Общие сведения о диэлектриках

Диэлектрические материалы характеризуются рядом показателей свойств, большинство из которых имеет условный характер. Эти пока­затели делятся на определенные группы. Различают, например, показа­тели физических, механических, электрических, тепловых свойств и т. п.

Особо важны показатели электрических свойств диэлектриков. Это удельная электрическая проводимость σ (или удельное электрическое сопротивление ρ), относительная диэлектрическая проницаемость e, коэффициент диэлектрических потерь tgδ и электрическая прочность Е.

Степень важности отдельных свойств зависит от применения данного материала. Для электроизоляционных материалов важнейшими являются их удельная электрическая проводимость и электрическая прочность, а для диэлектриков в конденсаторах – относительная диэлектрическая проницаемость e и угол диэлектрических потерь tg d. Между упомянутыми показателями свойств существуют важные физические взаимосвязи. Они взаимно дополняют друг друга, поэтому необходимо знать все эти показатели. Необходимо подчеркнуть, что все они зависят от многих факторов и потому их нельзя считать константами мате­риала.

В зависимости от вида применения материала к этим четырём важнейшим показателям свойств могут быть добавлены и другие. Многие электроизоляционные материалы кроме своей электроизоля­ционной функции выполняют и механические функции. Такие электро­изоляционные материалы должны одновременно иметь и очень хоро­шие механические свойства. В ряде случаев применения через электро­изоляционные материалы в окружающую среду переходит теплота, образующаяся при протекании тока через проводники, которые эти материалы изолируют. В этом случае в число важнейших свойств попадают и тепловые свойства. Во многих случаях решающими явля­ются и другие показатели свойств электроизоляционных материалов.

Применение диэлектриков в конденсаторах позволяет получать требуемые значения ёмкости, а в некоторых случаях обеспечивает оп­ределенный характер зависимости этой ёмкости от внешних факторов. Диэлектрик конденсатора может запасать, а потом отдавать в цепь электрическую энергию (ёмкостный накопитель). Иногда конденсатор используют для разделения цепей постоянного и переменного токов, для изменения угла фазового сдвига и т.д.

Некоторые диэлектрики применяют как для создания электричес­кой изоляции, так и в качестве конденсаторных материалов, напри­мер, слюда, керамика, стекло, полистирольные и другие плёнки. Тем не менее, требования к электроизоляционным и конденсаторным материалам существенно различаются. Если от электроизоляционно­го материала требуется невысокая относительная диэлектрическая проницаемость и большое удельное сопротивление, то диэлектрик конденсатора, наоборот, должен иметь повышенную e и малое значение tgδ. Роль диэлектрика в конденсаторе также нельзя считать активной, но конденсатор уже является функциональным элементом в электри­ческой схеме [1-2,4-5].

Конденсаторы с управляемыми (активными) диэлектриками могут быть использованы для усиления сигналов по мощности, создания различных преобразователей, элементов памяти, датчиков ряда физи­ческих процессов и генерации колебаний. В классификационной схеме (рисунок 4.2) управляемые диэлектрики, в свою очередь, подразделены по принципу управления.

В дальнейшем классификация материалов осуществлена на осно­ве особенностей строения их в тех состояниях, в которых их применяют на практике, а, следовательно, на основе особенностей их свойств. К та­ким особенностям относятся: инертная высокополимерная структура пластичных в технологии материалов – пластмасс, высокоэластичное состояние других полимерных материалов – эластомеров (каучуков), волокнистое строение, монокристалличность, поликристалличность, стеклообразное состояние или многофазность. Из-за разнообразия применяемых на практике диэлектриков, различия их свойств и неко­торых исторически сложившихся традиций подразделения материалов такую классификацию не всегда удаётся строго выдерживать [1,3,7].

Рисунок 4.2 – Классификация диэлектриков