Електрическа пропускливост

Пропускливостта е величина, която характеризира капацитета на диелектрика, поставен между плочите на кондензатора. Както знаете, капацитетът на плосък кондензатор зависи от размера на площта на плочите (от по-голяма площплочи, толкова по-голям е капацитетът), разстоянието между плочите или дебелината на диелектрика (колкото по-дебел е диелектрикът, толкова по-нисък е капацитетът), както и от материала на диелектрика, чиято характеристика е електрическата пропускливост.

Числено, електрическата пропускливост е равна на съотношението на капацитета на кондензатор с някакъв диелектрик от същия въздушен кондензатор... За създаване на компактни кондензатори е необходимо да се използват диелектрици с висока електрическа пропускливост. Електрическата пропускливост на повечето диелектрици е няколко единици.

В технологията са получени диелектрици с висока и свръхвисока електрическа пропускливост. Повечето от тях са рутил (титанов диоксид).

Фигура 1. Електрическа пропускливост на средата

Ъгъл на диелектрични загуби

В статията "Диелектрици" разгледахме примери за включване на диелектрик в DC и AC верига. Оказа се, че когато истински диелектрик работи в електрическо поле, образувано от променливо напрежение, се отделя топлинна енергия. Погълнатата мощност в този случай се нарича диелектрична загуба.Статията "Променливотокова верига, съдържаща капацитет" ще докаже, че в идеален диелектрик капацитивният ток води напрежението под ъгъл, по-малък от 90 °. В истински диелектрик капацитивният ток води напрежението под ъгъл, по-малък от 90 °. Намаляването на ъгъла се влияе от тока на утечка, иначе наречен ток на проводимост.

Разликата между 90 ° и ъгъла на срязване между напрежението и тока, протичащи във верига с реален диелектрик, се нарича ъгъл на диелектрична загуба или ъгъл на загуба и се обозначава δ (делта). По-често не се определя самият ъгъл, а тангенсът на този ъгъл -tg δ.

Установено е, че диелектричните загуби са пропорционални на квадрата на напрежението, честотата на променливия ток, капацитета на кондензатора и тангенса на ъгъла на диелектричните загуби.

Следователно, колкото по-голям е тангенсът на диелектричните загуби, tan δ, толкова по-голяма е загубата на енергия в диелектрика, толкова по-лош е диелектричният материал. Материалите с относително висок тен δ (от порядъка на 0,08 - 0,1 и повече) са лоши изолатори. Материалите с относително нисък тен δ (от порядъка на 0,0001) са добри изолатори.

Капацитетът на кондензатора зависи, както показва опитът, не само от размера, формата и относителното положение на съставните му проводници, но и от свойствата на диелектрика, запълващ пространството между тези проводници. Влиянието на диелектрика може да се установи чрез следния експеримент. Нека заредим плоския кондензатор и да наблюдаваме показанията на електрометъра, който измерва напрежението в кондензатора. След това нека пъхнем незаредена ебонитова плоча в кондензатора (фиг. 63). Ще видим, че потенциалната разлика между плочите значително ще намалее. Ако ебонитът се отстрани, показанията на електромера остават същите. Това показва, че при замяна на въздуха с ебонит, капацитетът на кондензатора се увеличава. Като вземем друг диелектрик вместо ебонит, получаваме подобен резултат, но само промяната в капацитета на кондензатора ще бъде различна. Ако е капацитетът на кондензатор, между чиито плочи има вакуум, и е капацитетът на същия кондензатор, когато цялото пространство между плочите е запълнено, без въздушни междини, с някакъв вид диелектрик, тогава капацитетът ще бъде няколко пъти по-голям от капацитета, където зависи само от естеството на диелектрика. Така че човек може да пише

Ориз. 63. Капацитетът на кондензатора се увеличава, когато ебонитната плоча се прокара между плочите му. Листата на електрометъра падат, въпреки че зарядът остава същият

Величината се нарича относителна диелектрична константа или просто диелектрична константа на средата, която запълва пространството между плочите на кондензатора. Таблица 1 са показани стойностите на диелектричната константа на някои вещества.

Таблица 1. Диелектрична константа на някои вещества

Вещество
вода (чиста)
Керамика (радиотехника)

Горното е вярно не само за плосък кондензатор, но и за кондензатор с всякаква форма: заменяйки въздуха с някакъв вид диелектрик, ние увеличаваме капацитета на кондензатора с пъти.

Строго погледнато, капацитетът на кондензатора се увеличава няколко пъти само ако всички силови линии, преминаващи от една плоча към друга, преминават през дадения диелектрик. Това ще бъде например за кондензатор, който е напълно потопен в някакъв вид диелектрична течност, излята в голям съд. Въпреки това, ако разстоянието между плочите е малко в сравнение с техните размери, тогава можем да предположим, че е достатъчно да се запълни само пространството между плочите, тъй като именно тук електрическото поле на кондензатора е практически концентрирано. Така че, за плосък кондензатор е достатъчно да запълните само пространството между плочите с диелектрик.

Чрез поставяне на вещество с висока диелектрична константа между плочите, капацитетът на кондензатора може да се увеличи значително. Това се използва на практика и обикновено като диелектрик за кондензатор се избира не въздух, а стъкло, парафин, слюда и други вещества. На фиг. 64 показва технически кондензатор, в който диелектрикът е импрегнирана с парафин хартиена лента. Кориците му са ламарина, притисната от двете страни към восъчна хартия. Капацитетът на такива кондензатори често достига няколко микрофарада. Така например, любителски радио кондензатор с размера на кибритена кутияима капацитет от 2 μF.

Ориз. 64. Технически плосък кондензатор: а) сглобен; б) частично разглобени: 1 и 1" - станиолни ленти, между които се полагат ленти от восъчна тънка хартия 2. Всички ленти се сгъват заедно" като акордеон" и се поставят в метална кутия. Контактите 3 и 3" се запояват към краищата на лентите 1 и 1" за включване на кондензатор във веригата

Ясно е, че само диелектрици с много добри изолационни свойства са подходящи за производството на кондензатор. В противен случай зарядите ще протичат през диелектрика. Следователно водата, въпреки високата си диелектрична константа, изобщо не е подходяща за производството на кондензатори, тъй като само изключително добре пречистената вода е достатъчно добър диелектрик.

