Діелектричні тіла. Активні діелектрики Як називаються тіла, виготовлені з діелектриків

Провідник- Це тіло, всередині якого міститься достатня кількість вільних електричних зарядів, здатних переміщатися під дією електричного поля. У провідниках можливе виникнення електричного струму під впливом прикладеного електричного поля. Усі метали, розчини солей і кислот, вологий ґрунт, тіла людей і тварин – добрі провідники електричних зарядів.

Діелектрик чи ізолятор- Тіло не містить всередині вільні електричні заряди. В ізоляторах електричний струм неможливий.

До діелектриків можна віднести скло, пластик, гуму, картон, повітря. тіла, виготовлені з діелектриків, називають ізоляторами. Абсолютно непровідна рідина – дистильована, тобто. очищена вода. (будь-яка інша вода (водопровідна або морська) містить якусь кількість домішок і є провідником)

Поляризація діелектрика в електричному полі- Зміщення позитивного та негативного зарядів у протилежні сторони, тобто.орієнтація молекул.

Фізичним параметром, що характеризує діелектрик, є діелектрична проникність. Діелектрична проникність може мати дисперсію.

До діелектриків відносяться повітря та інші гази, скло, різні смоли, пластмаси обов'язково сухі. Хімічно чиста вода також є діелектриком.

Діелектрики використовуються не лише як ізоляційні матеріали.

Провідники та ізолятори відрізняються один від одного тим, як вони проводять електрику. Провідники, такі як мідь, легко проводять струм, а ізолятори (скло) проводять струм тільки при великій напрузі. Провідники та ізолятори використовуються для керування силою струму. Наприклад, провідник використовується в громовідвід, змушуючи блискавку потрапляти в землю, не завдаючи пошкоджень. Ізолятори використовують у вимикачах, щоб убезпечити людину.

Якщо пристрій повинен проводити струм, воно містить провідники з низьким опором. Більшість електричних проводів виготовляють із металів, що добре проводять струм. Найчастіше провідники роблять із міді, у цього металу висока провідність (низький опір).

Коли струм тече дротом, він зустрічає опір. Це змушує провідник нагріватись. Якщо електричний пристрій використовується як нагрівач, воно містить провідники з високим опором – наприклад, тонкий нікелевий або хромовий дріт.

Провідність і питомий опір дроту залежить від його товщини. У тонких проводів невелика провідність (високий опір) в порівнянні з товстими, зробленими з одного всього матеріалу

Тонкі дроти застосовуються в низьковольтних мережах, наприклад – у телефонах. Більш товсті провідники призначені для більших струмів – наприклад, живлення електричної плити.

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

Опис

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

Види струмів

В основі електропровідності діелектриків лежать:

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

Класифікують за агрегатним станом та хімічною природою. Перші діляться на тверді, рідинні, газоподібні та твердіють. За хімічною природою поділяються на органіку, неорганіку та елементоорганічні матеріали.

За агрегатним станом:

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

Фізичні властивості діелектриків

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

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

Застосування

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

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

В активному вигляді вони використовуються в сегнетоелектриці, а також у матеріалах для випромінювачів лазерної техніки.

Основні діелектрики

До видів, що часто зустрічаються, відносяться:

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

Що таке діелектрик рідкий?

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

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

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

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

Висновок

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

Провідник - це тіло, всередині якого міститься достатня кількість вільних електричних набоїв, здатних переміщатися під дією електричного поля.
У провідниках можливе виникнення електричного струму під впливом прикладеного електричного поля.
Усі метали, розчини солей і кислот, вологий ґрунт, тіла людей і тварин – добрі провідники електричних зарядів.

