Новая пластмасса может проводить электрический ток. Как называется материал который плохо пропускает электрический токДиэлектрик - что такое? Свойства диэлектриковДиэлектрик - это материал или вещество, которое практически не пропускает электрический ток. Такая проводимость получается вследствие небольшого количества электронов и ионов. Данные частицы образуются в не проводящем электрический ток материале только при достижении высоких температурных свойств. О том, что такое диэлектрик и пойдёт речь в этой статье. ОписаниеКаждый электронный или радиотехнический проводник, полупроводник или заряженный диэлектрик пропускает через себя электрический ток, но особенность диэлектрика в том, что в нем даже при высоком напряжении свыше 550 В будет протекать ток малой величины. Электрический ток в диэлектрике - это движение заряженных частиц в определённом направлении (может быть положительным и отрицательным).
Виды токовВ основе электропроводимости диэлектриков лежат:
Электроизоляционные материалы классифицируют по агрегатному состоянию и химической природе. Первые делятся на твёрдые, жидкостные, газообразные и затвердевающие. По химической природе делятся на органику, неорганику и элементоорганические материалы.
Электропроводимость диэлектриков по агрегатному состоянию:
Физические свойства диэлектриковПри удельном сопротивлении материала равном меньше 10-5 Ом*м их можно отнести к проводникам. Если больше 108 Ом*м — к диэлектрикам. Возможны случаи, когда удельное сопротивление будет в разы больше сопротивления проводника. В интервале 10-5-108 Ом*м находится полупроводник. Металлический материал — отличный проводник электрического тока.
Из всей таблицы Менделеева только 25 элементов относятся к неметаллам, причём 12 из них, возможно, будут со свойствами полупроводника. Но, разумеется, кроме веществ таблицы, существует ещё множество сплавов, композиций или химических соединений со свойством проводника, полупроводника или диэлектрика. Исходя из этого, трудно провести определённую грань значений различных веществ с их сопротивлениями. Для примера, при пониженном температурном факторе полупроводник станет вести себя подобно диэлектрику. ПрименениеИспользование не проводящих электрический ток материалов очень обширно, ведь это один из популярно используемых классов электротехнических компонентов. Стало достаточно ясно, что их можно применять благодаря свойствам в активном и пассивном виде.
В пассивном виде свойства диэлектриков используют для применения в электроизоляционном материале. В активном виде они используются в сегнетоэлектрике, а также в материалах для излучателей лазерной техники. Основные диэлектрикиК часто встречающимся видам относятся:
Что такое диэлектрик жидкий?Поляризация данного вида происходит в поле электрического тока. Жидкостные токонепроводящие вещества используются в технике для заливки или пропитки материалов. Есть 3 класса жидких диэлектриков: Нефтяные масла – являются слабовязкими и в основном неполярными. Их часто используют в высоковольтных аппаратурах: масло трансформаторное, высоковольтные воды. Масло трансформаторное - это неполярный диэлектрик. Кабельное масло нашло применение в пропитке изоляционно-бумажных проводов с напряжением на них до 40 кВ, а также покрытий на основе металла с током больше 120 кВ. Масло трансформаторное по сравнению с конденсаторным имеет более чистую структуру. Данный вид диэлектрика получил широкое распространение в производстве, несмотря на большую себестоимость по сравнению с аналоговыми веществами и материалами.
Что такое диэлектрик синтетический? В настоящее время практически везде он запрещён из-за высокой токсичности, так как производится на основе хлорированного углерода. А жидкий диэлектрик, в основе которого кремний органический, является безопасным и экологически чистым. Данный вид не вызывает металлической ржавчины и имеет свойства малой гигроскопичности. Существует разжиженный диэлектрик, содержащий фторорганическое соединение, которое особо популярно из-за своей негорючести, термических свойств и окислительной стабильности. И последний вид, это растительные масла. Они являются слабо полярными диэлектриками, к ним относятся льняное, касторовое, тунговое, конопляное. Касторовое масло является сильно нагреваемым и применяется в бумажных конденсаторах. Остальные масла - испаряемые. Выпаривание в них обуславливается не естественным испарением, а химической реакцией под названием полимеризация. Активно применяется в эмалях и красках.
ЗаключениеВ статье было подробно рассмотрено, что такое диэлектрик. Были упомянуты различные виды и их свойства. Конечно, чтобы понять всю тонкость их характеристик, придётся более углубленно изучить раздел физики о них. fb.ru Что позволяет электричеству течь?
Электричество прекрасно передается по медному проводу, но сразу же останавливается, встретив на своем пути резиновую трубку. Так уж устроена природа — некоторые вещества являются хорошими проводниками, в то время как другие блокируют даже самые слабые электрические токи. Возможность протекания электрического тока в веществе определяется его атомным строением. Чем беспрепятственнее перемещаются электроны в конкретном материале, тем лучше он проводит электрический ток. Проводники, а к ним относятся главным образом металлы, такие, как железо, никель серебро и медь, содержат так называемые свободные электроны. Не привязанные к определенному атому, эти электроны хаотически перемещаются по проводнику, переходя с орбиты одного атома на орбиту другого. Однако, когда проводник подсоединен к батарее, электрическое поле преобразует это хаотическое движение электронов в устойчивый поток. Именно поэтому металлы являются превосходными переносчиками электричества. В отличие от проводников, изоляторы содержат очень мало свободных электронов или не содержат их совсем. Атомы таких материалов как кожа, стекло, пластмасса и резина, удерживают свои электроны, так сказать, на коротком поводке. Отсутствие «беспризорных» заряженных частиц в изоляторах препятствует протеканию в них электрического тока. Атомы проводниковимеют один или несколько свободных электронов. Такие электроны уходят с фиксированной околоядерной орбиты и медленно дрейфуют через окружающую их атомную структуру. Когда свободные электроны движутся организованно, они пере носят электричество. Атомы изоляторовпрактически не имеют свободных электронов, так как все электроны этих атомов остаются крепко связанными со своими ядрами. По этой причине изоляторы очень плохо проводят электрический ток или не проводят его совсем. Электрический ток в проводнике
Когда проводник подсоединен к электрической батарее, электроны (голубые шарики) начинают упорядоченно перемещаться по направлению к ее положительному полюсу, создавая электрический ток. Отсутствие электрического тока в изоляторе
Электроны изолятора прочно привязаны к положительно заряженным ядрам. Даже в том случае, когда изолятор подсоединен к электрической батарее, электроны остаются на своих местах и ток не течет. Диэлектрики. Виды. Работа. Свойства. Применение. ОсобенностиДиэлектрики — это вещество, которое не проводит, или плохо проводит электрический ток. Носители заряда в диэлектрике имеют плотность не больше 108 штук на кубический сантиметр. Одним из основных свойств таких материалов является способность поляризации в электрическом поле. Параметр, характеризующий диэлектрики, называется диэлектрической проницаемостью, которая может иметь дисперсию. К диэлектрикам можно отнести химически чистую воду, воздух, пластмассы, смолы, стекло, различные газы. Свойства диэлектриковЕсли бы вещества имели свою геральдику, то герб сегнетовой соли непременно украсили бы виноградные лозы, петля гистерезиса, и символика многих отраслей современной науки и техники. Родословная сегнетовой соли начинается с 1672 года. Когда французский аптекарь Пьер Сегнет впервые получил с виноградных лоз бесцветные кристаллы и использовал их в медицинских целях. Тогда еще невозможно было предположить, что эти кристаллы обладают удивительными свойствами. Эти свойства дали нам право из огромного числа диэлектриков выделить особые группы:
Со времен Фарадея известно, что во внешнем электрическом поле диэлектрические материалы поляризуются. При этом каждая элементарная ячейка обладает электрическим моментом, аналогичным электрическому диполю. А суммарный дипольный момент единицы объема определяет вектор поляризации. В обычных диэлектриках поляризация однозначно и линейно зависит от величины внешнего электрического поля. Поэтому диэлектрическая восприимчивость почти у всех диэлектриков величина постоянная. P/E=X=constКристаллические решетки большинства диэлектриков построены из положительных и отрицательных ионов. Из кристаллических веществ наиболее высокой симметрией обладают кристаллы с кубической решеткой. Под действием внешнего электрического поля кристалл поляризуется, и симметрия его понижается. Когда внешнее поле исчезает, кристалл восстанавливает свою симметрию. В некоторых кристаллах электрическая поляризация может возникать и при отсутствии внешнего поля, спонтанно. Так выглядит в поляризованном свете кристалл молибдената гадолиния. Обычно спонтанная поляризация неоднородная. Кристалл разбивается на домены – области с однородной поляризацией. Развитие многодоменной структуры уменьшает суммарную поляризацию. ПироэлектрикиВ пироэлектриках спонтанная поляризация экранирует со свободными зарядами, которые компенсируют связанные заряды. Нагревание пироэлектрика изменяет его поляризацию. При температуре плавления пироэлектрические свойства исчезают вовсе. Часть пироэлектриков относится к сегнетоэлектрикам. У них направление поляризации может быть изменено внешним электрическим полем. Существует гистерезисная зависимость между ориентацией поляризации сегнетоэлектрика и величиной внешнего поля. В достаточно слабых полях поляризация линейно зависит от величины поля. При его дальнейшем увеличении все домены ориентируются по направлению поля, переходя в режим насыщения. При уменьшении поля до нуля кристалл остается поляризованным. Отрезок СО называют остаточной поляризацией. Поле, при котором происходит изменение направления поляризации, отрезок ДО называют коэрцитивной силой. Наконец, кристалл полностью меняет направление поляризации. При очередном изменении поля кривая поляризации замыкается. Однако, сегнетоэлектрическое состояние кристалла существует лишь в определенной области температур. В частности, сегнетова соль имеет две точки Кюри: -18 и +24 градусов, в которых происходят фазовые переходы второго рода. Группы сегнетоэлектриковМикроскопическая теория фазовых переходов разделяет сегнетоэлектрики на две группы. Первая группаТитанат бария относится к первой группе, и как ее еще называют, группе сегнетоэлектриков типа смещения. В неполярном состоянии титанат бария имеет кубическую симметрию. При фазовом переходе в полярное состояние ионные подрешетки смещаются, симметрия кристаллической структуры понижается. Вторая группаКо второй группе относят кристаллы типа нитрата натрия, у которых в неполярной фазе имеется разупорядоченная подрешетка структурных элементов. Здесь фазовый переход в полярное состояние связан с упорядочением структуры кристалла. Причем в различных кристаллах может быть два или несколько вероятных положений равновесия. Существуют кристаллы, в которых цепочки диполя имеют антипараллельные ориентации. Суммарный дипольный момент таких кристаллов равен нулю. Такие кристаллы называют антисегнетоэлектриками. В них зависимость поляризации линейная, вплоть до критического значения поля. Дальнейшее увеличение величины поля сопровождается переходом в сегнетоэлектрическую фазу. Третья группаСуществует еще одна группа кристаллов – сегнетиэлектриков. Ориентация дипольных моментов у них такова, что по одному направлению они имеют свойства антисегнетоэлектриков, а по-другому сегнетоэлектриков. Фазовые переходы у сегнетоэлектриков бывают двух родов. При фазовом переходе второго рода в точке Кюри спонтанная поляризация плавно уменьшается до нуля, а диэлектрическая восприимчивость, меняясь резко, достигает огромных величин. При фазовом переходе первого рода поляризация исчезает скачком. Также скачком изменяется электрическая восприимчивость. Большая величина диэлектрической проницаемости, электрополяризации сегнетоэлектриков, делает их перспективными материалами современной техники. Например, уже широко используют нелинейные свойства прозрачной сегнетокерамики. Чем ярче свет, тем сильнее он поглощается специальными очками. Это является эффективной защитой зрения рабочих в некоторых производствах, связанных с внезапными и интенсивными вспышками света. Для передачи информации с помощью лазерного луча применяют сегнетоэлектрические кристаллы с электрооптическим эффектом. В пределах прямой видимости лазерный луч моделируется в кристалле. Затем луч попадает в комплекс приемной аппаратуры, где информация выделяется и воспроизводится. Пьезоэлектрический эффектВ 1880 году братья Кюри обнаружили, что в процессе деформации сегнетовой соли на ее поверхности возникают поляризационные заряды. Это явление было названо прямым пьезоэлектрическим эффектом. Если на кристалл воздействовать внешним электрическим полем, он начинает деформироваться, то есть, возникает обратный пьезоэлектрический эффект. Однако эти изменения не наблюдаются в кристаллах, имеющих центр симметрии, например, в сульфиде свинца. Если на такой кристалл воздействовать внешним электрическим полем, подрешетки отрицательных и положительных ионов сместятся в противоположные стороны. Это приводит к поляризации кристаллов. В данном случае мы наблюдаем электрострикцию, при которой деформация пропорциональна квадрату электрического поля. Поэтому электрострикцию относят к классу четных эффектов. ΔX1=ΔX2Если такой кристалл растягивать или сжимать, то электрические моменты положительных диполей будут равны по величине электрическим моментам отрицательных диполей. То есть, изменение поляризации диэлектрика не происходит, и пьезоэффект не возникает. В кристаллах с низкой симметрией при деформации появляются дополнительные силы обратного пьезоэффекта, противодействующие внешним воздействиям. Таким образом, в кристалле, у которого нет центра симметрии в распределении зарядов, величина и направление вектора смещения зависит от величины и направления внешнего поля. Благодаря этому можно осуществлять различные типы деформации пьезокристаллов. Склеивая пьезоэлектрические пластинки, можно получить элемент, работающий на сжатие. В этой конструкции пьезопластинка работает на изгиб. ПьезокерамикаЕсли к такому пьезоэлементу приложить переменное поле, в нем возбудятся упругие колебания и возникнут акустические волны. Для изготовления пьезоэлектрических изделий применяют пьезокерамику. Она представляет собой поликристаллы сегнетоэлектрических соединений или твердые растворы на их основе. Изменяя состав компонентов и геометрические формы керамики, можно управлять ее пьезоэлектрическими параметрами. Прямые и обратные пьезоэлектрические эффекты находят применение в разнообразной электронной аппаратуре. Многие узлы электроакустической, радиоэлектронной и измерительной аппаратуры: волноводы, резонаторы, умножители частоты, микросхемы, фильтры работают, используя свойства пьезокерамики. Пьезоэлектрические двигателиАктивным элементом пьезоэлектрического двигателя служит пьезоэлемент. В течение одного периода колебаний источника переменного электрического поля он растягивается и взаимодействует с ротором, а в другом возвращается в исходное положение. Великолепные электрические и механические характеристики позволяют пьезодвигателю успешно конкурировать с обычными электрическими микромашинами. Пьезоэлектрические трансформаторыПринцип их действия также основан на использовании свойств пьезокерамики. Под действием входного напряжения в возбудителе возникает обратный пьезоэффект. Волна деформации передается в генераторную секцию, где за счет прямого пьезоэффекта изменяется поляризация диэлектрика, что приводит к изменению выходного