Ако пространството между плочите на плосък кондензатор е запълнено със среда с диелектрична константа, тогава формула (34.1) за плосък кондензатор приема формата

Фактът, че капацитетът на кондензатора зависи от околната среда, показва, че електрическото поле вътре в диелектриците се променя. Видяхме, че когато кондензаторът е запълнен с диелектрик с диелектрична константа, капацитетът се увеличава с коефициент. Това означава, че при еднакви заряди върху плочите потенциалната разлика между тях намалява с коефициент. Но потенциалната разлика и силата на полето са свързани помежду си чрез съотношението (30.1). Следователно, намаляването на потенциалната разлика означава, че силата на полето в кондензатора, когато е запълнен с диелектрик, се намалява с коефициент. Това е причината за увеличаването на капацитета на кондензатора. пъти по-малко, отколкото във вакуум. Оттук заключаваме, че законът на Кулон (10.1) за точкови заряди, поставени в диелектрик, има формата

ВИРТУАЛНА ЛАБОРАТОРНА РАБОТА No3 СОФТУЕР

ФИЗИКА НА ТВЪРДОТО ТЯЛО

Методически указания за изпълнение лабораторна работа No 3 на раздел физика "Твърдо тяло" за студенти от технически специалности от всички форми на обучение

Красноярск 2012г

Рецензент

Кандидат на физико-математическите науки, доцент О.Н. Бандурина

(Сибирски държавен авиокосмически университет

на името на академик М.Ф. Решетнев)

Публикувано с решение на Методическата комисия по ИКТ

Определяне на диелектричната константа на полупроводниците. Виртуална лабораторна работа №3 по физика на твърдото тяло: Методически указания за изпълнение на лабораторна работа No 3 по раздел физика „Твърдо тяло” за студенти по техн. специалист. всички форми на обучение/съст.: A.M. Харков; Сиб. състояние аерокосмически не-т. - Красноярск, 2012 .-- 21 с.

Сибирска държавна аерокосмическа

Университет на името на академик М.Ф. Решетнев, 2012 г

Въведение ………………………………………………………………………………………………… 4

Допускане до лабораторна работа ……………………………………………………………………… 4

Регистриране на лабораторни работи за защита ……………………………………………… 4

Определяне на диелектричната константа на полупроводниците ………… ........ 5

Теория на методите ………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5

Техника за измерване на диелектричната константа ………………… .. …… ..11

Обработка на резултатите от измерването ……………………………… .. ……………………… 16

Тестови въпроси ………… .. ………………………………………………………… .17

Тест ………………………………………………………………………………… .17

Литература ………………………………………………………………………………… 20

Приложение ……………………………………………………………………………………………… 21

ВЪВЕДЕНИЕ

Данни насокисъдържат описания на лабораторни работи, които използват виртуални модели от курса "Физика на твърдото тяло".

Разрешение за работа в лаборатория:

Провежда се от учителя в групи с персонална анкета на всеки ученик. за прием:

1) Всеки студент изготвя предварително личното си резюме на тази лабораторна работа;

2) Учителят индивидуално проверява дизайна на реферата и задава въпроси относно теорията, техниката на измерване, инсталирането и обработката на резултатите;

3) Ученикът отговаря зададени въпроси;

4) Учителят позволява на ученика да работи и поставя своя подпис в синопсиса на ученика.

Регистрация на лабораторни работи за защита:

Напълно завършената и подготвена за отбрана работа трябва да отговаря на следните изисквания:

Изпълнение на всички точки: всички изчисления на необходимите стойности, всички таблици са запълнени с мастило, всички графики са построени и т.н.

Графиците трябва да отговарят на всички изисквания на учителя.

За всички стойности в таблиците трябва да се запише съответната мерна единица.

Заключенията за всяка графика се записват.

Изписан е отговор в предписаната форма.

Заключенията от отговора се записват.

ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ДИЕЛЕКТРИЧНАТА ПРОНИЧАЕМОСТ НА ПОЛУПРОДНИЦИ

Теория на методите

ПоляризацияДали способността на диелектрика да се поляризира под въздействието на електрическо поле, т.е. промяна в пространството подреждането на свързаните заредени диелектрични частици.

Най-важният имотдиелектриците е способността им да поляризират електрически, т.е. под въздействието на електрическо поле се получава насочено изместване на заредени частици или молекули на ограничено разстояние. Под действието на електрическо поле зарядите се изместват, както в полярни, така и в неполярни молекули.

Има над дузина различни видовеполяризация. Нека разгледаме някои от тях:

1. Електронна поляризацияТова е изместване на орбитите на електроните спрямо положително зареденото ядро. Среща се във всички атоми на всяко вещество, т.е. във всички диелектрици. Електронната поляризация се установява за време от 10 -15 -10 -14 s.

2. Йонна поляризация- изместване един спрямо друг на противоположно заредени йони в вещества с йонни връзки. Времето на неговото установяване е 10 -13 -10 -12 сек. Електронната и йонната поляризация са сред моментните или деформационни видове поляризация.

3. Диполна или ориентационна поляризацияпоради ориентацията на диполите по посока на електрическото поле. Полярните диелектрици имат диполна поляризация. Времето на установяването му е 10 -10 -10 -6 сек. Диполната поляризация е бавен или релаксиращ тип поляризация.

4. Миграционна поляризациянаблюдавано в нехомогенни диелектрици, в които електрически заряди се натрупват на границата на участъка от нехомогенности. Процесите на установяване на миграционна поляризация са много бавни и могат да продължат минути или дори часове.

5. Поляризация на йонна релаксациясе причинява от прекомерен пренос на слабо свързани йони под действието на електрическо поле на разстояния, надвишаващи константата на решетката. Поляризацията на йонната релаксация се проявява в някои кристални вещества в присъствието на примеси под формата на йони или хлабава опаковка на кристалната решетка. Времето на установяването му е 10 -8 -10 -4 сек.

6. Електронна релаксационна поляризациявъзниква поради излишъка на "дефектни" електрони или "дупки", възбудени от топлинна енергия. Този тип поляризация обикновено води до висока диелектрична константа.

7. Спонтанна поляризация- спонтанна поляризация, която възниква в някои вещества (например сол на Рошел) в определен температурен диапазон.

8. Еласто-диполна поляризациясвързано с еластичното въртене на диполите през малки ъгли.

9. Остатъчна поляризация- поляризация, която остава в някои вещества (електрети) дълго време след отстраняване на електрическото поле.

10. Резонансна поляризация... Ако честотата на електрическото поле е близка до естествената честота на вибрациите на диполите, тогава вибрациите на молекулите могат да се увеличат, което ще доведе до появата на резонансна поляризация в диполния диелектрик. Резонансна поляризация се наблюдава при честоти в инфрачервената област. Истинският диелектрик може едновременно да притежава няколко вида поляризация. Появата на определен вид поляризация се определя от физикохимични свойствавещества и обхвата на използваните честоти.

Основни параметри:

ε - диелектрична константа- мярка за способността на материала да се поляризира; това е стойност, която показва колко пъти силата на взаимодействие на електрическите заряди в даден материал е по-малка, отколкото във вакуум. Вътре в диелектрика се появява поле, което е насочено срещу външното.

Силата на външното поле отслабва в сравнение с полето на същите заряди във вакуум с коефициент ε, където ε е относителната диэлектрична проницаемост.

Ако вакуумът между плочите на кондензатора се замени с диелектрик, тогава в резултат на поляризация капацитетът се увеличава. Една проста дефиниция на диелектричната константа се основава на това:

където C 0 е капацитетът на кондензатора, между чиито плочи има вакуум.

C d е капацитетът на същия кондензатор с диелектрик.

Диелектричната константаε на изотропна среда се определя от съотношението:

(2)

където χ е диелектричната чувствителност.

D = tan δ - тангенс на диелектричните загуби

Диелектрични загуби -загуби електрическа енергияпричинени от протичането на токове в диелектриците. Разграничаване на тока чрез проводимост I sk.pr, причинен от наличието в диелектриците на малко количество лесно подвижни йони, и поляризационни токове. При електронна и йонна поляризация поляризационният ток се нарича ток на изместване I cm, той е много краткотраен и не се записва от инструменти. Токове, свързани със забавени (релаксационни) видове поляризация, се наричат ​​абсорбционни токове I abs. V общ случайобщият ток в диелектрика се определя като: I = I abs + I sk.pr. След установяване на поляризация общият ток ще бъде равен на: I = I sk.pr. Ако в постоянно поле възникват поляризационни токове в момента на включване и изключване на напрежението и общият ток се определя в съответствие с уравнението: I = I sk.pr, то в променливо поле поляризационни токове възникват в момента на обръщане на полярността на напрежението. В резултат на това загубите в диелектрика в променливо поле могат да бъдат значителни, особено ако полупериодът на приложеното напрежение се доближава до времето за установяване на поляризация.

На фиг. 1 (а) показва верига, еквивалентна на кондензатор с диелектрик във верига с променливо напрежение. В тази схема кондензатор с реален диелектрик, който има загуби, се заменя с идеален кондензатор C с активно съпротивление R, свързано паралелно. 1 (б) показва векторна диаграма на токове и напрежения за разглежданата верига, където U е напрежението във веригата; I ak - активен ток; I p - реактивен ток, който изпреварва активния компонент във фаза с 90 °; I ∑ - общ ток. В този случай: I a = I R = U / R и I p = I C = ωCU, където ω е кръговата честота на променливото поле.

Ориз. 1. (а) - диаграма; (b) - векторна диаграма на токове и напрежения

Ъгълът на диелектрични загуби се нарича ъгъл δ, който допълва ъгъла на фазовото изместване φ между тока I ∑ и напрежението U в капацитивната верига до 90 °. Загубите в диелектрици в променливо поле се характеризират с тангенса на ъгъла на диелектричните загуби: tan δ = I a / I p.

Граничните стойности на тангенса на диелектричните загуби за високочестотни диелектрици не трябва да надвишават (0,0001 - 0,0004), а за нискочестотни - (0,01 - 0,02).

Зависимости на ε и tan δ от температура T и честота ω

Диелектрични параметри на материалите в различни степенизависи от температурата и честотата. Голям бройдиелектричните материали не позволяват да се обхванат характеристиките на всички зависимости от тези фактори.

Следователно, на фиг. 2 (а, б) показват общи тенденции, характерни за някои големи групи т.е. са показани типичните зависимости на диелектричната константа ε от температурата T (a) и от честотата ω (b).

Ориз. 2. Честотна зависимост на реалната (ε) и въображаемата (εʺ) части на диелектричната константа при наличие на ориентационен релаксационен механизъм

Комплексна диелектрична константа.При наличие на релаксационни процеси е удобно да се запише диелектричната константа в сложна форма. Ако формулата на Дебай е валидна за поляризуемост:

(3)

където τ е времето на релаксация, α 0 е статистическата ориентационна поляризуемост. След това, като приемем, че локалното поле е равно на външното, получаваме (в CGS):

На фиг. 2. Забележете, че намаляването на εʹ (реалната част от ε) се извършва близо до максимума на εʺ (въображаема част от ε).

Такъв ход на вариация на εʹ и εʺ с честотата служи като чест примерпо-общ резултат, според който εʹ (ω) от честотата води и до зависимост на εʺ (ω) от честотата. В системата SI 4π трябва да бъде заменено с 1 / ε 0.

Под действието на приложено поле, молекулите в неполярен диелектрик се поляризират, превръщайки се в диполи с индуциран диполен момент μ ипропорционално на силата на полето:

(5)

В полярен диелектрик диполният момент на полярна молекула μ в общия случай е равен на векторната сума на вътрешното μ 0 и индуцираното μ имоменти:

(6)

Силите на полето, създадено от тези диполи, са пропорционални на диполния момент и обратно пропорционални на куба на разстоянието.

За неполярни материали обикновено ε = 2 - 2,5 и не зависи от честотата до ω ≈10 12 Hz. Зависимостта на ε от температурата се дължи на факта, че когато се променя, линейните размери на твърдите тела и обемите на течните и газообразните диелектрици се променят, което променя броя на молекулите n на единица обем

и разстоянието между тях. Използване на отношенията, известни от теорията на диелектриците F = n \μ ии F =ε 0 (ε - 1) E,където Ф- поляризация на материала, за неполярни диелектрици имаме:

(7)

За E = const също μ и= const и промяната на температурата в ε се дължи само на промяната в n, което е линейна функциятемпература Θ, зависимостта ε = ε (Θ) също е линейна. Няма аналитични зависимости за полярните диелектрици и обикновено се използват емпирични.

1) С повишаване на температурата обемът на диелектрика се увеличава и диелектричната константа леко намалява. Намаляването на ε е особено забележимо през периода на омекване и топене на неполярни диелектрици, когато обемът им значително се увеличава. Поради високата честота на въртене на електроните в орбити (от порядъка на 10 15 –10 16 Hz), времето необходимо за установяване на равновесно състояние на електронната поляризация е много кратко и диэлектричната проницаемост ε на неполярните диелектрици не зависи от честота на полето в често използвания честотен диапазон (до 10 12 Hz).

2) С повишаване на температурата връзките между отделните йони отслабват, което улеснява взаимодействието им под действието на външно поле и това води до увеличаване на йонната поляризация и диелектричната константа ε. Поради краткостта на времето, необходимо за установяване на състоянието на йонна поляризация (от порядъка на 10 13 Hz, което съответства на естествената честота на йонните вибрации в кристална решетка) промяна в честотата на външното поле в обичайните работни диапазони практически няма ефект върху стойността на ε в йонните материали.

3) Диелектричната константа на полярните диелектрици силно зависи от температурата и честотата на външното поле. С повишаване на температурата подвижността на частиците се увеличава и енергията на взаимодействие между тях намалява, т.е. ориентацията им става по-лесна под действието на външно поле - диполната поляризация и диелектричната константа се увеличават. Този процес обаче продължава само до определена температура. При по-нататъшно повишаване на температурата пропускливостта ε намалява. Тъй като ориентацията на диполите в посоката на полето се извършва в процеса термично движениеи чрез термично движение установяването на поляризация отнема време. Това време е толкова дълго, че в променливи полетависокочестотните диполи нямат време да се ориентират по полето и проницаемостта ε намалява.

Техника за измерване на диелектрична константа

Капацитет на кондензатора. кондензаторТова е система от два проводника (плочи), разделени от диелектрик, чиято дебелина е малка в сравнение с линейните размери на проводниците. Така например две плоски метални пластини, разположени успоредно и разделени от диелектричен слой, образуват кондензатор (фиг. 3).

Ако плочите на плосък кондензатор са заредени с противоположен знак с еднаква величина, тогава силата на електрическото поле между плочите ще бъде два пъти по-висока от силата на полето на една плоча:

(8)

където ε е диелектричната константа на диелектрика, запълващ пространството между плочите.

Физическо количество, определено от съотношението на заряда qедна от кондензаторните пластини до потенциалната разлика Δφ между кондензаторните пластини се нарича електрически капацитет на кондензатора:

(9)

Единица за електрически капацитет SI - Фарад(F). Кондензатор от 1 F притежава такъв кондензатор, потенциалната разлика между плочите на който е равна на 1 V, когато плочите се захранват с противоположни заряди от 1 C: 1 F = 1 C / 1 V.

Капацитет на плосък кондензатор.Формулата за изчисляване на електрическия капацитет на плосък кондензатор може да се получи с помощта на израз (8). Всъщност силата на полето е: Е= φ / εε 0 = q / εε 0 С, където СЕ площта на плочата. Тъй като полето е равномерно, потенциалната разлика между плочите на кондензатора е: φ 1 - φ 2 = Изд = qd/εε 0 С, където дТова е разстоянието между плочите. Замествайки във формула (9), получаваме израз за електрическия капацитет на плосък кондензатор:

(10)

където ε 0 - диелектрична константа на въздуха; С- площта на плочата на кондензатора, S = hl, където з- ширина на плочата, л- дължината му; д- разстоянието между плочите на кондензатора.

Израз (10) показва, че електрическият капацитет на кондензатор може да се увеличи чрез увеличаване на площта Снеговите плочи, намалявайки разстоянието дмежду тях и използването на диелектрици с големи стойностидиелектрична константа ε.

Ориз. 3. Кондензатор с поставен диелектрик в него

Ако между плочите на кондензатора се постави диелектрична плоча, капацитетът на кондензатора ще се промени. Трябва да се обърне внимание на местоположението на диелектричната плоча между плочите на кондензатора.

Да обозначим: д c - дебелината на въздушната междина, д m - дебелината на диелектричната плоча, л B е дължината на въздушната част на кондензатора, л m е дължината на частта от кондензатора, запълнена с диелектрик, ε m е диелектричната константа на материала. Имайки предвид това l = lв + лм и д = дв + д m, тогава тези опции могат да бъдат разгледани за случаи:

Кога л b = 0, дпри = 0 имаме кондензатор с твърд диелектрик:

(11)

От уравненията на класическата макроскопична електродинамика, базирани на уравненията на Максуел, следва, че когато диелектрик е поставен в слабо променливо поле, променящо се хармонично с честотата ω, сложният тензор на диелектричната константа приема формата:

(12)

където σ е оптичната проводимост на веществото, ε' е диелектричната константа на веществото, свързана с поляризацията на диелектрика. Изразът (12) може да се сведе до следния вид:

(13)

където имагинерният член е отговорен за диелектричните загуби.

На практика се измерва C - капацитетът на проба под формата на плосък кондензатор. Този кондензатор се характеризира с тангенса на диелектричните загуби:

tgδ = ωCR c (14)

или качествен фактор:

Q c = 1 / tgδ (15)

където R c - съпротивление, в зависимост основно от диелектричните загуби. Съществуват редица методи за измерване на тези характеристики: различни мостови методи, измервания с преобразуване на измервания параметър във времеви интервал и др. ...

При измерване на капацитета C и тангенса на диелектричните загуби D = tgδ в тази работа използвахме техниката, разработена от GOOD WILL INSTRUMENT Co. Ltd. Измерванията са извършени на прецизен имитанс метър - LCR-819-RLC. Устройството ви позволява да измервате капацитет в диапазона от 20 pF – 2,083 mF, тангенс на загуба в диапазона 0,0001-9999 и да приложите поле на изместване. Вътрешно изместванедо 2 V, външно изместване до 30 V. Точността на измерване е 0,05%. Честота на тестовия сигнал 12 Hz -100 kHz.

В тази работа измерванията бяха извършени при честота от 1 kHz в температурен диапазон от 77 K< T < 270 К в нулевом магнитном поле и в поле 5 kOe. Образцы для измерений имели форму параллелепипеда с размерами 2*3*4 мм (х=0.1), где d = 2 мм – толщина образца, площадь грани S = 3*4 мм 2 .

За да се получат температурни зависимости, клетката с пробата се поставя в поток от охлаждаща течност (азот), преминаващ през топлообменник, чиято температура се задава от нагревателя. Температурата на нагревателя се контролира от термостат. Обратна връзкаот термометъра до термостата ви позволява да зададете скоростта на измерване на температурата или да я стабилизирате. За контрол на температурата се използва термодвойка. В тази работа температурата се променя със скорост 1 град/мин. Този метод ви позволява да измервате температурата с грешка от 0,1 градуса.

Измервателната клетка с фиксирана върху нея проба се поставя в проточен криостат. Клетката е свързана към LCR измервателния уред чрез екранирани проводници през конектор в капачката на криостата. Криостатът се поставя между полюсите на електромагнита FL-1. Магнитното захранване позволява получаване на магнитни полета до 15 kOe. За измерване на величината на напрежението магнитно поле H използва термично стабилизиран сензор на Хол с електронен блок. За стабилизиране на магнитното поле има обратна връзка между захранването и измервателя на магнитното поле.

Измерените стойности на капацитета C и тангенса на ъгъла на загуба D = tan δ са свързани със стойностите на търсените физически величини εʹ и εʺ чрез следните отношения:

(16)

(17)

№	C (pF)	Re (ε ')	T (°C)	tg δ	Q c	аз (ε ")	ω (Hz)	σ (ω)
	3,805	71,66		0,075	13,33	5,375	10 3
	3,838			0,093
	3,86			0,088
	3,849			0,094
	3,893			0,106
	3,917			0,092
	3,951			0,103
	3,824			0,088
	3,873			0,105
	3,907			0,108
	3,977			0,102
	4,031			0,105
	4,062			0,132
	4,144			0,109
	4,24			0,136
	4,435			0,175
	4,553			0,197
	4,698			0,233
	4,868			0,292
	4,973			0,361
	5,056			0,417
	5,164			0,491
	5,246			0,552
	5,362			0,624
	5,453			0,703
	5,556			0,783
	5,637			0,867
	5,738			0,955
	5,826			1,04
	5,902			1,136

Маса 1. Gd x Mn 1-x S, (x = 0,1).

Диелектричната константа

За феномена на поляризация се съди по стойността на диелектричната константа ε. Параметърът ε, който характеризира способността на материала да образува капацитет, се нарича относителна диэлектрична проницаемост.

Думата "роднина" обикновено се пропуска. Трябва да се има предвид, че електрическият капацитет на изолационната секция с електроди, т.е. кондензатор зависи от геометричните размери, конфигурацията на електродите и от структурата на материала, който образува диелектрика на този кондензатор.

Във вакуум ε = 1 и всеки диелектрик винаги е по-голям от 1. Ако C0 - em-

кост, между чиито плочи има вакуум, с произволна форма и размер, а C е капацитетът на кондензатор със същия размер и форма, но изпълнен с диелектрик с диелектрична константа ε, тогава

Означавайки чрез C0 електрическата константа (F / m), равна на

C0 = 8.854.10-12,

Намерете абсолютната диелектрична константа

ε’ = ε0 .ε.

Нека определим стойностите на капацитета за някои форми на диелектрици.

За плосък кондензатор

С = ε0 ε S / h = 8,854 1О-12 ε S / h.

където S е площта на напречното сечение на електрода, m2;

h е разстоянието между електродите, m.

Практическа стойностдиелектричната константа е много висока. Той определя не само способността на материала да образува капацитет, но и влиза в редица основни уравнения, които характеризират физически процесипротичащи в диелектрика.

Диелектричната константа на газовете, поради ниската им плътност (поради големи разстояния между молекулите), е незначителна и близка до единица. Обикновено поляризацията на газа е електронна или диполна, ако молекулите са полярни. ε на газ е толкова по-високо, колкото по-голям е радиусът на молекулата. Промяната в броя на газовите молекули на единица обем газ (n) с промяна в температурата и налягането причинява промяна в диелектричната константа на газа. Броят на молекулите N е пропорционален на налягането и обратно пропорционален на абсолютната температура.

При промяна на влажността диелектричната константа на въздуха се променя леко право пропорционално на промяната на влажността (при стайна температура). При повишени температури ефектът от влажността се увеличава значително. Температурната зависимост на диелектричната константа се характеризира с израза

T K ε = 1 / ε (dε / dT).

Използвайки този израз, можете да изчислите относителната промяна в диелектричната константа, когато температурата се промени с 1 0 K - така наречения температурен коефициент TK на диелектричната константа.

Стойността на TC на неполярен газ се намира по формулата

T K ε = (ε -1) / dT.

където Т е температурата. ДА СЕ.

Диелектричната константа на течностите е силно зависима от тяхната структура. Стойностите на ε на неполярните течности са малки и близки до квадрата на коефициента на пречупване на светлината n 2. Диелектричната константа на полярните течности, които се използват като технически диелектрици, варира от 3,5 до 5, което е значително по-високо отколкото тази на неполярните течности.

По този начин поляризацията на течности, съдържащи диполни молекули, се определя едновременно от поляризации на електрон и дипол на релаксация.

Силно полярните течности се характеризират с висока стойност на ε поради високата им проводимост. Температурната зависимост на ε в диполни течности е по-сложна от неутралните течности.

Следователно ε при честота 50 Hz за хлориран бифенил (Savol) бързо нараства поради рязък спад на вискозитета на течността и диполът

молекулите имат време да се ориентират след промяната на температурата.

Намаляването на ε се дължи на засилването на термичното движение на молекулите, което предотвратява ориентацията им в посока на електрическото поле.

Диелектриците са разделени на четири групи според вида на поляризация:

Първата група - еднокомпонентни, хомогенни, чисти без добавки, диелектрици, в които основно електронна поляризация или плътно опаковане на йони. Те включват неполярни и слабо полярни твърди диелектрици в кристално или аморфно състояние, както и неполярни и слабо полярни течности и газове.

Втората група - технически диелектрици с електронна, йонна и едновременно с диполна релаксационна поляризация. Те включват полярни (диполни) органични полутечни и твърди вещества, като съединения на маслен колофон, целулоза, епоксидни смоли и композити, съставени от тези вещества.

Третата група - технически диелектрици с йонни и електронни поляризации; диелектриците с електронни, йонни релаксационни поляризации са разделени на две подгрупи. Първата подгрупа включва основно кристални веществас плътно опаковане на йони ε< 3,0.

Втората подгрупа включва неорганични стъкла и материали, съдържащи стъклена фаза, както и кристални вещества с насипна йонна опаковка.

Четвъртата група е съставена от фероелектрици със спонтанни, електронни, йонни, електронно-йонни релаксационни поляризации, както и миграционни или високоволтови поляризации за композитни, сложни и слоести материали.

4. Диелектрични загуби на електроизолационни материали. Видове диелектрични загуби.

Диелектричната загуба е мощността, разсейвана в диелектрика, когато към него се приложи електрическо поле и причинява нагряване на диелектрика.

Загубите в диелектриците се наблюдават както при променливо напрежение, така и при постоянно напрежение, тъй като в материала се открива проходен ток, дължащ се на проводимост. При постоянно напрежение, когато няма периодична поляризация, качеството на материала се характеризира, както е посочено по-горе, от стойностите на специфичния обем и повърхностното съпротивление. При променливо напрежение е необходимо да се използва някаква друга характеристика на качеството на материала, тъй като в този случай, в допълнение към проходния ток, възникват допълнителни причини, които причиняват загуби в диелектрика.

Диелектричните загуби в електрически изолационен материал могат да се характеризират с мощността, разсейвана на единица обем, или специфични загуби; по-често, за да се оцени способността на диелектрика да разсейва мощността в електрическо поле, те използват ъгъла на диелектрични загуби, както и тангенса на този ъгъл.

Ориз. 3-1. Заряд спрямо напрежение за линеен диелектрик без загуби (a), със загуби (b)

Ъгълът на диелектричните загуби е ъгълът, който допълва ъгъла на фазовото изместване между тока и напрежението в капацитивна верига до 90 °. За идеален диелектрик векторът на тока в такава верига ще изпревари вектора на напрежението с 90 °, докато ъгълът на диелектричните загуби ще бъде нула. Колкото повече мощност се разсейва в диелектрика, която се превръща в топлина, толкова по-малък е ъгълът на фазовото изместване и по-голям е ъгълът и неговата функция tg.