Ізолятор (або діелектрик) - тіло, що не містить усередині вільних електричних зарядів.
В ізоляторах електричний струм неможливий.
До діелектриків можна віднести скло, пластик, гуму, картон, повітря. тіла, виготовлені з діелектриків, називають ізоляторами.
Абсолютно непровідна рідина – дистильована, тобто. очищена вода,
(будь-яка інша вода (водопровідна або морська) містить якусь кількість домішок і є провідником)

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У МЕТАЛАХ

У металі завжди існує велика кількість вільних електронів.
Електричний струм у металевих провідниках - це впорядковане рух вільних електронів під впливом електричного поля, створюваного джерелом струму.


ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІДИНАХ

Електричний струм можуть проводити розчини солей та кислот, а також звичайна вода (крім дистильованої).
Розчин, здатний проводити електричний струм, називається електролітом.
У розчині молекули розчинної речовини під дією розчинника перетворюються на позитивні та негативні іони. Іони під дією прикладеного до розчину електричного поля можуть переміщатися: негативні іони – до позитивного електрода, позитивні іони – до негативного електрода.
У електроліті виникає електричний струм.
При проходженні струму через електроліт на електродах виділяються чисті речовини, які у розчині. Це явище називається електролізом
В результаті дія електричного струму в електроліті відбуваються незворотні хімічні зміни, і для подальшої підтримки електричного струму його необхідно замінити на новий.

ЦІКАВО

У 17 столітті після того як Вільям Гільберт встановив, що багато тіл мають здатність електризуватися при їх натиранні, в науці вважалося, що всі тіла по відношенню до електризації діляться на два види: на здатні електризуватися при терті, і на тіла, що не електризуються при терті .
Тільки в першій половині 18 століття було встановлено, що деякі тіла мають, крім того, здатність поширювати електрику. Перші досліди у цьому напрямі було проведено англійським фізиком Греєм. У 1729 р. Грей відкрив явище електричної провідності. Він встановив, що електрика здатна передаватися від одних тіл до інших металевим дротом. По шовковій нитці електрика не поширювалася. Саме Грей розділив речовини на провідники та непровідники електрики. Тільки 1739г. було остаточно встановлено, що всі тіла слід ділити на провідники та діелектрики.
___

На початку 19 століття стало відомо, що розряд електричних риб проходить через метали, але не проходить через скло та повітря.


ЧИ ЗНАЄШ ТИ

Гальваностегія.

Покриття предметів шаром металу за допомогою електролізу називається гальваностегією. Металізувати можна як металеві предмети, а й предмети з дерева, листя рослин, мережива, мертвих комах. Спершу треба зробити ці предмети жорсткими, а для цього потримати їх деякий час у розплавленому воску.
Потім рівномірно покрити шаром графіту (наприклад, втративши олівцевим грифелем), щоб зробити їх провідними та опустити як електрод у гальванічну ванну з електролітом, пропускаючи через нього деякий час ел. струм. Через якийсь час на цьому електроді виділиться метал, що міститься в розчині, і рівномірно покриє предмет.

Археологічні розкопки, що належать до часів Парфянського царства, дозволяють припустити, що вже дві тисячі років тому вироблялося гальванічне золочення та сріблення виробів!
Про це говорять знахідки, зроблені в гробницях єгипетських фараонів.


ДОСВІТИ З ЕЛЕКТРОЛІТАМИ

1. Якщо взяти розчин мідного купоросу, зібрати електричний ланцюг та опустити електроди (графітові стрижні від олівця) у розчин, то лампочка загориться. Є струм!
Повторіть досвід, замінивши електрод, з'єднаний з мінусом батареї на алюмінієвий гудзик. Через якийсь час вона стане золотою, тобто. покриється шаром міді. Це явище гальваностегії.

2. Нам знадобляться: склянка з міцним розчином кухонної солі, батарейка від кишенькового ліхтарика, два шматочки мідного дроту завдовжки приблизно 10 см. Зачистіть кінці дроту дрібною шкіркою наждаку. Під'єднайте до кожного полюса батарейки по одному кінці тяганини. Вільні кінці зволікань опустіть у склянку з розчином. Поблизу опущених кінців дроту піднімаються бульбашки!


ЗРОБИ САМ!

