Диэлектрические материалы. Основные свойства.

Диэлектрик – это вещество, не пропускающее электрический ток из-за отсутствия свободных носителей зарядов.

Под воздействием электрического поля в молекуле диэлектрика происходит смещение положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака в противоположные стороны в пределах молекулы, которые образуют систему - диполь. Так как диполь – это молекула, у которой смещены электронное облако и ядро, то в процессе образования диполей свободных носителей зарядов не образуется, но в небольшом количестве (по сравнению с проводниками и полупроводниками), находятся в структуре диэлектрика, вызывая появление остаточных токов и токов поляризации, и т.д.

Электрические свойства диэлектриков:

1. Поляризация – ограниченное смещение связанных зарядов или дипольных молекул под действием внешнего электрического поля.

Разделяют мгновенную (электронную, ионную), релаксационную,спонтанную, остаточную поляризацию.

2. Электропроводность диэлектриков.

Любой электротехнический материал (проводник, полупроводник, диэлектрик) проводит электрический ток. В диэлектриках протекают очень малые токи, даже если приложено достаточно большое напряжение (500 В и выше).

Поляризационные процессы смещения связанных зарядов до момента установления равновесия протекают во времени, создавая поляризационные токи (смещения). Токи смещения при электронной и ионной поляризации кратковременны (примерно равны нулю). Токи смещения при различных видах замедленной поляризации (наблюдаются у большинства технических диэлектриков) называются токами абсорбции. При постоянном напряжении токи абсорбции, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения. При переменном напряжении они существуют все время нахождения материала в электрическом поле.

 Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводят к возникновению слабых сквозных токов и токов утечки. I=I_утеч+I_абсорб

2.1 Электропроводность газов

При малых значениях напряженности электрического поля, мало проводят ток. Ионизация газа возникает под воздействием внешних факторов или соударение зарядов с молекулами газа. Электропроводность газа под воздействием внешних факторов называется несамостоятельной; под воздействием ударной ионизации - самостоятельной.

В слабых электрических полях электропроводность отсутствует, и имеет место рекомбинация (объединение свободного электрона и иона в нейтральную молекулу или атом).

2.2 Электропроводность жидкостей

Полярные жидкости имеют повышенную проводимость. Очистка жидких диэлектриков от примесей увеличивает их сопротивление. При длительном пропускании электрического тока сопротивление начинает расти за счет переноса свободных ионов к электродам – процесс очистки жидкости.

Удельное сопротивление жидкости зависит от её температуры, так как увеличение температуры приводит к увеличению подвижности ионов за счет уменьшения вязкости, следовательно увеличивается степень диссоциации.

Электропроводность жидкости может быть: ионная, электронная, молионная (коллоидные системы – эмульсии, суспензии).

Электрофорез отличается от электролиза тем, что при нем не образуется новых веществ, а лишь меняется концентрация вещества в различных слоях жидкости (в маслах – содержит эмульгированную воду; в органических жидкостях, содержащих смолы).

2.3 Электропроводность твердых тел

Перемещение ионов диэлектрика, примесей, свободных электронов.

Электронная электропроводность проявляется при сильных электрических полях. Ионная электропроводность сопровождается переносом вещества, которое выделяется на электродах.

Электропроводность твердого вещества зависит от структуры кристаллической решетки и от температуры.

Электропроводность у аморфных тел зависит от степени полимеризации (фенолформальдегидная смола), от степени вулканизации (эбонит).

3. Диэлектрические потери – это электрическая мощность, затрачиваемая на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле.

Потери происходят вследствие: сквозной проводимости (утечки электроэнергии), ионизации, явления «последействия» в диэлектрике – остаточное электрическое поле.

Потери наблюдаются как при постоянном так и при переменном напряжении.

4. Пробой диэлектриков – это разрушение электрической прочности диэлектрика под воздействием критического напряжения электрического поля.

Напряженность поля, соответствующая пробивному напряжению, называется электрической прочностью диэлектрика.

Пробой диэлектрика зависит от однородности электрического поля, длительности действия напряжения, рода тока, частоты, температуры, влажности, давлении и т.д.

Процесс пробоя в большей степени зависит от агрегатного состояния диэлектрика.