От теорията на променливите токове е известно, че активната мощност

Pa = UI cos (3-1)

Нека изразим мощностите за последователни и паралелни вериги по отношение на капацитетите Cs и Cp и ъгъла, който е допълнение към ъгъла до 90 °.

За последователна верига, използвайки израз (3-1) и съответната векторна диаграма, имаме

P a = (3-2)

tg = C s r s (3-3)

За паралелна верига

P a = UI a = U 2 C p tg (3-4)

tg = (3-5)

Приравнявайки изрази (3-2) и (3-4), както и (3-3) и (3-5), намираме връзката между Сp и Cs и между rp и rs

C p = C s / 1 + tg 2 (3-6)

r p = r s (1+ 1 / tg 2 ) (3-7)

За висококачествени диелектрици стойността на tan2 може да се пренебрегне в сравнение с единицата във формула (3-8) и може да се вземе предвид Cp Cs C. Изразите за мощността, разсейвана в диелектрика, в този случай ще бъдат еднакви за и двете вериги:

P a U 2 C tg (3-8)

където Ra е активна мощност, W; U - напрежение, V; - ъглова честота, s-1; C - капацитет, F.

Съпротивление rр in паралелна верига, както следва от израз (3-7), е многократно по-голямо от съпротивлението rs.Изразът за специфичните диелектрични загуби, т.е. мощността, разсейвана на единица обем на диелектрика, има вида:

(3-9)

където p - специфични загуби, W / m3; = 2 - ъглова честота, s-1, E - сила на електрическото поле, V / m.

Всъщност капацитетът между противоположните страни на куб със страна 1 m ще бъде

C1 = 0 r, реактивна проводимост

(3-10)

активен компонент

След като определи по някакъв метод при определена честота параметрите на еквивалентната верига на изследвания диелектрик (Cp и rp или Cs и rs), в общия случай получените стойности на капацитет и съпротивление не могат да се считат за присъщи на този кондензатор и използвайте тези данни за изчисляване на ъгъла на загуба при различна честота. Такова изчисление може да се направи само ако еквивалентна схемаима определена физическа основа. Така например, ако е известно за даден диелектрик, че загубите в него се определят само от загубите от електрическа проводимост в широк честотен диапазон, тогава ъгълът на загуба на кондензатор с такъв диелектрик може да се изчисли за всяка честота, лежаща в този диапазон

tg = 1 / Crp (3-12)

където C и rp са постоянен капацитет и съпротивление, измерени при дадена честота.

Загубите в такъв кондензатор, както е лесно да се види, не зависят от честотата:

Pa = U2 / rp (3-13)

напротив, ако загубите в кондензатора се дължат главно на съпротивлението на водещите проводници, както и на съпротивлението на самите електроди (например тънък слой сребро), тогава мощността, разсейвана в такъв кондензатор, ще увеличаване пропорционално на квадрата на честотата:

Pa = U2 C tg = U2 C Crs = U2 2C2rs (3-14)

От последен изразможе да се направи много важен практически извод: кондензаторите, предназначени за работа с висока честота, трябва да имат възможно най-ниско съпротивление на двата електрода и свързващите проводници и преходните контакти.

Диелектричните загуби, според техните характеристики и физическа природа, могат да бъдат разделени на четири основни типа:

1) диелектрични загуби поради поляризация;

2) диелектрични загуби поради електрическа проводимост;

йонизационни диелектрични загуби;

диелектрични загуби поради нехомогенност на структурата.

Диелектричните загуби поради поляризация се наблюдават особено ясно в вещества с релаксационна поляризация: в диелектрици с диполна структура и в диелектрици с йонна структура с хлабава опаковка от йони.

Релаксационните диелектрични загуби се дължат на нарушаване на топлинното движение на частиците под въздействието на силите на електрическото поле.

Диелектричните загуби, наблюдавани във фероелектриците, са свързани с феномена на спонтанна поляризация. Следователно загубите във фероелектриците са значителни при температури под точката на Кюри, когато се наблюдава спонтанна поляризация. При температури над точката на Кюри загубите във фероелектриците намаляват. Електрическото стареене на фероелектрика с времето е придружено от леко намаляване на загубите.

Диелектричните загуби поради поляризация включват и така наречените резонансни загуби, които се проявяват в диелектрици при високи честоти. Този вид загуба се наблюдава с особена яснота в някои газове при строго определена честота и се изразява в интензивното поглъщане на енергията на електрическото поле.

Резонансни загуби са възможни и в твърди тела, ако честотата на принудителните вибрации, причинени от електрическото поле, съвпада с честотата на естествените вибрации на частиците на твърдото тяло. Наличието на максимум в честотната зависимост на тен също е характерно за механизма на резонансна загуба, но в в такъв случайтемпературата не влияе на позицията на максимума.

Диелектричните загуби, дължащи се на електрическа проводимост, се намират в диелектрици със забележима обемна или повърхностна проводимост.

Тангенсът на ъгъла на диелектричните загуби в този случай може да се изчисли по формулата

Диелектричните загуби от този тип не зависят от честотата на полето; tg намалява с честотата според хиперболичния закон.

Диелектричните загуби поради електрическата проводимост се увеличават експоненциално с температурата

PaT = Aexp (-b / T) (3-16)

където A, b са материални константи. Формула (3-16) може да бъде грубо пренаписана, както следва:

PaT = Pa0exp (t) (3-17)

където PaT - загуби при температура t, °С; Pa0 - загуби при температура 0 ° C; - постоянен материал.

Тангенсът на диелектричните загуби в зависимост от температурните промени съгласно същия закон, който е използван за апроксимиране на температурната зависимост на Pa, тъй като температурната промяна в капацитета може да бъде пренебрегната.

Йонизационните диелектрични загуби са присъщи на диелектриците и газообразно състояние; Йонизационните загуби се проявяват в нехомогенни електрически полета при интензитети, надвишаващи стойността, съответстваща на началото на йонизацията на даден газ. Загубите от йонизация могат да бъдат изчислени по формулата

Pa. U = A1f (U-Ui) 3 (3-18)

където A1 е постоянен коефициент; f е честотата на полето; U е приложеното напрежение; Ui е напрежението, съответстващо на началото на йонизацията.

Формулата (3-18) е валидна при U> Ui и линейна зависимост на tan от E. Йонизационното напрежение Ui зависи от налягането, при което се намира газът, тъй като развитието на ударна йонизация на молекулите е свързано със средната свободна път на носители на заряд.

Диелектрични загуби поради структурна нехомогенност се наблюдават в слоести диелектрици, от импрегнирана хартия и плат, в пластмаси с пълнител, в пореста керамика в миканити, микалекс и др.