1. Виконайте вимірювальний прилад – тестер для визначення, чи є речовина провідником електричного струму. Для цього потрібні батарейка, лампа від кишенькового ліхтарика та з'єднувальні дроти. Замкніть зібраний електричний ланцюг на досліджуваний провідник і за наявності або відсутності свічення лампи визначте, чи є речовина провідником.

2. Продемонструвати наявність вільних електричних зарядів у рідині можна так: металевий чайник та алюмінієвий стакан від калориметра з'єднайте провідниками з гальванометром. У чайник налийте воду, де розчините трохи солі. Почніть тонким струмком переливати солону воду з чайника в склянку, гальванометр покаже наявність електричного струму. Змінюючи довжину та товщину струменя, простежте за зміною сили струму.


При влаштуванні заземлення добре провід закопати на глибину до 2,5 м. Однак у польових умовах
зробити це не завжди є можливим. Тому заземлення часто роблять у вигляді штиря, забитого в землю. Чому в цьому випадку корисне місце заземлення полити солоною водою?


НЕ МОЖНА-Я-Я!

У разі пожежі в електроустановках потрібно негайно відключити рубильник. Вогонь, викликаний струмом, НЕ МОЖНА гасити водою чи звичайним вогнегасником, т.к. струмінь води є провідником і може знову замкнути ланцюг та відновити причину пожежі. У цьому випадку необхідно застосовувати сухий пісок або піскоструминний вогнегасник.


ЛЮДСЬКЕ ТІЛО - ПРОВІДНИК ЕЛЕКТРИЦІ

Якщо випадково людина опиниться під напругою, то можлива травма чи навіть смерть.

При роботі з електроланцюжками НЕ МОЖНА:
- не можна одночасне двома руками торкатися оголених дротів.
- не можна торкатися оголеного дроту, стоячи землі чи сирому (навіть цементному чи дерев'яному) підлозі.
- Не можна користуватися несправними електричними приладами.
- не можна ремонтувати електричний пристрій, не відключивши його від джерела струму.

Перша допомога ураженому електричним струмом.

Найчастіше сама людина неспроможна звільнитися від проводів зі струмом, т.к. електричний струм викликає судомне скорочення м'язів, або потерпілий непритомний. Спочатку треба від'єднати людину від струмонесучих проводів. Для цього треба вимкнути струм або вивернути запобіжники, що стоять біля лічильника. Якщо вимикач далеко, треба дерев'яною палицею (непроводящим предметом) відтягнути його від дроту. Під ногами має бути ізолююча поверхня: гумовий килимок, сухі дошки або лінолеум. Відтягувати постраждалого від проводів голими руками можна лише за кінці сухого одягу та однією рукою. Не можна торкатися з'єднаних із землею. провідних предметів!
Потім постраждалого треба покласти на спину та викликати лікаря.

Не суй пальці в розетку, вони ще знадобляться!

ВИЗНАЧЕННЯ, ПРИЗНАЧЕННЯ І КЛАСИФІКАЦІЯ

ЕЛЕКТРОІЗОЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

Діелектрики- Речовини, в яких можуть довго існувати електростатичні поля. Ці матеріали, на противагу провідникових, практично не проводять електричний струм під дією прикладеної до них постійної напруги.

Призначення електричної ізоляції зводиться насамперед до того щоб перешкоджати проходженню струму шляхами, небажаними до роботи електротехнічного устройства. Крім того, діелектрики в електричних пристроях, зокрема конденсаторах, відіграють активну роль, забезпечуючи ємність необхідної величини.

Дипольними діелектриками є молекули яких побудовані у просторі несиметрично; як правило, вони мають більш високу діелектричну проникність, ніж нейтральні діелектрики. Дипольні діелектрики гігроскопічніші і легше змочуються водою, ніж нейтральні.

Діелектрики поділяються також на гетерополярні (іонні),молекули яких відносно легко розщеплюються на протилежно заряджені частини (іони), та гомеополярні,що не розщеплюються на іони.

