Электрические свойства диэлектриков (2)

1. Диэлектрики

2.

Диэле́ктрик — вещество (материал), относительно
плохо проводящее электрический ток.
Электрические свойства диэлектриков
определяются их способностью к поляризации во
внешнем электрическом поле.
Термин введён английским физиком М. Фарадеем.

3.

Диэлектрические материалы называют класс
электротехнических материалов, предназначенных
для использования диэлектрических свойств
(большое сопротивление прохождению
электрического тока и способность поляризовать).

4.

Диэлектрические материалы
По назначению
Пассивные
Электроизоляционные
Применяются для
изоляции токоведущих
частей электрических
машин
Активные
Это диэлектрики, параметры
которых можно регулировать,
изменяя напряженность
электрического поля,
температуры, механическое
напряжение, и другие
параметры факторов,
влияющих на них.

5.

Активными (управляемыми) диэлектриками являются
сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики,
пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для
излучателей и затворов в лазерной
технике, электреты и др.
Пьезоэлектрики

6.

7.

Диэлектрические материалы
По агрегатному состоянию
твердые
газообразные
жидкие

8.

Диэлектрические материалы
По химическому составу
органические
неорганические

9.

• Параметры диэлектриков определяют их
механические
(упругость, прочность, твердость, вязкость),
• тепловые
(тепловое расширение,
теплоемкость, теплопроводность),
• Электрические
(электропроводность, поляризация, поглощение
энергии, электрическая прочность), магнитные,
оптические свойства, а также определяют их
электрический, механический, тепловой отклики на
воздействие электрического поля, механического
напряжения, температуры

10. Электрические свойства диэлектриков

11. I. Поляризация

Электрические свойства
диэлектриков

12.

Одним из важнейших свойств диэлектриков
является их способность поляризоваться под
воздействием внешнего электрического поля.
Поляризация – это явление ограниченного
смещения или ориентации связанных зарядов
в диэлектрике под действием электрического
поля.

13.

У диэлектрика нет свободных зарядов – электроны
прочно удерживаются внутри атома, т.е. заряды
связаны. Но электрическое поле оказывает влияние
на эти заряды: молекулы диэлектрика
деформируются и превращают в электрический
диполь, который обладает электрическим моментом
Рэл .

14.

Главное в поляризации – смещение зарядов в
электростатическом поле. В результате, каждая
молекула или атом образует электрический
момент Рэл

15.

Способность различных материалов
поляризоваться в электрическом поле
характеризуется относительной диэлектрической
проницаемостью:
– емкость конденсатора с данным
диэлектриком;
– емкость того же конденсатора в вакууме(т.е.
геометрическая емкость между электродами).

16.

17.

Абсолютная диэлектрическая
проницаемость связана с относительной
диэлектрической проницаемостью:
– электрическая постоянная.

18.

Поляризация сопровождается появлением на
поверхности диэлектриков связанных
электрических зарядов, уменьшающих
напряженность поля внутри вещества.
Количественной характеристикой поляризации
служит поляризованность диэлектрика .

19.

При отсутствии внешнего электрического поля
каждый элемент объема диэлектрика не имеет
электрического момента.
Под действием внешнего электрического поля
происходит некоторое упорядочение
расположения в пространстве молекул
диэлектрика.
Расположение зарядов в
полностью поляризованном
диэлектрике плоского
конденсатора

20.

При этом рассматриваемый объект диэлектрика
уже будет иметь некоторый отличный от нуля
электрический момент, равный геометрической
сумме моментов всех поляризованных молекул
диэлектрика, находящихся в этом объеме
Поляризованность равна пределу отношения
электрического момента объема диэлектрика к
этому объему V, когда последний стремится к нулю.
В случае однородного поля(плоского конденсатора)
с объемом диэлектрика имеет место:

21. Виды поляризации

1. Электронная поляризация
Представляет собой упругое смещение и
деформацию электронных оболочек атомов и
ионов. Время ее свершения 10-15 см. От
температуры не зависит.

22.

2.Ионная поляризация
Характерна для твердых тел с ионным строением
и обусловлена смещением упруго связанных
ионов на расстоянии меньше постоянной
решетки.
Время установления 10-13 сек.

23.

3. Дипольно-релаксационная поляризация
Связана с тем, что дипольные молекулы,
находящиеся в хаотическом тепловом состоянии
под действием поля ориентируются в
направлении поля. При снятии поля поляризация
нарушается беспорядочным тепловым
движением молекул.

24.

4.Миграционная поляризация наблюдается в
неоднородных диэлектриках, имеющих
проводящие и полупроводящие включения, слои с
различной проводимостью и т.п. При внесении
неоднородных диэлектриков в электрическое поле
свободные заряды смещаются и концентрируются
на граничных слоях включений в приэлектродных
слоях, образуя пространственные заряды, поле
которых внешне проявляет себя
как "дополнительный" механизм поляризации.

25.

Для устранения миграционной поляризации и
создания материала с небольшими потерями
необходимо избавиться от пор, механических
включений и примесей, прежде всего
обладающих большой подвижностью ионов Li+,
Na+, K+.
Модель миграционной поляризации

26.

5.Спонтанная или самопроизвольная
поляризация наблюдается у диэлектриков с
доменной структурой например, у
сегнетоэлектриков.
Домен – небольшая самопроизвольно
поляризованная область. В пределах этой области
дипольные моменты каждого атома
сонаправлены. А в соседних доменах суммарные
моменты не совпадают по направлению.
Доменная структура
В электрическом поле все моменты диполей
ориентируются в одном направлении.

27.

По времени происхождения все виды
поляризации можно разделить на два типа:
быстрая и медленная.
быстрая
медленная
Электронная
ионная
Дипольнорелаксационная
Миграционная
спонтанная
Не дает потери
энергии
Дает потери энергии

28. II. Электропроводность диэлектриков

Электрические свойства

29. 1. Сквозной ток утечки

• Сквозной ток утечки