Поради разнообразието на структурата на нехомогенните диелектрици и характеристиките на компонентите, които съдържат, няма обща формула за изчисляване на диелектричните загуби от този тип.

диелектрици́ пропускливост́ капацитетсреда - физическа величина, характеризираща свойствата на изолационна (диелектрична) среда и показваща зависимостта на електрическата индукция от силата на електрическото поле.

Определя се от ефекта на поляризация на диелектриците под действието на електрическо поле (и със стойността на диелектричната чувствителност на средата, характеризираща този ефект).

Разграничаване на относителна и абсолютна диелектрична константа.

Относителната проницаемост ε е безразмерна и показва колко пъти силата на взаимодействие на два електрически заряда в среда е по-малка, отколкото във вакуум. Тази стойност за въздуха и повечето други газове при нормални условия е близка до единица (поради ниската им плътност). За повечето твърди или течни диелектрици относителната проницаемост варира от 2 до 8 (за статично поле). Диелектричната константа на водата в статично поле е доста висока - около 80. Стойностите й са страхотни за вещества с молекули, които имат голям електрически диполен момент. Относителната диелектрична константа на фероелектриците е десетки и стотици хиляди.

Абсолютната диелектрична константа в чуждестранната литература се обозначава с буквата ε, в родната се използва предимно комбинацията, където е електрическата константа. Абсолютната диелектрична константа се използва само в Международната система от единици (SI), в която индукцията и силата на електрическото поле се измерват в различни единици. В системата CGS не е необходимо да се въвежда абсолютна диелектрична константа. Абсолютната диелектрична константа (както електрическата константа) има размерност L −3 M −1 T 4 I². В единици от Международната система от единици (SI): = F / m.

Трябва да се отбележи, че диелектричната константа е силно зависима от честотата електромагнитно поле... Това винаги трябва да се има предвид, тъй като таблиците на наръчниците обикновено съдържат данни за статично поле или ниски честоти до няколко kHz единици без уточняване този факт... В същото време съществуват оптични методи за получаване на относителната проницаемост от индекса на пречупване с помощта на елипсометри и рефрактометри. Получената по оптичния метод стойност (честота 10 14 Hz) ще се различава значително от данните в таблиците.

Помислете например за случая с водата. В случай на статично поле (честотата е нула), относителната проницаемост при нормални условия е приблизително 80. Такъв е случаят до инфрачервените честоти. От около 2 GHz ε rзапочва да пада. В оптичния обхват ε rе приблизително 1,8. Това е напълно в съответствие с факта, че в оптичния диапазон коефициентът на пречупване на водата е 1,33. В тесен честотен диапазон, наречен оптичен, диелектричната абсорбция пада до нула, което всъщност осигурява на човек механизма на зрението [ източник не е посочен 1252 дни] в земната атмосфера, наситена с водни пари. С по-нататъшен растежчестотите на свойствата на средата се променят отново. Поведението на относителната проницаемост на водата в честотния диапазон от 0 до 10 12 (инфрачервен) може да се прочете в (англ.)

Диелектричната константа на диелектриците е един от основните параметри при проектирането на електрически кондензатори. Използването на материали с висока диелектрична константа може значително да намали физическите размери на кондензаторите.

Капацитетът на кондензаторите се определя от:

където ε r- диелектрична константа на веществото между плочите, ε О- електрическа константа, С- площ на кондензаторните пластини, де разстоянието между плочите.

Диелектричната константа се взема предвид при проектирането на печатни платки. Стойността на диелектричната константа на веществото между слоевете, в комбинация с неговата дебелина, влияе върху стойността на естествения статичен капацитет на захранващите слоеве, а също така значително влияе върху характерния импеданс на проводниците на платката.

СПЕЦИФИЧНО СЪПРОТИВЛЕНИЕ електрическо, физическо количество, равно на електрическо съпротивление ( см. ЕЛЕКТРИЧЕСКО СЪПРОТИВЛЕНИЕ) R на цилиндричен проводник с единична дължина (l = 1m) и единична площ на напречното сечение (S = 1 m 2) .. r = R S / l. В Xi единицата за съпротивление е ом. м. Съпротивлението може да се изрази и в ома. виж Съпротивлението е характеристика на материала, през който протича токът, и зависи от материала, от който е направен. Специфично съпротивление, равно на r = 1 Ohm. m означава, че цилиндричен проводник, направен от от този материал, дължина l = 1 m и с площ на напречното сечение S = 1 m 2 има съпротивление R = 1 Ohm. м. Стойността на съпротивлението на металите ( см. МЕТАЛИ), които са добри водачи (см. ПРОВОДНИЦИ), може да има стойности от порядъка на 10 - 8 - 10 - 6 Ohm. m (например мед, сребро, желязо и др.). Съпротивлението на някои твърди диелектрици ( см. ДИЕЛЕКТРИКИ) може да достигне стойност от 10 16 -10 18 Ohm.m (например кварцово стъкло, полиетилен, електропорцелан и др.). Съпротивлението на много материали (особено на полупроводникови материали ( см. ПОЛУПРОВОДНИКИ МАТЕРИАЛИ)) значително зависи от степента на тяхното пречистване, наличието на легиращи добавки, термична и механична обработка и др. см. SIEMENS (единица за проводимост)) на метър S / m. Електрическото съпротивление (проводимост) е скаларна величина за изотропно вещество; и тензор - за анизотропна материя. В анизотропните монокристали анизотропията на електрическата проводимост е следствие от анизотропията на обратната ефективна маса ( см. ЕФЕКТИВНА МАСА) електрони и дупки.

1-6. ЕЛЕКТРИЧЕСКА ПРОВОДИМОСТ НА ИЗОЛАЦИЯТА

Когато изолацията на кабел или проводник е включена на постоянно напрежение U, през него преминава ток i, променящ се с времето (фиг. 1-3). Този ток има постоянни компоненти - ток на проводимост (i ∞) и ток на поглъщане, където γ е проводимостта, съответстваща на тока на поглъщане; T е времето, през което токът i abs пада до 1 / e от първоначалната си стойност. За безкрайно дълго време i abs → 0 и i = i ∞. Електрическата проводимост на диелектриците се обяснява с наличието в тях на определено количество свободни заредени частици: йони и електрони.

Йонната електропроводимост е най-характерна за повечето електроизолационни материали, което е възможно поради неизбежно присъстващи примеси в изолацията (примеси на влага, соли, алкали и др.). В диелектрик с йонен характер на електропроводимост се спазва стриктно законът на Фарадей - пропорционалността между количеството електричество, преминало през изолацията, и количеството вещество, отделяно по време на електролизата.

С повишаване на температурата съпротивлението на електроизолационните материали намалява и се характеризира с формулата

където_ρ o, A и B са константи за даден материал; Т- температура, °К.