напряжения. Так как в пьезотрансформаторе вход и выход гальванически развязаны, то функциональные возможности преобразования входного сигнала по напряжению и току, согласование его с нагрузкой по входу и выходу, лучше, чем у обычных трансформаторов. Исследования разнообразных явлений сегнетоэлектричества и пьезоэлектричества продолжаются. Нет сомнений, что в будущем появятся приборы, основанные на новых и удивительных физических эффектах в твердом теле. Классификация диэлектриковВ зависимости от различных факторов они по-разному проявляют свои свойства изоляции, которые определяют их сферу использования. На приведенной схеме показана структура классификации диэлектриков. В народном хозяйстве стали популярными диэлектрики, состоящие из неорганических и органических элементов. Неорганические материалы – это соединения углерода с различными элементами. Углерод обладает высокой способностью к химическим соединениям. Минеральные диэлектрикиТакой вид диэлектриков появился с развитием электротехнической промышленности. Технология производства минеральных диэлектриков и их видов значительно усовершенствована. Поэтому такие материалы уже вытесняют химические и натуральные диэлектрики. К минеральным диэлектрическим материалам относятся:•Стекло (конденсаторы, лампы) – аморфный материал, состоит из системы сложных окислов: кремния, кальция, алюминия. Они улучшают диэлектрические качества материала.• Стеклоэмаль – наносится на металлическую поверхность.• Стекловолокно – нити из стекла, из которых получают стеклоткани.• Световоды – светопроводящее стекловолокно, жгут из волокон.• Ситаллы – кристаллические силикаты.• Керамика – фарфор, стеатит.• Слюда – микалекс, слюдопласт, миканит.• Асбест – минералы с волокнистым строением. Разнообразные диэлектрики не всегда заменяют друг друга. Их сфера применения зависит от стоимости, удобства применения, свойств. Кроме изоляционных свойств, к диэлектрикам предъявляются тепловые, механические требования. Жидкие диэлектрикиНефтяные маслаТрансформаторное масло заливается в силовые виды трансформаторов. Оно наиболее популярно в электротехнике. Кабельные масла применяются при изготовлении электрических кабелей. Ими пропитывают бумажную изоляцию кабелей. Это повышает электрическую прочность и отводит тепло. Синтетические жидкиеДля пропитки конденсаторов необходим жидкий диэлектрик для увеличения емкости. Такими веществами являются жидкие диэлектрики на синтетической основе, которые превосходят нефтяные масла. Хлорированные углеводороды образуются из углеводородов заменой в них молекул атомов водорода атомами хлора. Большую популярность имеют полярные продукты дифенила, в состав которых входит С12 Н10-nC Ln. Их преимуществом является стойкость к горению. Из недостатков можно отметить их токсичность. Вязкость хлорированных дифенилов имеет высокий показатель, поэтому их приходится разбавлять мене вязкими углеводородами. Кремнийорганические жидкости обладают низкой гигроскопичностью и высокой температурной стойкостью. Их вязкость очень мало зависит от температуры. Такие жидкости имеют высокую стоимость. Фторорганические жидкости имеют аналогичные свойства. Некоторые образцы жидкости могут долго работать при 2000 градусов. Такие жидкости в виде октола состоят из смеси полимеров изобутилена, получаемых из продуктов газа крекинга нефти, имеют невысокую стоимость. Природные смолыКанифоль – это смола, имеющая повышенную хрупкость, и получаемая из живицы (смола сосны). Канифоль состоит из органических кислот, легко растворяется в нефтяных маслах при нагревании, а также в других углеводородах, спирте и скипидаре. Температура размягчения канифоли равна 50-700 градусов. На открытом воздухе канифоль окисляется, быстрее размягчается, и хуже растворяется. Растворенная канифоль в нефтяном масле используется для пропитки кабелей. Растительные маслаЭти масла представляют собой вязкие жидкости, которые получены из различных семян растений. Наиболее важное значение имеют высыхающие масла, которые могут при нагревании отвердевать. Тонкий слой масла на поверхности материала при высыхании образует твердую прочную электроизоляционную пленку. Скорость высыхания масла повышается при возрастании температуры, освещении, при использовании катализаторов – сиккативов (соединения кобальта, кальция, свинца). Льняное масло имеет золотисто-желтый цвет. Его получают из семян льна. Температура застывания льняного масла составляет -200 градусов. Тунговое масло изготавливают из семян тунгового дерева. Такое дерево растет на Дальнем Востоке, а также на Кавказе. Это масло не токсично, но не является пищевым. Тунговое масло застывает при температуре 0-50 градусов. Такие масла используются в электротехнике для производства лаков, лакотканей, пропитки дерева, а также в качестве жидких диэлектриков. Касторовое масло используется для пропитки конденсаторов с бумажным диэлектриком. Получают такое масло из семян клещевины. Застывает оно при температуре -10 -180 градусов. Касторовое масло легко растворяется в этиловом спирте, но нерастворимо в бензине. Похожие темы:
electrosam.ru Как называют вещества, которые проводят электрический ток?...1. Проводники2. Диэлектрики3. Частицы, способные переносить заряд4. В металлах, в растворах, полупроводниках, плазме5. Электроны(Электронный газ)6. 07.разноименные заряды, входящие в состав атомов (или молекул), которые на могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга8.Возникновение суммарного дипольного момента молекул, отличного от нуля, при внесении диэлектрика в электрическое поле9.Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри однородного диэлектрика10.Находиться по стенкам шарика11.Помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля.Металлическая сетка может надежно защитить особо огнеопасное помещение, например пороховой склад, от удара молнии.12.Неполярные диэлектрики. Полярные диэлектрики. Кристаллические диэлектрики. Отличаются видом кристаллической решетки.13.Положительные заряды скапливаются на одной стороне, а отрицательные - на противоположной. Перераспределение зарядов будет происходить до тех пор, пока поле, созданное этими зарядами, не скомпенсирует внешнее поле.14.Связанные заряды создают электрическое поле которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля.15.Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества. 16.17.Дело в том, что электрическое поле вокруг заряженных тел неоднородно: чем ближе к заряженному телу, тем больше напряженность поля.Когда незаряженный предмет вносят в электрическое поле, на поверхности предмета появляются связанные заряды противоположных знаков. В результате на разные части предмета со стороны поля будут действовать противоположно направленные силы. 18.Будет, объяснение в прошлом вопросе.19. Оцени ответ shkolniku.com Как называются вещества, которые проводят электрический ток?Электро-проводимые вещества Проводники либо электро проводники, разницы нет Проводники и полупроводники (при определенных условиях) touch.otvet.mail.ru Новая пластмасса может проводить электрический токНедавно обнаруженный метод сделает возможным создание целого ряда пластмассы нового вида с металлическими или даже сверхпроводимыми свойствами. Пластмасса обычно проводит электричество так слабо, что она используется, как правило, для изоляции электрического кабеля. Но, установив тонкий слой металла на пластиковый лист и смешивая это превратив в полимерную поверхность при помощи ионного луча, австралийские исследователи показали, что метод может быть использован для производства дешевых, прочных, гибких и проводящих ток пластиковых оболочек. Исследование было опубликовано в журнале ChemPhysChem исследовательской группой под руководством профессора Поля Мередита (Paul Meredith) и профессора Бэна Поуэлла (Ben Powell) в Университете Куинслэнда. Ионные лучевые методы широко используются в промышленности микроэлектроники для приспособления удельной электропроводности таких полупроводников как, например, кремний, но попытки применять этот процесс относительно пластиковых оболочек проделывались с ограниченным успехом еще с 1980 года. Но теперь все по-другому. "Научно-исследовательской группе удалось при помощи ионного луча настроить свойства пластиковой оболочки так, чтобы она проводила электричество подобно металлам, использованным в электрических проводах и даже действовать так, как сверхпроводник и проводить электрический ток без сопротивления при условии охлаждения и достаточном снижении температуры" – сообщил профессор Мередит. Для того, чтобы продемонстрировать потенциальное применение этого нового материала, группа физиков произвела электрические термометры сопротивления, которые соответствуют промышленным стандартам. Протестированный для сравнения с термометром сопротивления платинового стандарта, новый термометр дал такие же или даже лучшие результаты, показав превосходную точность. "Этот материал так интересен, поскольку мы можем использовать все желательные аспекты полимеров – механическая гибкость, надежность в эксплуатации и низкая стоимость – и к этим всем достоинствам добавить хорошую электрическую удельную электропроводность, что естественным образом не связанно с пластмассой" – сообщил профессор Миколич. "Это открывает новые пути к получению пластиковой электроники". Специалисты заявляют, что самым восхитительным в этом открытии является точная настроенность способности оболочки проводить или сопротивляться потоку электрического тока. Это открывает широкий потенциал для полезных применений. "Фактически, мы можем поменять электрическое удельное сопротивление больше на 10 порядков величины, что говорит о наличии у нас десятимиллиардного выбора для регулирования состава во время производства пластиковой оболочки. В теории, мы можем сделать пластмассу, которая не проводит электричество совсем или, так же как металлы" – отметил доктор Стефенсон. Эти новые материалы могут легко быть произведены оборудованием, обычно используемым в промышленности микроэлектроники и значительно более терпимы к воздействию кислорода по сравнению со стандартными полупроводящими полимерами. В комплексе эти преимущества полимерной оболочки обработанной ионным лучом могут стать светлым будущим в современной разработке мягких материалов для применения их в пластиковой электронике – слияние технологий настоящего и будущего. Оригинал (на англ. языке): Physorg Перевод: М. Гончар  Компания Apple решила создать ноутбуки, которые бы работали на водородном топливе. По мнению специалистов компании, новая технология продлит срок работы ноутбуков без подзарядки до нескольких недель. Корпорация-гигант Apple уже получила несколько патентов на использование в ноутбуках топливных батарей, работа которых основана на водороде. Представители американского Бюро по патентам и товарным знакам сообщили, что инновационная топливная технология позволит пользователям не подзаряжать свои компьютеры
 Автомобили с двумя двигателями: электрическим и внутреннего сгорания все чаще начинают сходить с производственных конвейеров. Но возможно ли сделать такой же гибридный самолет? Этим и занялись исследователи из Кембриджского университета совместно компанией Boeing. Для создания гибридного самолета, инженеры использовали четырехтактный двигатель внутреннего сгорания от Honda и заказной электрический.