За хімічним складом електроізоляційні матеріали поділяються на органічні,в склад яких входить вуглець, і неорганічні,що не містять вуглецю. Як правило, неорганічні матеріали мають більш високу нагрівостійкість, ніж органічні.

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ ДІЕЛЕКТРИКІВ

За своїм призначенням діелектрики під впливом постійної напруги зовсім не повинні пропускати струму, тобто повинні бути непровідниками.Однак усі практично застосовувані електроізоляційні матеріали при додатку постійної напруги пропускають деякий незначний струм, так званий струм витоку.Таким чином, питомий опір електроізоляційних матеріалів не нескінченний, хоч і дуже великий.

Опірділянки ізоляції дорівнює відношенню доданої до цієї ділянки ізоляції постійної напруги U (у вольтах) до струму витоку I(в амперах) через цю ділянку:

Провідність ізоляції

.

Розрізняють об'ємний опірізоляції R V , чисельно визначальна перешкода, що створюється ізоляцією проходження струму крізь її товщу, і поверхневий опірR S визначальна перешкода проходженню струму по поверхні ізоляції та характеризує наявність підвищеної провідності поверхневого шару діелектрика за рахунок зволоження, забруднення тощо.

Повний опірізоляції визначається як результуюче двох опорів, включених паралельно між електродами, об'ємного та поверхневого:

Для плоскої ділянки ізоляції з поперечним перерізом S[см 2 ] та завтовшки h[см] об'ємний опір (виключаючи вплив країв) дорівнює:

.

Чисельно ρ Vі опору (в Омах) куба з ребром в 1 смз даного матеріалу, якщо струм проходить через дві протилежні грані куба:

.

1 Ом∙см= 10 4 Ом∙мм 2 /м= 10 6 мкОм∙см= 10 -2 Ом∙м.

Величина, обернена до питомого об'ємного опору

,

називається питомою об'ємною провідністюматеріалу.

Значення ρ Vтвердих і рідких електроізоляційних матеріалів, що практично застосовуються, коливаються приблизно від 10 8 -10 10 Ом∙смдля порівняно низькоякісних матеріалів, що застосовуються в маловідповідальних випадках (деревина, мармур, азбестоцемент та ін.) до 10 16 -10 18 Ом∙смдля таких матеріалів, як бурштин, полістирол, поліетилен та ін. Для неіонізованих газів ρ Vпорядку 10 19 -10 20 Ом∙див.Відношення питомих опорів високоякісного твердого діелектрика та хорошого провідника (при нормальній температурі) виражається колосальним числом – порядку 1022-1024.

Питомий поверхневий опірρ Sхарактеризує властивість електроізоляційного матеріалу створювати у виготовленій із нього ізоляції поверхневий опір. Поверхневий опір (нехтуючи впливом країв) між електродами з паралельними один одному прямими кромками завдовжки b, що знаходяться один від одного на відстані а, при виключенні струму об'ємного витоку через товщу матеріалу одно , де.

Величина ρ Sчисельно дорівнює опору квадрата (будь-якого розміру) на поверхні даного матеріалу , сіл струм підводиться до електродів, що обмежують дві протилежні сторони цього квадрата .

Фізична природа електропровідності діелектриків

Електропровідність діелектриків пояснюється наявністю в них вільних (тобто не пов'язаних з певними молекулами та можуть пересуватися під дією прикладеного електричного поля) заряджених частинок: іонів, моліонів (колоїдних частинок), іноді електронів.