Голяма зависимост на изолационното съпротивление от влагата се наблюдава при хигроскопични изолационни материали, главно влакнести (хартия, памучна прежда и др.). Поради това влакнестите материали се сушат и импрегнират, както и се защитават от влагоустойчиви обвивки.

Изолационното съпротивление може да намалее с увеличаване на напрежението поради образуването на пространствени заряди в изолационните материали. Създадената в този случай допълнителна електронна проводимост води до увеличаване на електрическата проводимост. Има зависимост на проводимостта от напрежението в много силни полета (законът на Ya.I. Frenkel):

където γ около - проводимост в слаби полета; а - константа. Всички електрически изолационни материали се характеризират с определени стойности на изолационната проводимост G. В идеалния случай проводимостта на изолационните материали е нула. В реалните изолационни материали проводимостта на единица дължина на кабела се определя по формулата

При кабели с изолационно съпротивление повече от 3-10 11 ohm-m и комуникационни кабели, където загубите на диелектрична поляризация са много по-високи от топлинните загуби, проводимостта се определя по формулата

Изолационната проводимост в комуникационното инженерство е електрически параметър на линия, който характеризира загубите на енергия в изолацията на кабелни жила. Честотната зависимост на проводимостта е показана на фиг. 1-1. Обратното на проводимостта, съпротивлението на изолацията, е съотношението на постоянното напрежение, приложено към изолацията (в волтове), към тока на утечка (в ампери), т.е.

където R V е обемното изолационно съпротивление, което числено определя препятствието, създадено от преминаването на ток през дебелината на изолацията; R S - повърхностно съпротивление, което определя пречката за преминаване на ток по повърхността на изолацията.

Практическа оценка на качеството на използваните изолационни материали е специфичното обемно съпротивление ρ V, изразено в ом-сантиметри (ом * cm). Числено ρ V е равно на съпротивлението (в ома) на куб с ръб 1 cm от даден материал, ако токът преминава през две противоположни страни на куба. Специфичното повърхностно съпротивление ρ S е числено равно на повърхностното съпротивление на квадрата (в ома), ако токът се прилага към електродите, ограничаващи две противоположни страни на този квадрат.

Изолационното съпротивление на едножилен кабел или проводник се определя по формулата

Свойства на влага на диелектриците

Устойчивост на влага -това е надеждността на работата на изолацията, когато е в атмосфера на водна пара, близка до насищане. Устойчивостта на влага се оценява чрез промяната на електрическите, механичните и други физични свойства след намиране на материала в атмосфера с висока и висока влажност; по пропускливост на влага и вода; чрез абсорбция на влага и вода.

Пропускливост на влага -способността на материала да пропуска пара на влага при наличие на разлика в относителната влажност на въздуха от двете страни на материала.

Абсорбция на влага -способността на материала да абсорбира вода при продължителен престой във влажна атмосфера, близка до състоянието на насищане.

Водна абсорбция -способността на материала да абсорбира вода при продължително потапяне във вода.

Тропическа устойчивост и тропикализацияоборудване – защита на електрическото оборудване от влага, мухъл, гризачи.

Топлинни свойства на диелектриците

Следните количества се използват за характеризиране на топлинните свойства на диелектриците.

Топлоустойчивост- способността на електрическите изолационни материали и продукти да издържат на високи температури и внезапни температурни промени, без да ги увреждат. Определя се от температурата, при която се наблюдава значителна промяна в механичните и електрическите свойства, например деформацията на опън или огъване при натоварване започва в органичните диелектрици.

Топлопроводимост- процесът на пренос на топлина в материала. Характеризира се с експериментално определен коефициент на топлопроводимост λ t. Λ t е количеството топлина, пренесено за една секунда през слой материал с дебелина 1 m и повърхностна площ от 1 m 2 при температурна разлика на слоя повърхности от 1°К. Коефициентът на топлопроводимост на диелектриците варира в широки граници. Повечето ниски стойностиλ t имат газове, порести диелектрици и течности (за въздух λ t = 0,025 W / (m K), за вода λ t = 0,58 W / (m K)), кристалните диелектрици имат високи стойности (за кристален кварц λ t = 12,5 W / (mK)). Коефициентът на топлопроводимост на диелектриците зависи от тяхната структура (за разтопен кварц λ t = 1,25 W / (m · K)) и температура.

Топлинно разширениедиелектриците се оценяват чрез температурния коефициент на линейно разширение: ... Материалите с ниско термично разширение, като правило, имат по-висока топлоустойчивост и обратно. Топлинно разширениеорганичните диелектрици значително (десетки и стотици пъти) надвишава разширяването на неорганичните диелектрици. Следователно стабилността на размерите на части от неорганични диелектрици с температурни колебания е много по-висока в сравнение с органичните.

1. Абсорбционни токове

Токове на изместване с различни видове забавена поляризация се наричат ​​абсорбционни токове. Абсорбционните токове при постоянно напрежение протичат в диелектрика, докато се установи равновесно състояние, променяйки посоката си при включване и изключване на напрежението. При променливо напрежение абсорбционните токове протичат през цялото време, когато диелектрикът е в електрическото поле.

Общо взето електричество j в диелектрика е сумата от проходния ток j sc и абсорбционен ток j аб

j = j ck + j аб.

Токът на абсорбция може да се определи чрез тока на отклонение j cm - скоростта на изменение на вектора на електрическата индукция д

Проходният ток се определя от пренасянето (движението) в електрическото поле на различни носители на заряд.

2. Електроннаелектрическата проводимост се характеризира с движението на електрони под действието на поле. В допълнение към металите, той присъства във въглерода, металните оксиди, сулфидите и други вещества, както и в много полупроводници.

3. йонна -поради движението на йони. Наблюдава се в разтвори и стопилки на електролити – соли, киселини, основи, както и в много диелектрици. Подразделя се на вътрешна и примесна проводимост. Вътрешната проводимост се дължи на движението на йони, получени по време на дисоциация молекули. Движението на йони в електрическо поле се придружава от електролиза - пренасяне на вещество между електродите и освобождаването му върху електродите. Полярните течности са по-дисоциирани и имат по-висока електрическа проводимост от неполярните.

В неполярни и слабо полярни течни диелектрици (минерални масла, силициеви органични течности) електрическата проводимост се определя от примеси.

4. Молекулна проводимост -причинено от движението на заредени частици, наречени молиони... Наблюдавайте го в колоидни системи, емулсии , суспензии ... Нарича се движението на молиони под действието на електрическо поле електрофореза... По време на електрофорезата, за разлика от електролизата, не се образуват нови вещества; относителната концентрация на дисперсната фаза в различните слоеве на течността се променя. Електрофоретична проводимост се наблюдава например в масла, съдържащи емулгирана вода.