Справочник

Диэлектрики: понятие, формулы, примеры

Оглавление
Время чтения:  20 минут
459
Определение

Диэлектриками являются вещества, не проводящие электрический ток.

При определённых условиях в них все же может возникнуть проводимость. Эти условия являются механическими, тепловыми, или энергетическими. Кроме диэлектриков, вещества также классифицируются на проводники и полупроводники. Чем отличается диэлектрик от полупроводника? Теоретическая разница между этими тремя видами материала следующая, смотрите рисунок ниже:

Диэлектрическая проницаемость
Определение

Диэлектрические проницаемость — величина, которая характеризует диэлектрические характеристики среды — ее реакция на электрополе.

Формула диэлектрической проницаемости:

Формула диэлектрической проницаемости

В большинстве диодов при очень слабых полях проницаемость диэлектрической проницаемости не зависит ни от поля Е, ни от сильных электрополей, ни от внутриатомных полей, а в некоторых диодах в обычном поле зависимость Д от Е нелинейна.

Также проницаемость диэлектрических зарядов показывает, в какой раз сила F между зарядами электрических зарядов в этой среде ниже их мощности Fo вакуума:

Диэлектрическая проницаемость среды
Обозначения для формул диэлектрики
Таблицы значений диэлектрической проницаемости для жидкостей и газов
Поляризация диэлектриков

Изолятором диэлектрика является вещество, которое почти не дает электрического тока. В диэлектрике плотность свободного носителя не превышает 108 пк/см3. Основное свойство диэлектриков — его возможность поляризоваться во внешнем электрическом поле. Физический параметр, характеризующий диэлектрическую проницаемость, — диэлектрическая стойкость. Диэлектрические проницаемости могут быть рассеяны. В диэлектрики входят воздух и иные газы, стекла, различных смолов и пластиков. Химическая чистая вода является также диэлектриком.

Для количественной характеристики поляризации диэлектрика служит величина, получившая название вектора поляризации или поляризованности. Вектором поляризации называется дипольный момент единицы объема диэлектрика. Он равен векторной сумме дипольных моментов всех молекул, заключенных в единице объема

Зная вектор поляризации, можно определить плотность поляризационных зарядов и наоборот. Рассмотрим диэлектрик в виде призмы с площадью основания S и длиной l вдоль вектора P.

Формула плотности поляризационных зарядов

Свойства изолирующих веществ: физические свойства

К ним относят электроны, плазменные, пироэлектрические, сегментные электролиты, сегментированные электролиты, сегментированные изоляции, релаксаторы и магниты сегментированные. Диэлектрические материалы, одни из самых широко распространенных классов электротехнического оборудования. Необходимость применения свойств данных материалов стало абсолютно необходимым.

Пассивные свойства диэлектриков используют как электроизоляционные материалы для обычного конденсатора. Материалы электроизоляции являются диэлектрическими, не позволяющими выводить из строя электрические цепи или проводящие части устройства, аппараты и приборы от проводящих и непроводящих части от корпуса и земли.

В таких случаях проницаемость диэлектрического материала играет особую роль, или должно быть максимально меньше для того, чтобы в цепи не было паразитных емкостей. Если материал применяется в качестве диэлектрического носителя для конденсаторов с определенным объемом и меньшим размером, то материал должен обладать более высокой диэлектрической постоянной при других равных условиях. Активные управляемые диэлектрики — сегнетоэлектрики, плазмоэлектрики, пироэлектрики, электрические материалы для лазерного излучения и затвора. Материалы, имеющие удельное электрическое сопротивление 10-5 Ом, условно называются проводниками, а диэлектрические материалы — это материалы 108 Ом.

При этом следует учитывать, что постоянное сопротивление лучшего проводника может быть только 10-8 Ом, а лучшие диоды имеют постоянное сопротивление более 1016 Ом. Удельное сжатие полупроводника может быть колебаться в колебаниях от 10 до 108 Ом в соответствии со структурой и составом материала и условиями эксплуатации, а также с точки зрения конструкции и структуры материалов.

Кроме электротехнического материала спрос на диодные материалы растет ежедневно. В связи с этим увеличивается потенциал государственных предприятий промышленности, частных компаний, развивается государственная и негосударственная организация и учреждения. Высокая потребность в диэлектрических материалах также связана с ростом разнообразия электросвязных устройств 1-3.

Технологии используют различные виды диэлектриков, полученные при переработке природных материалов и химикатов. Материалы для электроэнергетики, применяемые в промышленности, могут быть условно классифицированы на:

Структурная схема классификации диэлектрических материалов

Оказывается, диэлектрическое действие материалов зависит от расположения атома и молекулы кристаллической решетки. Химические компоненты материала, структура, симметрия и упорядоченность кристаллических решеток определяют и диэлектрическое свойство материала, и зависимость его от внешнего воздействия, в том числе температуры.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Контрольная

| от 300 ₽ |

Реферат

| от 500 ₽ |

Курсовая

| от 1 000 ₽ |

Классификация материалов для диэлектрического питания

В соответствии с этими факторами любая отдельная диэлектрическая жидкость может обладать различными изоляционными свойствами, которые определяют область применения ее. Отметим, что на сегодняшний день не существует одного подхода по оценке материалов с диэлектрическими материалами. В этой статье собрана информация о действующем диэлектрическом материале, проанализированы его плюсы и минусы.

Разработаны структурные схемы для того, чтобы представить классификацию диэлектрического материала. На основе схемы было построено разделение всех видов диэлектрического материала в зависимости от особенностей их изготовления и методов производства.

Если остановиться на наборе материалов для диодов, которые следуют из рисунков, то мы увидим следующее. В промышленности широко используются диэлектрические материалы с органическими или неорганическими элементами. Неорганический химический материал известен как соединение углерода и других элементов. В связи с тем, что углерод имеет повышенную способность образовать химические соединения, его задача состоит в образовании соединений цепных или разветвленных молекул, которые можно образовать только из углеродных атомов или из углеродных атомов с углеродными атомами между ними, а также из углеродных атомов с углеродными атомами.

При развитии электротехнической отрасли параллельно развивалось производство минерального диэлектрического материала. Технология производства минеральных диодов и различных их видов улучшилось так, что эти диоды, благодаря дешевизне и высоким диэлектрическим параметрам, стали превращаться в природные, химические диоды.

В состав минеральных диэлектрических материалов входят:

  • Стекло конденсационного стекла, санитарного стекла, лампового стекла, щелочного стекла, не щелочного стекла и других является аморфным веществом, являясь сложной комбинацией различных окислов. Благодаря содержанию в стекле оксидов, таких как SiO2-, CaO-, Al2-O3- и др. диэлектрические качества стекла существенно улучшаются.
  • Стекло эмалевое – это материал тонкого слоя, который наносят на металлическую поверхность и другие предметы, чтобы защитить их от ржавчины.
  • Материалы для уплотнения – кристаллы с силикатами; — Материалы для уплотнения фарфора, мыльного камня.
  • Миканиты.
  • Асбестоцементный асбест — название этой группы минералов волокнистого происхождения, являющихся волокнистыми разновидностями минерального хризолита, 3МгО 2СИО2 2Х2О.

Из вышеприведенного краткого обзора диэлектрических изделий становится понятно разнообразие материалов для диэлектрических изделий. Несмотря на такой большой ассортимент доступных материалов, не всегда они могут замениться друг с другом. В большинстве случаев область применения диодов зависит в основном от их невысокой стоимости, простоты применения, физических и иных вторичных свойства.

Кроме электроизоляционных свойств, важную роль играют и механические, и тепловые, и прочие физиологические свойства, в том числе способность материала подвергаться определённой обработке, чтобы получить необходимые продукты, а еще цена, и недостаток материала. Поэтому выбирают различные материалы для различных применений.

Диэлектрические масла на нефтяной основе

В электротехнике наиболее широко применяется жидкое изоляционное масло для трансформаторов силового тока. Оно выполняет две функции: в первую очередь, заполняя поры в волоконно-изоляционных волокнах и замыкания между проводами изоляции, а также между проводами и трансформаторным баком, он существенно повышает электропроводность изоляции, во вторую очередь, повышает рассеяние тепла, которое генерируется потерями обмоток и трансформаторного сердечника.

Только часть силовых и приборных трансформаторов изготавливается без масляного залива и называется «трансформатор сухого типа». Еще одним важным применением трансформатора является масляный выключатель высокой мощности. Эти устройства прерывают электрическую дугу между расходящимся контактом выключателя между расходящимся контактом выключателя на масле или газе под давлением из-за высокого давления дуги, что позволяет канал дуги быстро охлаждаться и гасить дугу, что позволяет канал дуги быстро охлаждаться.

Также трансформаторное масло используют для заполнения масляных шлангов, некоторых типов насосов, реле и других электроинструментов. Трансформаторное и другое нефтяное «минеральное» изоляционное масло получают из сырого нефтяного сырья поэтапно, отделяя определенную фракцию по температуре кипения на каждом этапе, а потом тщательно очищая ее от нестабильных химических примесей с помощью серной кислоты, а потом щелочи, промывая воду и сушку.

Масло трансформатора — это почти бесцветное или темно-желтое жидкое вещество, химическое строение которого состоит из смеси различных углеводов. Масло трансформатора является легкой жидкостью. Электрическая мощность масла является величиной, очень чувствительной к смачиваемости масла. Небольшие количества воды в маслах резко уменьшают его электропроводимость. Это объясняется тем, что около 80 градусов вода гораздо выше чистого масла — около 2 градусов.

В процессе воздействия электрополя и капли жидкости эмульгированной в масле, имеют свойство подтягиваться к местам, где особо высока напряженность электрополя и начинается разложение. Диэлектрическая мощность масла еще сильнее снижается, если кроме воды присутствуют примеси волокна. Волокна из бумаги и хлопка легко проникают влагу масла, а их р значительно возрастает.

Волокна из бумаги и хлопка легко проникают в влагу масла, а их р значительно возрастает. Под воздействием силы поля, смоченные волокон, не только тянутся в область, где сильнее поле, но выравниваются в направлении линии поля, что существенно облегчает прохождение масла.

Кабельные масла используются для производства электрокабельных кабелей, пропитывая изоляцию бумажных кабелей, эти кабели увеличивают их электрический сопротивление и помогают рассеять потери теплой энергии. Кабельные масла бывают различных видов.

 Для пропитывания изоляции кабелей на рабочем напряжении до 35кВ в свинцово-алюминиевых кабелях с пропиткой можно использовать масло KM-25 кинематическую вязкость не более 23 мм2 при 1000 С, температуру затвердения не более минус 100 С и температуру охлаждения не более 2200 С. Для увеличения вязкости масла добавляют канифоль и синтетический загуститель.

Синтетические жидкие диэлектрики

Нефть склонна к электрическому старению, то есть может ухудшать свойства под воздействием высоковольтного электрического поля. Для пропитывания конденсаторов, чтобы получить повышенную ёмкость в этих габаритах конденсатора, желательно обладать полярным жидким диэлектриком с более высокой, чем неполярным нефтяным маслом, значением r, синтетическим жидким диэлектриком, по каким-либо свойствам, превосходящим нефтяное электроизоляционное масло. Рассмотрим важнейшие из них.

Хлорированный углеводород получается из различных атомов путем замены в молекуле некоторых и даже всего атома водорода хлорированными атомами. Наиболее распространенным применением являются полярные дифениловые продукты с общим составом S12N10-ncln n, степень их хлорирования — 3-6.

Хлорированный дифенил имеет повышенную степень повышенности в сравнении с неполярным нефтяным маслом. Таким образом, замена масла на хлорированные дифенолы при пропитке конденсатора уменьшает объем конденсатора при той же электроёмкости практически в два раза. Преимущество хлорированного дифенила — его мягкость. Впрочем, у хлорированных дифенилов есть и недостаток. Они очень токсичны и поэтому применение ими для пропитывания конденсаторов в ряде стран запрещено законодательством.

На их электрические свойства очень сильно влияют примеси, их присутствие сказывается на утрате сквозной электрической проводимости при повышенных температурах. Недостаток также заметно снижает их р, следовательно, их емкость, пропитанная хлорированными дифенилами конденсаторами при пониженной температуре.

Хлорсодержащие дифенилы имеют сравнительно высокую вязкость, что в ряде случаев вызывает потребность в разбавлении их более вязким хлорсодержащим углеводородом. Органическая жидкость кремния имеет малую ТГ, низкую гигроскопическую способность и высокую нагревостойкость. Они имеют слабовыраженную зависимость от температуры вязкости. Это жидкость очень дорогая. У фторорганических жидкостей малый тг, незначительно малая гигроскопическая способность и высокий нагревостойкий уровень. Некоторые из фторорганических жидкостей могут длительное время работать в условиях температуры 2000С. Пары каких-то фторорганических веществ обладают высокой электрической прочностью для газовых диэлектриков.

Сравнительно дорогой отечественный полимер октол — смесь изобутильных полимеров и их изомеров с общим составом S4N8 и полученных из газовых нефтепродуктов.

Природные смолы

Канифоль представляет собой хрупкую смолу, полученную из живой природной сосны смолы после того, как ее жидкие составные части отгоняют скипидар. Канифоль — это в основном органические кислоты. Канифоль хорошо растворяется в нефтяном масле, особенно при нагревании и иных углеводородах, растительном масле, спирте, скипидаре и т.д. Температура охлаждения канифоли — 50-700С. На воздухе окисляется канифоль, при этом температура его размягчения уменьшается, растворимость уменьшается.

Растительные масла

Масла растительного происхождения являются вязкими жидкостями, полученными из семян разного растения. Из таких масел особо важны высушенные масла, которые способны под действием температуры, света, контакта с воздухом и прочих факторов перейти в твердое состояние. Тонкий масляный слой, наложенный на поверхность любого материала, высушивается и создает твёрдый, блестящий, прочный к поверхности электроизоляционный слой.

Высыхание масел — это сложный химический процесс, связанный с поглощением маслом какого-то кислорода в воздухе. Скорость высушивания масел возрастает при повышении температуры, освещения и при наличии катализатора химической реакции высушивания – сиккатива. В качестве сополимеров используются свинцовые, кальциевые, кобальтовые и другие соединения.

Отвержденные пленки высыхающего масла в тяжелом углеводороде, таком как трансформаторное масло, даже при нагревании не растворяются, поэтому практически стойки к маслам, а для ароматических углеводородов, таких как бензол, менее устойчивы. При нагревании отверженная пленка не смягчает. Наиболее часто высыхают льняные и тунговые масла.

Масло льна получается золотисто-желтое из семян. Ее плотность 0.9-0.94 Мг/м3, температура застывания примерно 200С. Тунговое деревянное масло получается из семян дерева Тунг, которые разводятся на востоке и на Кавказе, а также из семян дерева Тунг. Тунговые масла не являются пищевыми, даже не являются токсичными. Плотность масла тунги 94 мг/м3, температуры застывания от 0 до +50С.

В отличие от льняного масла, тунга быстрее высыхает. Она даже толстым слоем высыхает равномерно, дает водоотталкивающую пленку, нежели льняной. Масло, высыхая, применяется в электротехнической промышленности для производства электроизоляционных масел, лаков, пропиток дерева, а также для проведения других работ. В последние годы идет тенденция заменить высыхающие масла — синтетическим материалом. Невысокие масла могут быть использованы как жидкие пропитки.

Масло касторовое получают из семян клеща; иногда его используют для пропитывания бумажного конденсатора. Плотность Касторового масла 0.95-0.97 МГм3, застывание от 0.10 до 180С, r равна 4, 0.4.5 при 200С, tg 0.01-0.03, ЕПР 10-15 МВм. Касторовое масло не растворяет бензин, а растворяет этиловый спирт.

Выполнение любых работ по физике
Контрольная работа по физике
от 3 часов
от 535 руб.
Реферат по физике
от 3 часов
от 500 руб.