stres niszczący pod napięciem statycznym;
Naprężenia niszczące w ściskaniu statycznym;
Naprężenia niszczące przy zginaniu statycznym;
Twardość;
Siła uderzenia;
Odporność na rozłupywanie;
Odporność na rozdarcie (dla materiałów elastycznych);
Elastyczność w ilości podwójnych gięć;
Właściwości plastosprężyste.
Właściwości mechaniczne dielektryków są określane przez odpowiednie GOST.
4.2.5 Właściwości fizyczne i chemiczne:
Liczba kwasowa, która określa ilość wolnych kwasów w dielektryku, które pogarszają właściwości dielektryczne ciekłych dielektryków, związków i lakierów;
Lepkość kinematyczna i warunkowa;
Absorpcja wody;
Wodoodporność;
Odporność na wilgoć;
Odporność na łuk;
Odporność na śledzenie;
Odporność na promieniowanie itp.
Materiały dielektryczne w sprzęcie elektronicznym są oddzielane elektrycznie, a materiały stałe są oddzielane mechanicznie przez przewodniki o różnych potencjałach elektrycznych. Służą do izolacji elektrycznej elementów wyposażenia, do magazynowania energii pola elektrycznego (kondensatory), do produkcji części konstrukcyjnych, a także w postaci powłok na powierzchni części, do klejenia części.
Właściwości dielektryczne materiałów
Główną właściwością dielektryka jest nieprzewodzenie prądu elektrycznego. WŁAŚCIWA ODPORNOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA dielektryków jest wysoka: od 108 do 1018 Ohm, ponieważ prawie nie ma w nich wolnych nośników ładunku elektrycznego. Pewną przewodność powodują zanieczyszczenia i wady strukturalne.
Zanieczyszczeń i defektów na powierzchni dowolnego ciała jest zawsze więcej, dlatego dla dielektryków wprowadzono pojęcie przewodnictwa powierzchniowego oraz parametr ODPORNOŚĆ POWIERZCHNIOWA s, definiowana jako rezystancja mierzona pomiędzy dwoma przewodami liniowymi o długości 1 m każdy, umieszczonymi równolegle do siebie w odległości 1 m na powierzchni dielektryka ... Wartość s silnie zależy od sposobu pozyskania (obróbki) powierzchni oraz jej stanu (pylenie, wilgotność itp.). Ponieważ przewodność powierzchniowa zwykle znacznie przekracza przewodność objętościową, podejmuje się działania w celu jej zmniejszenia.
Dielektryk jest izolatorem tylko w stosunku do napięcia stałego. W zmiennym polu elektrycznym prąd przepływa przez dielektryk z powodu jego polaryzacji.
POLARYZACJA to proces przemieszczania związanych ładunków na ograniczoną odległość pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego.
Elektrony atomów są przesunięte w kierunku bieguna dodatniego, jądra atomów - w kierunku ujemnym. To samo dzieje się z jonami w kryształach jonowych, z cząsteczkami lub częściami cząsteczek o nierównomiernym rozkładzie naładowanych cząstek w zajmowanej przez nie objętości. W wyniku polaryzacji w dielektryku powstaje jego własne pole wewnętrzne, którego wektor jest mniejszy i przeciwny do wektora pola zewnętrznego. Pojemność elektryczna pomiędzy elektrodami z dielektrykiem jest większa niż pomiędzy tymi samymi elektrodami bez dielektryka o współczynnik, gdzie jest WZGLĘDNĄ PRZEPUSZCZALNOŚCIĄ DIELEKTRYCZNĄ.
Podczas POLARYZACJI ELEKTRONICZNEJ powłoki elektronowe atomów substancji odkształcają się pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. Charakteryzuje się krótkim (około 10-15 s) czasem ustalania i dlatego jest bezwładny dla częstotliwości radiowych, nie zależy od częstotliwości, słabo zależy od temperatury i zachodzi praktycznie bez strat. Substancje o przeważającej polaryzacji elektronowej (dielektryki słabo polarne) mają niską stałą dielektryczną: od 1,8 do 2,5. Ten rodzaj polaryzacji jest nieodłączny od wszystkich substancji.
POLARYZACJA JONOWA występuje w ciałach stałych jonowych, ma czas osiadania rzędu 10-13 s, dlatego praktycznie nie zależy od częstotliwości pola, słabo zależy od temperatury. Wielkość dla większości materiałów spolaryzowanych jonowo waha się od 5 do 10.
DIPOLOWA (ORIENTACJA) POLARYZACJA przejawia się jako orientacja pod działaniem pola polarnych cząsteczek lub grup atomów. Polarne, na przykład, są cząsteczkami wody, w których atomy wodoru są usytuowane asymetrycznie względem atomu tlenu lub chlorku winylu (monomer polichlorku winylu) H2C-CHCl. Pokonanie interakcji cząsteczek i sił tarcia wymaga energii pola, która jest zamieniana na energię cieplną, dlatego polaryzacja dipola jest nieelastyczna, z natury relaksacyjna. Ze względu na duże rozmiary i masy dipoli uczestniczących w polaryzacji dipolowej, jej bezwładność jest znaczna i przejawia się w postaci silnej zależności stałej dielektrycznej i strat energii od częstotliwości.
POLARYZACJA MIGRACJI jest spowodowana nieelastycznymi ruchami słabo związanych jonów zanieczyszczeń na krótkich dystansach. Pod względem konsekwencji (strata energii, zależność częstotliwościowa) polaryzacja ta jest podobna do dipola.
Straty energii w dielektryku podczas polaryzacji są szacowane przez TANGENS KĄTA STRAT tg. Dielektryk ze stratami w obwodzie elektrycznym jest reprezentowany w postaci obwodu równoważnego: idealnego kondensatora i połączonej z nim równolegle rezystancji strat. Kąt ten uzupełnia do 90o kąt przesunięcia między prądem a napięciem na wykresie wektorowym takiej sieci dwuportowej. Dobre (słabo polarne) dielektryki mają tg10-3, który w niewielkim stopniu zależy od częstotliwości. Złe dielektryki mają tg, mierzone w dziesiątych częściach jednostki lub nawet więcej, silnie zależne od częstotliwości.
Specjalne typy powstają w wyniku polaryzacji pod działaniem naprężeń mechanicznych obserwowanych w PIEZOELEKTRYKACH, a także SPONTANICZNEJ POLARYZACJI w PIROELEKTRYCE i FERROELEKTRYCE. Takie dielektryki nazywane są AKTYWNYMI i są stosowane w urządzeniach specjalnych: w rezonatorach, filtrach, generatorach i transformatorach piezoelektrycznych, przetwornikach promieniowania, kondensatorach o dużej pojemności właściwej itp.
ELECTRIC STRENGTH - zdolność dielektryka do utrzymania wysokiej rezystywności w obwodach wysokiego napięcia. Szacuje się ją na podstawie natężenia pola przebicia Епр = Uпр / d, gdzie Uпр - napięcie powodujące przebicie, d - grubość dielektryka. Wymiar Епр - В / м. Dla różnych dielektryków Ep = 10...1000 MV/m, a nawet dla jednego materiału, wartość ta waha się znacznie w zależności od grubości, kształtu elektrod, temperatury i szeregu innych czynników. Powodem tego jest różnorodność procesów awarii. AWARIA ELEKTRYCZNA jest spowodowana tunelowym przejściem elektronów do pasma przewodnictwa z pasma walencyjnego, z poziomów zanieczyszczeń lub elektrod metalowych, a także ich zwielokrotnieniem lawinowym w wyniku jonizacji uderzeniowej w polach o dużej sile. AWARIA ELEKTROTERMICZNA jest spowodowana wykładniczym wzrostem przewodności elektrycznej dielektryka wraz ze wzrostem jego temperatury. Jednocześnie wzrasta prąd upływu, co jeszcze bardziej nagrzewa dielektryk, w jego grubości tworzy się kanał przewodzący, gwałtownie spada rezystancja, w strefie efektu cieplnego dochodzi do topnienia, parowania i niszczenia materiału. AWARIA ELEKTROCHEMICZNA spowodowana jest zjawiskami elektrolizy, migracji jonów iw efekcie zmian w składzie materiału. ROZKŁAD JONIZACJI następuje na skutek wyładowań niezupełnych w dielektryku z wtrąceniami powietrza. Wytrzymałość elektryczna powietrza jest mniejsza, a natężenie pola w tych wtrąceniach jest większe niż w gęstym dielektryku. Ten rodzaj rozpadu jest typowy dla materiałów porowatych. AWARIA POWIERZCHNIOWA (NAKŁADANIE) dielektryka następuje z powodu niedopuszczalnie wysokich prądów powierzchniowych. Przy wystarczającej mocy źródła prądu przebicie powierzchni rozwija się przez powietrze i zamienia się w przebicie łuku. Warunki sprzyjające temu przebiciu: pęknięcia, inne nierówności i zanieczyszczenia na powierzchni dielektryka, wilgotność, zapylenie, niskie ciśnienie atmosferyczne.
Dla niezawodnej pracy dowolnego urządzenia elektrycznego napięcie pracy jego izolacji Uwork musi być znacznie mniejsze od napięcia przebicia Upr. Stosunek Upr/Urab nazywany jest CZYNNIKIEM REZERWOWYM WYTRZYMAŁOŚCI ELEKTRYCZNEJ IZOLACJI.
Wzrost i rozwój
