Запорожец Издания
радиотехнические электроизоляционные материалы В радиотехнике применяется большое количество электроизоляционных материалов (диэлектриков), предназначенных для работы в широком диапазоне частот н температур, в условиях повышенной влажности, давления, во много раз превышающего атмосферное, а также в условиях ядерной радиации. Надежность и работоспособность радиоаппаратуры в значительной степени зависят от таких электроизоляционных свойств, как удельное объемное и поверхностное сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность и др. Значения этих параметров зависят от природы диэлектрика (твердый, жидкий или газообразный), его химического состава, строения и условий эксплуатации. Харктер этой зависимости оцределяется рядом физических явлений, возникающих в диэлектриках при воздействии на них электрического поля и других внешних факторов. Поляризация диэлектриков Полярнзацией называется изменение располо>!,ения в пространстве электрически заряженных частиц диэлектрика под действием электрического поля, причем диэлектрик при этом приобретает электрический (дипольный) момент Р, отличный от нуля. Суммарный диполвный момент Р равен геометрической сумме моментов 2р всех поляризованных молекул. Для случая плоского конденсатора где V - объем диэлектрика. Как известно, в линейном диэлектрике где X - диэлектрическая воснриимчивость; ео - электрическая постоянная, равная 1/8,86-Ю- ф/м; Е - напряженность электрического поля. Линейным называется диэлектрик, в котором завиеимооть величины суммарного дипольного момента от напряженности поля носит лннейиый характер. Электрическое смещение (электрическая индукция) в таком диэлектрике равно: D = е„ЯЯ, с другой стороны, 5 = s„.£. Сопоставив приведенные выражения, можно «айти связь между диэлектрической проницаемостью и диэлектрической восприимчивостью: е = 1 -f X. Очевидно, что диэлектрическая проницаемость всегда больше единицы. Используя выражение для Д можно записать, что в случае аигаского конденсатора, если пренебречь искажением поля у iKpapjB электродов, D н Е можно выразить через заряд Q и напряжение и. Известно, что S h где S -площадь элек11родов (рис. 1); ft -толщина образца; С - емкость конденсатора, равная eS/A. Емкость Со конденсатора с теми же размерами, но с вакуумом в качестве диэлектрика определяется по формуле Отсюда можно сделать вывод, что в общем случае диэлектрическая проницаемость т. е. 8 характеризует способпосхь диэлектрика увеличивать емкость конденсатора. В зависимости от свойств диэлектрика вид поляризации и ее интенсивность могут иметь различный характер, а следовательно, и диэлектрическая проницаемость может принимать разные значения. Наблюдаются следующие виды поляризации: электронная, ионная, дипольно-релаксационная, резонансная, структурная и опонтан-пая (самопроизвольная). Для всех видов поляризации характерна общая закономерность смещения зарядов в частицах вещества диэлектрика и образование диполей. Процесс смещения зарядов носит временный характер и зависит от частоты приложенного поля и температуры окружающей среды. лек- f 1тах - Рис. 1. Диэлектрик в электрическом поле конденсатора. Электронная поляризация устанавливается мгновенно в тс- ние 10-= сек и выражается в упругом смещении и деформации эл«Г . тронных оболочек и атомов. Она наблюдается на всех частотах вплоть до 10*-10 гц, протекает без рассеивания энергии и характерна для всех диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость 8э при электронной поляризации слабо зависит от температуры. Ионная поляризация характерна для диэлектриков с ионным строением и проявляется, в дополнение к электронной поляризации, •в смещении упруго связанных ионов. Она протекает в течение малых времен, порядка 10"" сек и не сопровождается потерями энергии. Диэлектрическая проницаемость би при таком виде поляризации зависит от температуры. Дипольно-релаксационная поляризация наблюдается в диэлектриках, содержащих слабо связанные между собой заряженные частицы. Этот вид поляризации сложным образом зависит от температуры и частоты приложенного поля и сопровождается потерями энергии. Он характерен для полярных жидких диэлектриков и твердых веществ, имеющих полярные радикалы или обладающих молекулярной асимметрией, Ионно-релаксационная поляризация имеет место в неорганических стеклах и в некоторых ионных кристаллических веществах с неплотной упаковкой атомов. Она проявляется в виде избыточ.ного переброса слабо связанных ионов в направлеши поля, зависит от частоты, температуры и сопровождается потерями энергии. Электронно-релаксационная поляризация свойственна твердым диэлектрикам на основе двуокиси титана (TiOa). Она проявляется в ориентации по направлению поля избыточных и «дефектных» электронов или дырок, возбужденных тепловой энергией, и характеризуется температурной и частотной зависимостью н потерями энергии. Резонансная поляризация наблюдается в диапазоне световых волн. Структурная поляризация наблюдается в твердых телах с неоднородной структурой в диапазоне низ1ких и с/редних частот. Она проявляется в перемещении свободных электронов н ионов и в эффекте высо1ковольтной поляризации в граничных слоях слоистых материалов и в приэлектродпых слоях. Этот вид поляризации сопровождается потерями энергии и за1висит от частоты и температуры. Спонтанная поляризация характерна для сегнетоэлектриков, обладающих высоким значением диэлектрической проницаемости и нелинейной зависимостью се от напряженности поля. Диэлектрическая проницаемость Есп сегнетоэлектриков зависит от тем,пературы и имеет при определенной температуре явно выраженный максимум. Спонтаеная поляризация сопровождается значительным рассеиванием энергии. На рис. 2 приведен график зависимости диэлектрической проницаемости от частоты, из которого видно, что различным видам поляризации соответствуют определенные значения диэлектрической проницаемости Е для соответствующего диапазона частот. По мере по- [ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9
|