Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Классификация диэлектриков по механизмам поляризации.

В зависимости от влияния напряжённости внешнего электрического поля на значение диэлектрической проницаемости все диэлектрики могут быть разделены на две группы:

- линейные (пассивные), для которых ε ≠ f(Е);

- нелинейные (активные), для которых ε = f(Е).

В свою очередь линейные можно разделить на несколько групп по видам поляризации:

- неполярные диэлектрики характеризуются в основном электронной поляризацией и малыми диэлектрическими потерями. Их молекулы обладают центральной или осевой симметрией (водород, бензол, полиэтилен, фторопласт-4 и т.д.);

- полярные (дипольные) диэлектрики характеризуются наличием электронной и дипольно-релаксационной или дипольно-радикальной видами поляризации, имеют более высокие диэлектрические потери. Несимметричность строения молекул приводит к сдвигу суммарного электрического заряда. К полярным диэлектрикам относятся фторопласт-3, полиметилметакрилат, фенолформальдегидные, эпоксидные, полиамидные смолы и т.д.;

- диэлектрики с ионной и электронной поляризацией. Они имеют низкие диэлектрические потери. К ним относятся материалы с плотной упаковкой ионов (кварц, слюда, корунд, рутил);

- диэлектрики с ионной, электронной и релаксационной поляризацией. Они характеризуются высокими диэлектрическими потерями. К ним принадлежат неорганические стекла, некоторые виды керамики.

2.2 Диэлектрические потери.

Диэлектрическими потерями называется мощность, рассеиваемая в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающая нагрев диэлектрика.

Чаще всего для характеристики способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле используют угол диэлектрических потерь δ и тангенс этого угла tgδ.

Углом диэлектрических потерь δ называется угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз φ между током и напряжением в емкостной цепи. В случае идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи опережает вектор напряжения на 90°. При этом δ =0. Чем больше рассеивается в диэлектрике мощность, тем меньше угол сдвига фаз φ и тем больше угол диэлектрических потерь δ и его тангенс.

Рассмотрим токи, протекающие через диэлектрик, помещённый в электрическое поле. Общий ток I является суммой токов различной природы:

I = I_см + I_аб + I_скв, (4)

где I_см - ток смещения, появляется в результате смещения электронных оболочек атомов или ионов, т.е. в результате упругой поляризации. Он является реактивным током и потерь не вызывает.

I_аб - ток абсорбции, появляется в результате релаксационных видов поляризации. Его можно разложить на две составляющие - активную (I_аб.а), вызывающую потери энергии, и реактивную (I_аб.р), не вызывающую потерь.

I_скв - ток сквозной проводимости (ток утечки), активный ток, возникающий вследствие миграции примесных ионов под действием электрического поля.

Таким образом, общий ток I, протекающий через диэлектрик, можно представить в виде суммы активного и реактивного токов:

I = I_а + I_р, (5)

причём

I_а = I_скв + I_аб.а, (6)

I_р = I_см + I_аб.р. (7)

Взаимоотношение этих двух токов можно выразить векторной диаграммой, учитывая, что I_а и I_р сдвинуты друг относительно друга по фазе на 90°. Из векторной диаграммы видно, что

tgδ = I_а/I_р. (8)

Рис. 4. Векторная диаграмма токов, протекающих через диэлектрик.

Чем больше активный ток и чем, следовательно, больше tgδ, тем больше диэлектрические потери. Лучшие диэлектрические материалы отличаются низкими значениями tgδ: 0,0001 и ниже.

Иногда пользуются величиной, обратной tgδ, которая называется добротностью диэлектрика (Q):

Q = l/ tgδ. (9)

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