 Представьте себе материал, который прочнее чем сталь, но гибкий как пластмасса и способен принимать, по-видимому, бесконечный ряд форм. На протяжении целых десятилетий ученые пытались найти такую идеальную субстанцию, которая могла бы принимать различные сложные формы с той же легкостью что и пластмасса globalscience.ru Диэлектрики-часть 1ОПРЕДЕЛЕНИЕ, НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Диэлектрики — вещества, в которых могут длительно существовать электростатические поля. Эти материалы, в противоположность проводниковым, практически не проводят электрический ток под действием приложенного к ним постоянного напряжения. Назначение электрической изоляции сводится прежде всего к тому, чтобы препятствовать прохождению тока путями, нежелательными для работы электротехнического устройства. Кроме того, диэлектрики в электрических устройствах, в частности конденсаторах, играют активную роль, обеспечивая емкость требующейся величины. Дипольными диэлектриками являются те, молекулы которых построены в пространстве несимметрично; как правило, они имеют более высокую диэлектрическую проницаемость, чем нейтральные диэлектрики. Дипольные диэлектрики более гигроскопичны и легче смачиваются водой, чем нейтральные. Диэлектрики разделяются также на гетерополярные (ионные), молекулы которых относительно легко расщепляются на противоположно заряженные части (ионы), и гомеополярные, не расщепляющиеся на ионы. По химическому составу электроизоляционные материалы разделяются на органические, в состав которых входит углерод, и на неорганические, не содержащие углерода. Как правило, неорганические материалы имеют более высокую нагревостойкость, чем органические. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ По самому своему назначению диэлектрики под воздействием постоянного напряжения совершенно не должны пропускать тока, т. е. должны быть непроводниками. Однако все практически применяемые электроизоляционные материалы при приложении постоянного напряжения пропускают некоторый незначительный ток, так называемый ток утечки. Таким образом, удельное сопротивление электроизоляционных материалов не бесконечно, хотя и весьма велико. Сопротивление участка изоляции равно отношению приложенного к этому участку изоляции постоянного напряжения U (в вольтах) к току утечки I (в амперах) через этот участок: . Проводимость изоляции . Различают объемное сопротивление изоляции RV , численно определяющее препятствие, создаваемое изоляцией прохождению тока сквозь ее толщу, и поверхностное сопротивление RS определяющее препятствие прохождению тока по поверхности изоляции и характеризующее наличие повышенной проводимости поверхностного слоя диэлектрика за счет увлажнения, загрязнения и т. п. Полное сопротивление изоляции определяется как результирующее двух сопротивлений, включенных параллельно между электродами, объемного и поверхностного: . Для плоского участка изоляции с поперечным сечением S [см2] и толщиной h [см] объемное сопротивление (исключая влияние краев) равно: . Численно ρV равно сопротивлению (в Омах) куба с ребром в 1 см из данного материала, если ток проходит через две противоположные грани куба: . 1 Ом∙см = 104Ом∙мм2/м = 106 мкОм∙см = 10-2Ом∙м. Величина, обратная удельному объемному сопротивлению , называется удельной объемной проводимостью материала. Значения ρV практически применяемых твердых и жидких электроизоляционных материалов колеблются примерно от 108—1010Ом∙см для сравнительно низкокачественных, применяемых в малоответственных случаях материалов (древесина, мрамор, асбестоцемент и пр.) до 1016—1018Ом∙см для таких материалов, как янтарь, полистирол, полиэтилен и др. Для неионизированных газов ρV порядка 1019—1020Ом∙см. Отношение удельных сопротивлений высококачественного твердого диэлектрика и хорошего проводника (при нормальной температуре) выражается колоссальным числом — порядка 1022—1024. Удельное поверхностное сопротивление ρS характеризует свойство электроизоляционного материала создавать в изготовленной из него изоляции поверхностное сопротивление. Поверхностное сопротивление (пренебрегая влиянием краев) между электродами с параллельными друг другу прямыми кромками длиной b, находящимися друг от друга на расстоянии а, при исключении тока объемной утечки через толщу материала равно , где . Величина ρS численно равна сопротивлению квадрата (любого размера) на поверхности данного материала, сели ток подводится к электродам, ограничивающим две противоположные стороны этого квадрата. Физическая природа электропроводности диэлектриков Электропроводность диэлектриков объясняется наличием в них свободных (т. е. не связанных с определенными молекулами и могущих передвигаться под действием приложенного электрического поля) заряженных частиц: ионов, молионов (коллоидных частиц), иногда электронов. Наиболее характерна для большей части электроизоляционных материалов ионная электропроводность. Следует отметить, что в ряде случаев электролизу подвергается основное вещество диэлектрика; примером может служить стекло, в котором благодаря его прозрачности можно непосредственно наблюдать выделение продуктов электролиза. При пропускании постоянного тока через стекло, нагретое для понижения проводимости, у катода образуются характерные древовидные отложения («дендриты») входящих в состав стекла металлов, прежде всего натрия. Еще чаще наблюдаются такие случаи, когда молекулы основного вещества диэлектрика не обладают способностью легко ионизироваться, но ионная электропроводность имеет место за счет практически неизбежно присутствующих в диэлектрике загрязнений — примесей влаги, солей, кислот, щелочей и т. п. Даже весьма малые, иногда с трудом обнаруживаемые химическим анализом примеси способны заметно влиять на проводимость вещества; поэтому при изготовлении диэлектриков и вообще в технике электрической изоляции такое важное значение имеет чистота исходных продуктов и чистота рабочего места. У диэлектрика с ионным характером электропроводности строго соблюдается закон Фарадея, т. е. пропорциональность между количеством прошедшего через изоляцию электричества (при постоянном токе) и количеством выделившегося при электролизе вещества. При повышении температуры удельное сопротивление электроизоляционных материалов, как правило, сильно уменьшается. Очевидно, что условия работы электрической изоляции становятся при этом более тяжелыми. При низких температурах, наоборот, даже очень плохие диэлектрики приобретают высокие значения ρV. Присутствие даже малых количеств воды способно значительно уменьшить ρV диэлектрика. Это объясняется тем, что имеющиеся в воде примеси диссоциируют на ионы или же присутствие воды может способствовать диссоциации молекул самого вещества. Таким образом, условия работы электрической изоляции утяжеляются и при увлажнении. Весьма сильно влияет увлажнение на изменение ρV волокнистых и некоторых других материалов, в которых влага может образовывать сплошные пленки вдоль волокон — «мостики», пронизывающие весь диэлектрик от одного электрода до другого. Гигроскопичные материалы для защиты от действия влаги после сушки пропитывают или покрывают негигроскопичными лаками, компаундами и т. п. При сушке электрической изоляции влага из нее удаляется, и сопротивление ее растет. Поэтому при повышении температуры ρV увлажненного материала сначала может даже расти (если влияние удаления влаги перевешивает влияние повышения температуры), и только после удаления значительной части влаги начинается снижение ρV. Сопротивление изоляции может уменьшаться с повышением напряжения, что имеет существенное практическое значение: измеряя сопротивление изоляции (машины, кабеля, конденсатора и т. п.) при напряжении, которое ниже рабочего, мы можем получить завышенную величину сопротивления. Зависимость Rиз от величины напряжения объясняется рядом причин:
При достаточно больших напряженностях может происходить освобождение электронов силами электрического поля; создающаяся при этом добавочная электронная проводимость приводит к существенному увеличению общей электропроводности. Это явление предшествует развитию пробоя диэлектрика. При приложении к твердому диэлектрику постоянного напряжения в большинстве случаев ток постепенно спадает с течением времени, асимптотически приближаясь к некоторой установившейся величине. Таким образом, постепенно проводимость диэлектрика возрастает, а сопротивление уменьшается. Изменение проводимости со временем связано с влиянием образования объемных зарядов, с процессами электролиза в диэлектрике и другими причинами. Характер изменения удельного поверхностного сопротивления ρS диэлектриков от различных факторов (температуры, влажности, величины напряжения, времени воздействия напряжения) сходен с характером изменения ρV, рассмотренным выше. Величина ρS гигроскопичных диэлектриков весьма чувствительна к увлажнению. Поляризация диэлектриков Важнейшим свойством диэлектриков является способность их под действием приложенного извне электрического напряжения поляризоваться. Поляризация сводится к изменению пространственного положения заряженных материальных частиц диэлектрика, причем диэлектрик приобретает наведенный электрический момент, и в нем образуется электрический заряд. Если мы рассматриваем некоторый участок изоляции с электродами, к которым подается напряжение U [В], то заряд этого участка Q [Кл] определяется выражением Q=CU . Здесь С есть емкость данного участка изоляции, измеряемая в фарадах (ф). Емкость изоляции зависит как от материала (диэлектрика), так и от геометрических размеров и конфигурации изоляции. Способность данного диэлектрика образовывать электрическую емкость называется его диэлектрической проницаемостью и обозначается ε. Величина ε вакуума принимается за единицу. Пусть Со — емкость вакуумного конденсатора произвольной формы и размеров. Если, не меняя размеров, формы и взаимного расположения обкладок конденсатора, заполнить пространство между его обкладками материалом с диэлектрической проницаемостью ε, то емкость конденсатора увеличится и достигнет значения C= ε Со. Таким образом, диэлектрическая проницаемость какого-либо вещества есть число, показывающее, во сколько раз увеличится емкость вакуумного конденсатора, если, не меняя размеров и формы электродов конденсатора, заполнить пространство между электродами данным веществом. Емкость конденсатора данных геометрических размеров и формы прямо пропорциональна ε диэлектрика. Величина диэлектрической проницаемости входит во многие основные уравнения электростатики. Так, по закону Кулона усилие взаимного отталкивания двух точечных электрических зарядов величиной Q1 и Q2 (абсолютных единиц заряда), расположенных в среде с диэлектрической проницаемостью ε на расстоянии друг от друга h [см], составляет: . Диэлектрическая проницаемость является величиной безразмерной. Для газов она весьма близка к 1. Так, для воздуха при нормальных условиях ε=1,00058. Для большинства жидких и твердых электроизоляционных материалов ε – порядка нескольких единиц, реже десятков и весьма редко превышает 100. Некоторые вещества особого класса – сегнетоэлектрики - при определенных условиях обладают исключительно высокими значениями диэлектрической проницаемости. Физическая сущность поляризации Поляризация, как и проводимость, обусловлена передвижением в пространстве электрических зарядов. Различия этих двух явлений:
В то время как ток проводимости существует все время, пока к диэлектрику приложено извне постоянное напряжение, ток смещения (емкостный ток) возникает лишь при включении или выключении постоянного напряжения или вообще при изменении величины приложенного напряжения; длительно существует емкостный ток только в диэлектрике, находящемся под воздействием переменного напряжения. Наиболее типичные виды поляризации: электронная, ионная и дипольная. Электронная поляризация — смещение орбит электронов относительно атомного ядра. Электронная поляризация при наложении внешнего электрического поля протекает за чрезвычайно короткое время (порядка 10-15сек). Ионная поляризация (у ионных диэлектриков) — смещение друг относительно друга ионов, составляющих молекулу. Эта поляризация протекает в сроки более длительные, чем электронная, но так же в весьма короткие — порядка 10-13 сек. Электронная и ионная поляризация — разновидности деформационной поляризации, представляющей собой сдвиг друг относительно друга зарядов в направлении внешнего электрического поля. Дипольная (ориентационная) поляризация сводится к повороту (ориентации) дипольных молекул вещества. Эта поляризация численно велика по сравнению с деформационной и полностью протекает за промежутки времени, различные для молекул разных веществ, но значительно более длительные, чем продолжительность деформационной поляризации. Очевидно, что у нейтральных диэлектриков может иметь место лишь деформационная поляризация. Эти диэлектрики имеют сравнительно малую диэлектрическую проницаемость (например, для жидких и твердых углеводородов ε порядка 1,9—2,8). Таблица 1.1 Величина диэлектрической проницаемости некоторых веществ
Дипольные диэлектрики, у которых, помимо деформационной поляризации, наблюдается и ориентационная поляризация, имеют более высокие значения диэлектрической проницаемости по сравнению с нейтральными диэлектриками, причем у дипольных диэлектриков ,например, для воды, ε = 82. Диэлектрическая проницаемость дипольного вещества, вообще говоря, тем больше, чем меньше размеры молекулы (или молекулярный вес). Так, весьма большое ε воды связано с очень малым размером ее молекулы.
Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты. Так как время установления деформационной поляризации весьма мало по сравнению с временем изменения знака напряжения даже при наиболее высоких частотах, применяемых в современной радиоэлектронике, поляризация нейтральных диэлектриков успевает установиться полностью за время, которым по сравнению с полупериодом переменного напряжения можно пренебречь. Поэтому практически существенной зависимости ε от частоты у нейтральных диэлектриков нет. У дипольных диэлектриков при повышении частоты переменного напряжения величина ε сначала также остается неизменной, но начиная с некоторой критической частоты, когда поляризация не успевает полностью установиться за один полупериод, ε начинает снижаться, приближаясь при весьма высоких частотах к значениям, характерным для нейтральных диэлектриков; при повышении температуры критическая частота увеличивается. В резко неоднородных диэлектриках, в частности в диэлектриках с вкраплениями воды, наблюдается явление так называемой междуслойной поляризации. Междуслойная поляризация сводится к накоплению электрических зарядов на границах раздела диэлектриков (в случае увлажненного диэлектрика — на поверхности вкрапленной воды). Процессы установления междуслойной поляризации весьма медленны и могут протекать на протяжении минут и даже часов. Поэтому увеличение емкости изоляции вследствие увлажнения последней тем больше, чем меньше частота переменного напряжения, приложенного к изоляции. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. У нейтральных диэлектриков ε слабо зависит от температуры, уменьшаясь при повышении последней вследствие теплового расширения вещества, т. е. уменьшения количества поляризующихся молекул в единице объема вещества. У дипольных диэлектриков в области низких температур, когда вещество обладает большой вязкостью, ориентация дипольных молекул вдоль поля в большинстве случаев невозможна или во всяком случае затруднена. При повышении температуры и уменьшении вязкости возможность ориентации диполей облегчается, вследствие чего ε существенно возрастает. При высокой температуре вследствие усиления тепловых хаотических тепловых колебаний молекул степень упорядоченности ориентации молекул снижается, что вновь приводит к снижению ε. У кристаллов с ионной поляризацией, стекол, фарфора и других видов керамики с большим содержанием стекловидной фазы, диэлектрическая проницаемость возрастает при повышении температуры. studfiles.net |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