Найбільш характерна для більшості електроізоляційних матеріалів іонна електропровідність.Слід зазначити, що у ряді випадків електролізу піддається основна речовина діелектрика; прикладом може бути скло, в якому завдяки його прозорості можна безпосередньо спостерігати виділення продуктів електролізу. При пропущенні постійного струму через скло, нагріте для зниження провідності, у катода утворюються характерні деревоподібні відкладення («дендрити») металів, що входять до складу скла, насамперед натрію. Ще частіше спостерігаються такі випадки, коли молекули основної речовини діелектрика не мають здатності легко іонізуватися, але іонна електропровідність має місце за рахунок практично неминуче присутніх у діелектриці забруднень - домішок вологи, солей, кислот, лугів тощо. Навіть дуже малі, іноді з працею виявлені хімічним аналізом домішки здатні помітно проводити провідність речовини; тому при виготовленні діелектриків та взагалі в техніці електричної ізоляції таке важливе значення має чистота вихідних продуктів та чистота робочого місця. У діелектрика з іонним характером електропровідності суворо дотримується закон Фарадея, тобто пропорційність між кількістю електрики, що пройшла через ізоляцію (при постійному струмі) і кількістю речовини, що виділилася при електролізі.

При підвищенні температурипитомий опір електроізоляційних матеріалів, як правило, сильно зменшується. Очевидно, що умови роботи електричної ізоляції стають при цьому важчими. При низьких температурах, навпаки, навіть дуже погані діелектрики набувають високих значень. ρ V .

Присутність навіть малих кількостей води здатна значно зменшити ρ Vдіелектрика. Це пояснюється тим, що домішки, що є у воді, дисоціюють на іони або ж присутність води може сприяти дисоціації молекул самої речовини. Таким чином, умови роботи електричної ізоляції обтяжуються і при зволоженні.Дуже сильно впливає зволоження на зміну ρ Vволокнистих та деяких інших матеріалів, в яких волога може утворювати суцільні плівки вздовж волокон - «містки», що пронизують весь діелектрик від одного електрода до іншого.

Гігроскопічні матеріали для захисту від дії вологи після сушіння просочують або покривають негігроскопічними лаками, компаундами тощо. сушінніелектричної ізоляції волога з неї видаляється, і опір її зростає. Тому при підвищенні температури ρ Vзволоженого матеріалу спочатку може навіть зростати (якщо вплив видалення вологи переважує вплив підвищення температури), і лише після видалення значної частини вологи починається зниження ρ V .

Опір ізоляції може зменшуватися з підвищенням напруги,що має істотне практичне значення: вимірюючи опір ізоляції (машини, кабелю, конденсатора тощо) при напрузі, яка нижча за робочий, ми можемо отримати завищену величину опору.

Залежність R звід величини напруги пояснюється рядом причин:

    освітою в діелектриці об'ємних зарядів;

    поганим контактом між електродами та вимірюваною ізоляцією та ін.

При досить високих напруженнях може відбуватися звільнення електронів силами електричного поля; додаткова електронна провідність, що створюється при цьому, призводить до істотного збільшення загальної електропровідності. Це передує розвитку пробою діелектрика.

При додатку до твердого діелектрика постійної напруги в більшості випадків струм поступово спадає з часом, асимптотично наближаючись до деякої величини, що встановилася. Таким чином, поступово провідність діелектрика зростає, а опір зменшується. Зміна провідності з часом пов'язана з впливом утворення об'ємних зарядів, процесами електролізу в діелектриці та іншими причинами.

Характер зміни питомого поверхневого опору ρ Sдіелектриків від різних факторів (температури, вологості, величини напруги, часу впливу напруги) подібний до характеру зміни ρ V, Розглянутим вище. Величина ρ SГігроскопічні діелектрики дуже чутлива до зволоження.

Поляризація діелектриків

Найважливішим властивістю діелектриків є здатність їх під дією прикладеної ззовні електричної напруги поляризуватися. Поляризація зводиться до зміни просторового становища заряджених матеріальних частинок діелектрика, причому діелектрик набуває наведений електричний момент,і у ньому утворюється електричний заряд. Якщо ми розглядаємо деяку ділянку ізоляції з електродами, до яких подається напруга U [В], то заряд цієї ділянки Q [Кл] визначається виразом

Q= CU .

Тут Зє ємність даної ділянки ізоляції, що вимірюється у фарадах (ф).

Місткість ізоляції залежить як від матеріалу (діелектрика), так і від геометричних розмірів та конфігурації ізоляції.

Здатність даного діелектрика утворювати електричну ємність називається його діелектричною проникністюі позначається ε . Величина ε вакуум приймається за одиницю.

Нехай З о- ємність вакуумного конденсатора довільної форми та розмірів. Якщо, не змінюючи розмірів, форми та взаємного розташування обкладок конденсатора, заповнити простір між його обкладками матеріалом з діелектричною проникністю ε , то ємність конденсатора збільшиться і досягне значення

C=ε З о .

Таким чином, діелектрична проникність будь-якої речовини є число, що показує, у скільки разів збільшиться ємність вакуумного конденсатора, якщо, не змінюючи розмірів та форми електродів конденсатора, заповнити простір між електродами даною речовиною. Ємність конденсатора даних геометричних розмірів та форми прямо пропорційна ε діелектрика.

Величина діелектричної проникності входить до багатьох основних рівнянь електростатики. Так, згідно із законом Кулонзусилля взаємного відштовхування двох точкових електричних зарядів завбільшки Q 1 та Q 2 (абсолютних одиниць заряду), розташованих у середовищі з діелектричною проникністю ε на відстані один від одного h[см] , складає:

Діелектрична проникність є безрозмірною величиною. Для газів вона дуже близька до 1. Так, для повітря за нормальних умов ε= 1,00058. Для більшості рідких та твердих електроізоляційних матеріалів ε – близько кількох одиниць, рідше десятків і дуже рідко перевищує 100. Деякі речовини особливого класу - сегнетоелектрики - за певних умов мають виключно високі значення діелектричної проникності.

Фізична сутність поляризації

Поляризація, як і провідність, зумовлена ​​пересуванням у просторі електричних зарядів. Відмінності цих двох явищ:

    при поляризації має місце зміщення пов'язанихз певними молекулами зарядів, які можуть виходити межі цієї молекули, тоді як провідність обумовлена ​​рухом (дрейфом) вільних зарядів, які можуть переміщатися в діелектриці на порівняно велику відстань;

    усунення при поляризації - пружний зсув зарядів;

    поляризація однорідного матеріалу має місце практично у всіх молекулах діелектрика, тоді як електропровідність діелектриків часто обумовлюється наявністю незначної кількості домішок (забруднень).

У той час як струм провідності існує весь час, поки до діелектрика додана ззовні постійна напруга, струм зміщення (ємнісний струм)виникає лише при включенні чи вимкненні постійної напруги або взагалі при зміні величини прикладеної напруги; довгоіснує ємнісний струм тільки в діелектриці, що під впливом змінної напруги.

Найбільш типові види поляризації: електронна, іонна та дипольна.

Електронна поляризація- Зміщення орбіт електронів щодо атомного ядра. Електронна поляризація під час накладання зовнішнього електричного поля протікає за надзвичайно короткий час (порядку 10 -15 сек).

Іонна поляризація(у іонних діелектриків) - зміщення один щодо одного іонів, що становлять молекулу. Ця поляризація протікає в строки триваліші, ніж електронна, але так само в дуже короткі - близько 10 -13 сек.

Електронна та іонна поляризація - різновиди деформаційної поляризації,являє собою зрушення один щодо одного зарядів у напрямку зовнішнього електричного поля.

Дипольна (орієнтаційна) поляризаціязводиться до повороту (орієнтації) дипольних молекул речовини. Ця поляризація чисельно велика в порівнянні з деформаційною і повністю протікає за проміжки часу, різні для молекул різних речовин, але значно довші, ніж тривалість деформаційної поляризації.

Вочевидь, що з нейтральних діелектриків може мати місце лише деформаційна поляризація. Ці діелектрики мають порівняно малу діелектричну проникність (наприклад, для рідких та твердих вуглеводнів ε порядку 1,9-2,8).

Таблиця 1.1

Величина діелектричної проникності деяких речовин

Дипольні діелектрики, у яких, крім деформаційної поляризації, спостерігається і орієнтаційна поляризація, мають більш високі значення діелектричної проникності порівняно з нейтральними діелектриками, причому у дипольних діелектриків, наприклад, для води, ε = 82.

Діелектрична проникність дипольної речовини, взагалі кажучи, тим більша, чим менші розміри молекули (або молекулярна вага). Так, дуже велике ε Вода пов'язана з дуже малим розміром її молекули.

Залежність діелектричної проникності частоти.Так як час встановлення деформаційної поляризації дуже мало в порівнянні з часом зміни знака напруги навіть при найбільш високих частотах, що застосовуються в сучасній радіоелектроніці, поляризація нейтральних діелектриків встигає встановитися повністю за час, яким порівняно з напівперіодом змінної напруги можна знехтувати. Тому практично суттєвої залежності ε від частотиу нейтральних діелектриків немає.

У дипольних діелектриків при підвищенні частоти змінної напруги величина ε спочатку також залишається незмінною, але починаючи з деякої критичної частоти,коли поляризація не встигає повністю встановитися за півперіод, ε починає знижуватися, наближаючись при дуже високих частотах до значень, притаманних нейтральних діелектриків; у разі підвищення температури критична частота збільшується.

В різко неоднорідних діелектриках,зокрема у діелектриках із вкрапленнями води, спостерігається явище так званої міжшарноїполяризації. Міжшарова поляризація зводиться до накопичення електричних зарядів на межах розділу діелектриків (у разі зволоженого діелектрика – на поверхні вкрапленої води). Процеси встановлення міжшарової поляризації дуже повільні і можуть протікати протягом хвилин і годин. Тому збільшення ємності ізоляції внаслідок зволоження останньої тим більше, що менше частота змінної напруги, прикладеного до ізоляції.

Завісімость діелектричної проникності від температури.У нейтральних діелектриків ε слабо залежить від температури, зменшуючись у разі підвищення останньої внаслідок теплового розширення речовини, т. е. зменшення кількості поляризуються молекул в одиниці обсягу речовини.

У дипольних діелектриків в області низьких температур, коли речовина має велику в'язкість, орієнтація дипольних молекул уздовж поля в більшості випадків неможлива або принаймні утруднена. При підвищенні температури та зменшенні в'язкості можливість орієнтації диполів полегшується, внаслідок чого ε суттєво зростає. При високій температурі внаслідок посилення теплових хаотичних теплових коливань молекул ступінь упорядкованості орієнтації молекул знижується, що знову призводить до зниження ε .

У кристалів з іонною поляризацією, скла, порцеляни та інших видів кераміки з великим вмістом склоподібної фази, діелектрична проникність зростає при підвищенні температури.

ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА

ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА

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

Повний словник іншомовних слів, що увійшли у вжиток у російській мові., 1907 .

ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА

непровідні електроенергії, ізолятори.

, 1907 .

ІЗОЛЯТОРИ АБО ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА

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

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


Дивитися що таке "ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТІЛА" в інших словниках:

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

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

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

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

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

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

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

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

    Класична електродинаміка … Вікіпедія

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

Книги

  • Фундаментальні основи процесів хімічного осадження плівок та структур для наноелектроніки , Колектив авторів , У монографії представлені результати розвитку процесів хімічного осадження з газової фази металевих та діелектричних плівок з використанням нетрадиційних летких вихідних вихідних... Категорія: Технічна література Серія: Інтеграційні проекти СО РАН Видавець: ФГУП «Видавництво ЗІ РАН», електронна книга(fb2, fb3, epub, mobi, pdf, html, pdb, lit, doc, rtf, txt)
  • Фізика твердого тіла для інженерів Навчальний посібник , Гуртов В. , Осауленко Р. , Навчальний посібник є систематизованим і доступним викладом курсу фізики твердого тіла, що містить основні елементи фізики конденсованого стану та її застосування для … Категорія: