Реферат на тему діелектрики
Обновлено: 05.07.2024
Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее илисовсем не проводящее электрический ток. Плотность свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 шт/см³. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.
Физическим параметром, который характеризует диэлектрик, является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость может иметь дисперсию.
К диэлектрикам относятся воздух и другиегазы, стекло, различные смолы, пластмассы непременно сухие. Химически чистая вода также является диэлектриком.
1.1Физические свойства.
К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики. При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четкоопределилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов. Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрическиецепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров,то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.
Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др. Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ 108 Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10-8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 1016 Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10-5—108 Ом·м.
Наряду с электрическимиматериалами спрос на диэлектрические материалы растёт день за днём. Это связано с увеличением мощности государственных промышленных предприятий, частных предприятий и с ростом государственных и негосударственных общественных организаций и учреждений. Большой спрос на диэлектрические материалы, также, связан с увеличением количества разнообразных электроприборов и средств связи 1. В технике используют различныевиды диэлектриков, которые изготавливаются в процессе переработки природных ресурсов и химических материалов. Применяемые в народном хозяйстве диэлектрические материалы условно можно классифицировать в виде, показанном на рис.
Как известно, диэлектрические свойства материалов определяются расположением атомов и молекул в кристаллической решетке. Химические элементы, входящие в состав материала,а также структура, симметрия и степень упорядоченности кристаллической решетки, определяют как диэлектрические свойства материалов, так и их зависимость от внешних факторов, включая температуру.
1.2Классификация диэлектрических материалов
В зависимости от указанных факторов, каждый отдельно взятый диэлектрический материал может по-разному проявлять свои.
В настоящее время прогресс электроники во все возрастающей степени определяется особыми свойствами используемых материалов. Здесь широко используются особые свойства диэлектриков: линейные и нелинейные диэлектрические, пьезо-, пирои сегнетоэлектрические, электрои акустооптические, нелинейно-оптические, лазерно — генерационные. Например, электретные микрофоны — с 1928 г. и до нашего времени широко… Читать ещё >
Диэлектрики ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Содержание
- 1. Виды диэлектриков
- 2. Свойства диэлектриков
- 2. 1. Тепловые свойства диэлектриков
- 2. 2. Механические свойства диэлектриков
- 2. 3. Химические свойства диэлектриков
Электрический пробой является результатом искажения электрического поля внутри изолятора. Как твердые, так и жидкие диэлектрики подвержены поляризации, т. е. их диэлектрическая постоянная больше единицы. Поляризация приводит к появлению диэлектрических потерь при приложении переменных электрических полей. Некоторые материалы, такие, как кварц, полиэтилен и некоторые газы, имеют очень низкие диэлектрические потери даже в высокочастотных электрических полях.
Вакуум как изолятор Когда металлические электроды помещены в газ с давлением меньше 102 Па, молекул газа недостаточно для образования заметного тока в межэлектродном зазоре, и в этом случае говорят об изоляции высоким вакуумом. Ионизация молекул остаточного газа при соударении с электронами или положительно заряженными ионами, вылетающими с электродов, при таких давлениях происходит редко. В условиях высокого вакуума при постоянном напряжении ниже 20 кВ на поверхности катода пробой может не наступать при напряженности поля до 5 МВ/см, а на аноде — при напряженности в несколько раз большей. Однако при более высоких напряжениях катодный градиент, при котором наступает пробой, быстро уменьшается. Пробой между металлическими электродами в вакууме происходит из-за обмена заряженными частицами между катодом и анодом. Электрон, вылетающий из катода, ускоряется электрическим полем и ударяет в анод, выбивая положительные ионы и фотоны. Положительные ионы и часть фотонов попадают на катод; ионы ускоряются электрическим полем и вызывают эмиссию вторичных электронов. При некотором критическом значении напряжения и градиента электрического поля для данного материала электродов этот процесс становится неустойчивым, и происходит искровой пробой. Изоляция высоким вакуумом особенно широко применяется в электронике как для ускорения электронов низкой энергии в обычных электровакуумных приборах, так и для высоковольтных приложений в рентгеновских приборах и ускорителях для ядерных исследований.
Конденсаторы Диэлектрики находят широкое применение в конденсаторах. Конденсаторы имеют многообразные применения, среди которых накопление электрического заряда, нейтрализация эффектов индуктивности в цепях переменного тока и получение импульсов тока для различных приложений. Емкость конденсатора часто может быть рассчитана исходя из конфигурации системы или измерена путем определения величины заряда на одной из обкладок конденсатора при приложении заданного напряжения между обкладками. Энергия заряженного конденсатора равна ½ CE2 и выражается в микроджоулях (мк
Дж), если С выражено в микрофарадах (мк
Ф), а Е — в вольтах (В).
В современной электронике, радиотехнике, акустике и автоматике широко применяются различные пьезоэлектрики. В зависимости от области применения пьезоэлектриков и от физических эффектов, используемых в устройствах, можно выделить следующие классы электромеханических преобразователей:
преобразователи механических колебаний среды в электрические сигналы преобразователи электрических сигналов в упругие волны или механические преремещения устройства, использующие механический резонанс Линейный электромеханический преобразователь — пьезоэлектрик — широко используется в в различных устройствах, преобразующих в результате обратного пьезоэффекта высокочастотный электрический ток в энергию упругих волн. За счёт прямого пьезоэфекта механические колебания превращаются в электрические сигналы, которые легко анализировать, преобразовывать, усиливать (№ 4, с.202).
Одни из технических применений пьезопреобразователей энергии традиционны и общеизвестны, другие в настоящее время уже внедряются в электронные устройства, а третьи только находятся в стадии лабораторных экспериментов. Например, пьезоэлектрические излучатели используются в качестве излучателей акустических колебаний в первую очередь в жидкие и твёрдые среды (№ 4, с.189). На практике нашли широкое применение и пьезоэлектрические приёмники с плёночными рабочими элементами. Эти приемники имеют очень высокую чувствительность в широком диапазоне частот и применяются в частности для визуализации ультразвуковых полей.
В современной электронике и радиотехнике широкое применение нашли электреты.
Перечисленные примеры не исчерпывают всех возможностей применения диэлектриков. Предполагается, в связи с микроминиатюризацией радиоаппаратуры роль различных видов диэлектриков будет непрерывно возрастать, что связано с высокой эффективностью этих материалов.
Заключение
В настоящее время прогресс электроники во все возрастающей степени определяется особыми свойствами используемых материалов. Здесь широко используются особые свойства диэлектриков: линейные и нелинейные диэлектрические, пьезо-, пирои сегнетоэлектрические, электрои акустооптические, нелинейно-оптические, лазерно — генерационные.
Диэлектрики находят широкое использование в качестве преобразователей электрических, оптических, механических и тепловых воздействий.
Сегодня особую актуальность приобретает разработка новых типов диэлектриков с заданными свойствами для реализации их в новых приборах, устройствах и системах.
Перспективы применения диэлектриков в самых различных областях прикладной науки и техники — огромны.
Список использованной литературы Гаврилова Н. Д. , Данилычева М. Н. , Новик В. К. Пироэлектричество . — М.: Знание, 1989
Калашников С. Г. Электричество /Учеб. пособие для вузов. Изд. 4-е, — М.: Наука, 1977
Кибец И.Н., Кибец В. И. Физика . Справочник. — Xарьков: Фолио, 1997
Рез И.С., Поплавко Ю. М. Диэлектрики . Основные свойства и применения в электронике. — М.: Радио и связь, 1989
Энциклопедический словарь юного физика / Сост. В. А. Чуянов — М.: Педагогика, 1984
Очень многие школьники и студенты не любят физику из-за большого количества заумных слов и странных формул. Одной из таких загадочный тем становятся диэлектрика. Что это, где она применяется и зачем вообще нужна? Дети никак не могут понять, а учителя нормально не объясняют важную информацию. Именно поэтому сегодня я, учитель физики, хочу помочь студентам и школьникам в изучении диэлектрики.
![Chto-takoe-die]()
Диэлектрики или изоляторы – это вещества, которые немного или вообще не проводят ток. К ним можно отнести все неприводимое: воздух, газы, древесину, стекло, пластмассу и многое другое. Они применяются во многих технологиях и машинах, позволяют ограничить распространение тока.
Возьмем, например, пластик. Если мы поместим небольшой кусок в электризованную среду, то заметим необычное явление: он начнет притягиваться к положительным или отрицательным зарядам. Но как только мы выключим поле, все прекратится. Пластик перестанет притягиваться и останется на месте.
Собственно, этот эксперимент и показывает, что изоляторы не могут переводить ток, а являются для него некой преградой, которая мешает ему, распространится дальше. И если даже электричество проходит, то в минимальных, безвредных количествах.
Иногда происходит очень сильная путаница со свойствами диэлектриков. Многие дают им бесполезные и невозможные функции, которые никогда не встречались у этих материалов, или, наоборот, – убирают. Сейчас я кратко и быстро расскажу вам о всех свойствах диэлектриков.
Свойства диэлектриков
Водонепроницаемость
Твердые диэлектрики могут мешать проникновению влаги внутрь. Благодаря этому свойству их часто используют для уличного оборудования. Причем это относится не только к воде, но и прочим жидкостям, например, напиткам, сокам, молоку и так далее.
Теплозащита
Диэлектрики отлично переносят сильные температуры. Например, не зря их использую в космосе, где полоска термометра бывает ниже -90°C. Именно поэтому диэлектрики – отличный помощник в сильные морозы и жаркие дни.
Сдерживаемость радиации
Диэлектрики не пропускают радиацию, щелочи и кислотные вещества. Это очень важно, при возникновении утечки на станциях и заводах, где есть опасные химические элементы. Изоляторы, без какого-либо преувеличения, могут спасти тысячи людей от смерти.
Поляризация
Удивительное свойство, которое присутствует исключительно у диэлектриков. Благодаря ему неприводимые материалы могут притягиваться к проводимым и тем самым создавать целую цепь. Это свойство используется повсеместно, почти во всех технологиях и машинах.
Ослабление внешнего поля
Диэлектрики помогают сделать внешнее давление более слабым и тем самым безопасным. Они контролируют поле и помогают его использовать в различных целях. Очень важное свойство, позволяющее сделать работу более безопасной.
Виды диэлектриков
У многих школьников или студентом возникает сильная путаница с классификацией диэлектриков. Они просто не понимают, какие есть группы и на что они делятся. Сейчас я попытаюсь вам понятно все объяснить, чтобы, прочитав один раз, вы поняли навсегда.
Классификация по агрегатному состоянию
![Otlichie-die]()
По агрегатному состоянию выделяется три основных вида диэлектриков:
- твердые – это стекло, пластик, керамика и подобные вещества. Они используются в специализированных станциях и заводах, позволяют ограничить распространение тока и сделать среду более безопасной для окружающих;
- жидкие – это масла, спреи, дистиллированная вода, которые снабжаются в различных машинах и технологиях. Например, это трансформаторы, которые просто не могут работать без изоляторов;
- газовые – к этому типу относятся исключительно азот, который чаще всего используют для того, чтобы понизить их температуру. Это позволяет обезопасить технику от сильного перегрева и возможного взрыва.
Классификация по происхождению
По происхождения изоляторы бывают органическими и неорганическими:
- органические – это диэлектрики, которые добываются в окружающей среде и были созданные не под влиянием человека. Они используются крайне редко, из-за их малого количества свойств;
- неорганические – эти изоляторы создаются самими людьми и чаще всего используются в производстве и деятельности. Они отлично останавливают ток и блокируют его распространение.
Способы применения
Многие мои ученики думают, что диэлектрики применяются везде, где есть хоть какие-либо технологии, в каждой машине и приборе. Но это ошибочное мнение, потому что они используются исключительно в тех случаях, когда необходимо ограничить распространение электрического тока и обезопасить окружающую среду.
У диэлектриков есть большое количество способов применения. Например, жидкие непереводные вещи используются в создании разных видов масел, которые применяются в транспортных средствах, помогают укрепить промышленные детали и сделать электроизоляцию.
Газовые диэлектрики – это азот. Его применение очень широко. Многие используют азот для охлаждения промышленных приспособлений или химических смесей, а во многих печках он помогает избежать сильной газовой протечки, а также часто применяется в высокоточных переключателях. Их можно встретить в каждом доме, в котором присутствуют какие-либо газовые приборы.
Огромное спектр применения у твердых диэлектриков. Например, они применяются в проводах, электронных машинах, на станциях и так далее. Эти компоненты используются даже в космосе для поддержки кораблей. Твердые диэлектрики более практичные и многофункциональные, чем прочие агрегатные компоненты, вследствие этого их можно встретить намного чаще.
Диэлектрики есть везде, даже в вашем доме. Посмотрите на свои провода, электронные приборы и считок. Везде есть диэлектрики, которые позволяют приостановить продвижения тока и тем самым ограничить его воздействие на людей. Это очень важный компонент, без которого не смогло бы существовать половина приборов и машин.
![Диэлектрики их свойства]()
Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Плотность свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 шт/см³. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.
Физическим параметром, который характеризует диэлектрик, является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость может иметь дисперсию.
К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы непременно сухие. Химически чистая вода также является диэлектриком.
1. Свойства диэлектриков
1.1 Физические свойства.
К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики. При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов. Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.
Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др. Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ 108 Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10-8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 1016 Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10-5—108 Ом·м.
Наряду с электрическими материалами спрос на диэлектрические материалы растёт день за днём. Это связано с увеличением мощности государственных промышленных предприятий, частных предприятий и с ростом государственных и негосударственных общественных организаций и учреждений. Большой спрос на диэлектрические материалы, также, связан с увеличением количества разнообразных электроприборов и средств связи 2. В технике используют различные виды диэлектриков, которые изготавливаются в процессе переработки природных ресурсов и химических материалов. Применяемые в народном хозяйстве диэлектрические материалы условно можно классифицировать в виде, показанном на рис.
Как известно, диэлектрические свойства материалов определяются расположением атомов и молекул в кристаллической решетке. Химические элементы, входящие в состав материала, а также структура, симметрия и степень упорядоченности кристаллической решетки, определяют как диэлектрические свойства материалов, так и их зависимость от внешних факторов, включая температуру.
1.2 Классификация диэлектрических материалов
В зависимости от указанных факторов, каждый отдельно взятый диэлектрический материал может по-разному проявлять свои изоляционные свойства, определяющие область его применения. Отметим, что в настоящее время отсутствует единый подход в оценке диэлектрических материалов. В данной работе систематизированы сведения о существующих диэлектрических материалах, проанализированы их преимущества и недостатки. Составлена структурная схема, в которой представлена классификация диэлектрических материалов. Схема строилась на основе разделения всего множества диэлектрических материалов по специфическим особенностям способов их переработки и изготовления.
Если остановиться на совокупности диэлектрических материалов, приведённых на рис., то можно отметить следующее. В народном хозяйстве широко используются диэлектрические материалы, состоящие из органических и неорганических элементов.
В науке неорганические химические материалы известны как соединения углерода с другими элементами. Поскольку углерод обладает повышенной способностью образования химических соединений, то его роль можно заметить в создании веществ с цепочечными или разветвлёнными молекулами, которые могут образовываться только из атомов углерода или из атомов углерода, между которыми расположены атомы других элементов.
К органическим диэлектрическим материалам можно отнести:
![]()
С развитием электротехнической промышленности параллельно развивалось изготовление диэлектрических материалов из минералов. Технология изготовления минеральных диэлектриков и их разновидностей, настолько усовершенствована, что эти диэлектрические материалы из-за дешевизны и высоких диэлектрических показателей начали оттеснять натуральные и химические диэлектрические материалы. К минеральным диэлектрическим материалам можно отнести:
· стекло (конденсаторные, установочные, ламповые, щелочные, безщелочные и другие стекла.) - аморфное вещество, которое представляет собой сложную систему различных окислов. Из-за того, что в состав стекла входят такие окислы, как SiO2, CaO, Al2O3 и т.д., диэлектрические свойства стекла заметно улучшаются;
· стеклоэмаль - это материал, который наносится тонким слоем на поверхность металлических и других предметов с целью защиты их от коррозии;
· стекловолокно - стеклянные нити, из которых впоследствии ткут стеклянные ткани;
· световоды - светопроводящий вид стекловолокна, т.е. жгут, скрученный из волокон, имеющих сердцевину и оболочку из стёкол разного состава;
· ситаллы - кристаллы, в состав которых входят силикаты;
· керамические материалы (фарфор, стеатит);
· слюда (миканиты, слюдопласты, микалекс);
· асбест (асбоцемент) - название группы минералов, обладающих волокнистым строением, представляющие собой волокнистую разновидность минерала хризотила - 3MgO*2SiO2*2H3O.
Из представленного краткого обзора диэлектрических материалов можно увидеть их разнообразие. Следует отметить, что, несмотря на такое большое разнообразие существующих диэлектрических материалов, они не всегда могут заменить друг друга. Во многих случаях область использования диэлектрических материалов в основном зависит от их дешевизны, удобства использования, физико-механических и других второстепенных свойств.
В некоторых случаях, к применяемым электроизоляционным материалам предъявляются самые разнообразные требования. .
Помимо электроизоляционных свойств, большую роль играют механические, тепловые и другие физико-химические свойства, включая способность материалов подвергаться тем или иным видам обработки при изготовлении из них необходимых изделий, а также стоимость и дефицитность материалов. Поэтому, для различных случаев применения выбирают разные материалы.
2. Применение
В качестве примеров использования различных диэлектриков можно привести следующее:
· Сигнетоэлектрики – электрические конденсаторы, ограничители предельно допустимого тока, запоминающие устройства;
· Пъезоэлектрики - генераторы ВЧ и пошаговые методы, микрофоны, наушники, датчики давления, частотные фильтры;
· Пироэлектрики – позиторы, диэлектрики ПК излучения, болометры (датчики инфрокрасного излучения);
· Изготовление каркасов катушек индуктивности;
· Арматуры установочных изделий;
· Для изоляции проводниковых и кабельных изделий;
Список литературы
1. А.С. Зеличенко и др. Устройство и ремонт воздушных линий электропередачи и высоковольтных вводов. Издательство , М., 1985 г.
2. В.В. Бозуткин и др. Техника высоких напряжений. Издательство , М., 1986 г.
3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. “Электродинамика сплошных сред”, Москва, Государственное издательство физико-математической литературы, 1959 г.
4. Н.П. Богородицкий и др. Электротехнические материалы. Издательство , Л., 1977 г.
5. Сивухин Д.В. “Общий курс физики. Том 3, электричество”, Москва, издательство “Наука”, главная редакция физико-математической литературы, 1977 г.
6. Тамм И.Е. “Основы теории электричества”, Москва, издательство “Наука”, главная редакция физико-математической литературы, 1976 г.
Читайте также:
