Материал диэлектрический: Материалы с ультранизкой диэлектрической проницаемостью для межсоединений в СБИС

Диэлектрические материалы

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОВРИК — средство защиты, применяемое при обслуживании электрооборудования в помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током (напр., сырые и пыльные помещения). Д. к. расстилают на полу перед оборудованием в местах, где возможно соприкосновение с токоведущими частями, находящимися под напряжением до 1000 В, в т. ч. перед щитами и сборками, у колец и щеточных аппаратов генераторов и электродвигателей, на испытательных стендах и т. п. Применяют также в местах, где производятся включение и отключение (рубильников, разъединителей, выключателей), управление реостатами и др. операции с коммутационными и пусковыми аппаратами как до 1000 В, так и выше.

Диэлектрические перчатки- являются основным средством индивидуальной защиты от поражения переменным и постоянным током напряжением до 1 кВ. Перчатки являются также дополнительным средством защиты при осуществлении работ с напряжениями свыше 1 кВ. Применение диэлектрических перчаток при напряжениях до 1 кВ гарантирует полную защиту человека при соприкосновении с токопроводящими элементами. В качестве дополнительного средства защиты применение диэлектрических перчаток разрешено только с другими средствами защиты, являющимися основными для конкретного вида работ и напряжений.

 Ножницы диэлектрические НД-1 являются ручным изолирующим инструментом, предназначенным для резки кабеля и проводов в электроустановках напряжением до 1000В переменного и 1500В постоянного тока
Диаметр перерезаемых проводов, мм, не менее 10

Диаметр перерезаемой проволоки из стали 3, мм, не менее 5
Твердость ножей, HRC, не менее 56
Масса, кг, не более 1,2
Габаритные размеры, мм, не более 550х300х55
Температурный диапазон эксплуатации минус 20 … плюс 70C
Ножницы допускается применять для резки электропроводов, проводящая часть которых изготовлена из цветных металлов (медь, алюминий) и имеющих эмалевую, бумажную или полимерную изоляцию, в том числе многослойную
Ножницы не предназначены для резки бронированных, самонесущих и других проводов и кабелей, имеющих в своем составе стальные части
Для изготовления ножниц применяется легированная сталь и прочный стеклопластик с высокими электроизоляционными свойствами
Рукоятки ножниц имеют многослойную изоляцию
Все металлические части ножниц оцинкованы

Особенности
Ножницы имеют сертификат соответствия ГОСТ 11516-94 на серийное производство
Сертификат Пожарной безопасности не требуется, так как отсутствуют НПБ на данное изделие

Диэлектрические боты – это одно из средств защиты от поражения электрическим током. Боты, изготовленные из диэлектрических материалов, используются для защиты ног электромонтера от так называемого шагового напряжения. Шаговое напряжение – это напряжение между двумя точками, расстояние между которыми составляет 1 м. Боты всегда используются лишь в качестве вспомогательного защитного средства.

Работать в диэлектрических ботах можно как в закрытых, так и в открытых электрических установках. Однако обувь должна быть изготовлена по соответствующему ГОСТу. Кроме того, в открытых электрических установках проводить работы в диэлектрической обуви можно лишь в сухую погоду.

Адрес офиса и магазина: Россия, г. Москва, ул. Дмитрия Ульянова, д. 44
Адрес станции перезарядки: г. Москва, ул. Дмитрия Ульянова, д. 44
Телефоны: 8 (495) 718-95-52, 8 (495) 719-05-30
E-Mail: [email protected]

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Поляризация диэлектриков — Энциклопедия по машиностроению XXL

Диэлектриками называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле. В диэлектриках электрические заряды прочно связаны с атомами, молекулами или ионами и в электрическом поле лишь несколько смещаются относительно положения равновесия. Происходит разделение центров положительного и отрицательного зарядов, т.е. поляризация. Для диэлектриков характерно высокое сопротивление прохождению постоянного электрического тока. Мерой поляризуемости диэлектрика является относительная диэлектрическая проницаемость, равная отношению емкости конденсатора с диэлектриком к емкости такого же конденсатора с вакуумом. Важнейшей характеристикой диэлектрических материалов является электрическая прочность. При превышении в объеме диэлектрика некоторой критической величины напряженности электрического поля происходит пробой. (Под напряженностью электрического поля понимают отношение приложенного к диэлектрику напряжения к расстоянию между подводящими напряжение электродами). Значение напряжения в момент пробоя называют пробивным напряжением, а достигнутую к этому моменту напряженность — электрической прочностью.  [c.127]


Диэлектрической проницаемостью е (или диэлектрической постоянной) изоляционного материала называется число, показывающее, во сколько раз увеличится емкость вакуумного конденсатора, если, не изменяя формы и размеров конденсатора, заполнить пространство между электродами испытуемым веществом е = Сх/Св (где С, — емкость испытуемого образца, Св — емкость вакуумного конденсатора). Диэлектрик тем лучше, чем меньше емкость конденсатора с данным материалом, чем меньше его диэлектрическая проницаемость. Значения диэлектрической проницаемости определяют, измеряя емкость с измерительного конденсатора, между обкладками которого помещается испытуемый образец. Диэлектрическая проницаемость представляет собой комплексную величину, слагаемыми которой являются компонента е, обусловленная деформационной и ориентационной поляризацией диэлектрика, и мнимая характеристика г», связанная с кинетикой процесса установления ориентационной дипольной поляризации 8 = е — /8″.  [c.122]

Как уже отмечалось, диэлектрические материалы обладают высокими удельными сопротивлениями р и в них возможно наличие электростатических полей. Весьма важно для диэлектриков явление поляризации, с рассмотрения которого (см. гл. 15) и начинается третья часть книги. Большое значение для радиоэлектроники имеют также электропроводность диэлектриков (гл. 16) и диэлектрические потери (см. гл. 17). При воздействии на диэлектрик высокого напряжения может произойти пробой. Вопросы пробоя (см. гл. 18) очень важны для изучения надежности как диэлектриков, так и всей радиоэлектронной аппаратуры в целом. Помимо электрических свойств диэлектрических материалов в ряде случаев определяющее значение имеют и общие физико-химические свойства (см. гл. 19) — механическая прочность, нагревостойкость, влагостойкость, химостойкость и т. п. Важнейшие современные электроизоляционные материалы рассмотрены в гл. 20 активные диэлектрики — в четвертой части книги.  [c.108]

Мы рассмотрим теперь различные виды дипольных моментов, возникающих в диэлектрике под влиянием приложенного извне поля. Их существо и определяет вид поляризации, что позволяет разбить диэлектрические материалы на несколько классов с характерным поведением оптических параметров внутри каждого из них.  [c.197]

Ионно-релаксационная поляризация. Используемые в технике твердые диэлектрики могут иметь неплотную упаковку объема частицами. В таких материалах образуются ионы, которые в ходе тепловых колебаний перебрасываются из положений временного закрепления на расстояния, соизмеримые с расстояниями между частицами (10 м), и закрепляются в новых положениях. В электрическом поле перебросы становятся направленными. В результате в диэлектрике возникает различие в расположении центров положительного и отрицательного зарядов, т. е. появляется электрический момент. Такой процесс называют ионно-релаксационной поляризацией. С ростом температуры число ионов, перебрасываемых в новые положения, увеличивается, поэтому растут поляризованность и диэлектрическая проницаемость. На рис. 5.16 приведена зависимость е, от температуры для натриево-силикатного стекла, в структуре которого имеют место слабосвязанные ионы.  [c.156]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости в керамических материалах с ионной структурой в большинстве случаев имеет положительное значение. Это связано с тем, что с повышением температуры понижается плотность вещества и возрастает поляризуемость ионов. Однако имеется группа материалов, обладающих отрицательным пли переменным ТК е. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты тока и с ее увеличением заметно снижается. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках находятся Б зависимости от структуры и фазового состава материала. В большинстве керамических материалов диэлектрические потери определяются поляризацией и сквозной электропроводностью. Если керамический диэлектрик образован кристаллической фазой с плотной и устойчивой упаковкой ионов (корунд), то диэлектрические потери в нем при отсутствии примесей, искажающих решетку, будут незначительны. Напротив, если в керамическом диэлектрике большое содержание стекловидной фазы, являющейся типичным веществом ионной структуры, то диэлектрические потери в таком материале вследствие большой поляризуемости щелочных ионов и большой электропроводности будут велики. Керамические диэлектрики, кристаллическую фазу которых составляют вещества, обладающие структурой с неплотной упаковкой ионов (муллит, циркон, кордиерит), характеризуются повышенными диэлектрическими потерями, вызываемыми так называемой релаксационной поляризацией. Диэлектрические потери для подавляющего большинства керамических диэлектриков с повышением температуры возрастают. Величина диэлектрических потерь связана также с частотой.  [c.290]

Отличительной особенностью пьезокерамических материалов является очень большое значение диэлектрической проницаемости, обусловленное особенностями поляризации нелинейная зависимость заряда на поверхности материала от величины приложенного напряжения (у обычных керамических диэлектриков такой зависимости не наблюдается) зависимость поляризации от температуры и проявление пьезоэлектрических свойств только до определенного значения температуры. Температуру, при которой пьезоэлектрические свойства исчезают, называют точкой Кюри.  [c.300]

Ориентация диполей в электрическом поле происходит во времени, поэтому поляризация отстает от напряженности электрического поля. Это оказывает влияние на угол сдвига фаз между напряжением и током и соответственно на угол (б) в векторной диаграмме или его тангенс (численно равный отношению активной и реактивной составляющей тока). Так как активная составляющая характеризует тепловые потери, то тангенс угла диэлектрических потерь 1дб принят в качестве показателя диэлектрика. Чем tgб больше, тем при прочих равных условиях больше диэлектрические потери. Для работы при высоких частотах должны применяться материалы с малыми диэлектрическими потерями.  [c.10]

В технических изолирующих материалах, помимо потерь от сквозной электропроводности и потерь от замедленной поляризации самого диэлектрика, возникают дополнительные диэлектрические потери, которые сильно влияют на электрические свойства диэлектриков. Эти потери вызываются наличием посторонних полупроводящих примесей (влаги, окислов железа, углерода и др. ) и значительны даже при малом содержании таких примесей в электроизоляционном материале.  [c.74]

На незаряженные частицы однородное электрическое поле никакого действия не оказывает. В резко неоднородном поле частицы, имеющие разную диэлектрическую проницаемость, получают заряды различной величины и знака. Известно, что одноименно наэлектризованные тела взаимно отталкиваются, а разноименно наэлектризованные тела взаимно притягиваются. Проводящие материалы характеризуются возможностью свободного перемещения электронов по объему тела. В диэлектриках очень мало свободных электронов. Поэтому при поляризации на поверхности диэлектрика образуются заряды разных знаков. На стороне, обращенной к положительному электроду, возникает отрицательный заряд, а на стороне, обращенной к отрицательному электроду, — положительный.  [c.409]

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Реальный (технический) диэлектрик тем более приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем слабее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением тепла.  [c.3]

Чистота имеет огромное влияние на качество технических диэлектриков — электроизоляционных материалов, особенно в тех случаях, когда основной состав сам отличается особенно малой проводимостью. Среди синтетических диэлектриков, как правило, наименьшей проводимостью и наименьшими диэлектрическими потерями обладают те материалы, технологический процесс получения которых обеспечивает высокую степень их чистоты (исключение представляют полярные диэлектрики, которые при предельно возможной чистоте имеют сравнительно высокие потери за счет дипольной поляризации).  [c.64]

В некоторых диэлектриках происходит самопроизвольная ориентация диполей спонтанная поляризация), наблюдаемая внутри отдельных областей (доменов) в отсутствие электрического поля. Спонтанная поляризация имеет место у материалов, называемых сегнетоэлектриками. В отсутствие электрического поля электрические моменты доменов направлены беспорядочно и компенсируют друг друга. При наложении внешнего поля моменты ориентируются по полю, приводя к аномально большим значениям диэлектрической проницаемости.  [c.255]

Природа диэлектрических потерь в электроизоляционных материалах различна в зависимости от агрегатного состояния вещества. Диэлектрические потерн могут обусловливаться сквозным током или, как указывалось при рассмотрении явления поляризации, активными составляющими токов смещения. При изучении диэлектрических потерь, непосредственно связанных с поляризацией диэлектрика, можно характеризовать это явление поляризации кривыми, представляющими зависимость электрического заряда на электродах конденсатора с даниы.м диэлектриком от приложенного к конденсатору напряжения (рис. 3-1). При отсутствии потерь, вызываемых явлением поляризации, заряд линейно зависит от напряжения (рис, 3-1, а) и такой диэлектрик называется линейным. Если в линейном диэлектрике наблюдается замедленная поляризация, связанная с потерями энергии, то кривая зависимости заряда от напрял[c.44]

Все существующие феноменологические модели связи электрического сигнала на электродах короткозамкнутого конденсатора с диэлектрическим слоем при прохождении волны нагрузки с параметрами нагрузки предполагают поляризацию диэлектрика на фронте волны с изменением диэлектрической проницаемости и проводимости (или без изменения последней) I связанную с поляризацией неравновеспость состояния вещества за фронтом волны. За фронтом идет процесс распада поляризации по одному или нескольким механизмам с соответствующими временами релаксации [109, 157, 311, 374]. Для большинства исследованных материалов в диапазоне давления до ЫО кгс/см2 величина ударной поляризации в 10 —10 раз лченьше предельной величины поляризации, соответствующей развороту всех диполей полярного диэлектрика в одном направлении. В связи с этим следует ожидать, что при наложении сильного электрического поля поляризация диэлектрика значительно более высокая, чем при прохождении ударной волны. Вместе с тем вклад ударной поляризации в поляризованном электрическим полем диэлектрике резко уменьшается. Эти соображения позволяют принять, что процессы ударной поляризации в диэлектрике при сильном внешнем электрическом поле можно не учитывать при анализе работы диэлектрического датчика давления.  [c.173]

Миграционная (плп междуслойная) поляризация — особый вид поляризации, наблюдающийся в неоднородных диэлектриках в диэлектриках с включениями воды, проводящих частиц и т. д. на поверхности раздела различных диэлектрических материалов и на границе диэлектрика и электрода и т, п. Миграционная поляризация сводится к переносу зарядов и накоплению их на поверхностях раздела материалов, имеющих различные параметры (в и у). Миграционная поляризация, как и дипольная, принадлежит к числу медленных (релаксационных) видов поляризации поэтому, в частности, увеличение емкостп изоляции вследствие увлажнения последней тем больше, чем меньше частота переменного напряжения, приложенного к изоляции.  [c.32]

В неполярных жидкостях, так же как и в газах, диэлектрнчб ские потери малы н определяют ся только электропроводностью если в жидкости нет полярных примесей. В полярных жидких диэлектриках наряду с потеря ми от электропроводности ос новпое место занимают диэлектрические потери, связанные с ди польно-релаксационнон поляризацией, которые в десятки и сотни раз превосходят потери в неполярных материалах.  [c.24]

Кроме того, в твердых диэлектриках наблюдаются электроннорелаксационная, резонансная, структурная и самопроизвольная (спонтанная) поляризации, которые в полимерных материалах, как правило, не проявляются. Таким образом, пз всех рассмотренных видов поляризации стеклопластики на основе полиэфирных, эпоксидных, фенольно-формальдегидных и других смол следует отнести к материалам, которые обладают почти всеми видами поляризации одновременно, так как смолы обладают электронной и диполы-ю-релаксациоиной поляризациями одновременно, а стеклонаполнитель — ионно-релаксационной поляризацией. Основной предпосылкой для определения плотности полимерных материалов служит формула Клаузиуса—Моссоти, связывающая электрические свойства молекул, диэлектрическую проницаемость, поляризуемость и дипольный момент с плотностью и молекулярной массой  [c.98]

Таким образом, в твердых диэлектриках могут быть потери, обусловленные поляризацией, сквозной электропроводностью, неоднородностью структуры и ионизацией. Потери за счет электронной поляризации весьма незначительны. К материалам с такими потерями относят полиэтилен, фторопласт, полистирол, отвержденную полиэфирную смолу. И наоборот, материалы с ди-польно-релаксапионной и ионно-релаксационной поляризацией обладают большими потерями. К таким материалам относят полиуретаны, эбонит, оргстекло, фенолформальдегидные и совмещенные эпоксидные смолы, неорганические стекла. Но чаще всего в твердых неоднородных диэлектриках, какими являются стеклопластики, могут быть все виды потерь одновременно. Величину диэлектрических потерь можно характеризовать удельными по-  [c. 100]

В литературе имеются данные о применении для регистрации давления в ударных волнах эффектов, связанных с поляризацией под нагрузкой кварца, рубина и некоторых других материалов. Сигнал, снимаемый с малого сопротивления, которое соединяет электроды, прилегающие с двух сторон к пластине из пьезоэлектрического или диэлектрического материала при прохождении по его толщине ударной волны, соответствует форме последней при ее интенсивности, не вызывающей пластических деформаций [365, 366]. Использование таких датчиков ограничивается их высокой стоимостью. Попытки использовать для измерения давления процесс деполяризации сегнетокерами-ки при прохождении волны нагрузки не дали положительного результата [189, 371]. Исследования с ударным нагружением диэлектрического слоя обнаружили появление сигнала на электродах, прилегающих к поверхности диэлектрика (при соединении электродов малым сопротивлением), обусловленного ударной поляризацией [190, 311, 374], однако сложный характер явлений, связанных с ударной поляризацией и ее распадом, не позволяет просто связать величину сигнала с параметрами нагрузки.  [c.169]

Поляризация представляет собой процесс смещения структурных элементов (электроноб, атомов, ионов и др.) кристаллической решетки со своего нормального положения под влиянием электрического поля. В результате взаимодействия с внешним электрическим полем происходит нарушение и перераспределение электростати- чe киx сил, действующих внутри кристалла, при сохранении его общей нейтральности. Механизм поляризации может быть различен в зависимости от того, какие структурные элементы участвуют в процессе поляризации, В керамических материалах имеются следующие основные виды поляризации электронная, ионная, электронно- и ионно-релаксационная, спонтанная (самопроизвольная). Степень поляризации керамического диэлектрика и его поляризуемость в целом складываются-как сумма поляризаций каждого вида. Диэлектрическая проницаемость керамики отражает ее поляризуемость.  [c.16]

Коэффициент затухания а характеризует уменьшение электромагнитной энергии при распространении её по кабелю. Уменьшение или затухание энергии объясняется потерями её в линии передачи. Различаются два вида потерь потери в металле и потери в изоляции. При прохождении тока по кабелю происходит нагревание внутреннего и внешнего проводников и возникают потери энергии (джоулевы потери). Потери в изоляции обусловлены несовершенством применяемых электроизоляционных материалов и затратами энергии на диэлектрическую поляризацию. Как потери в Meraj ie, так и потери в диэлектрике с ростом частоты увели-  [c.324]

Диэлектрическая проницаемость 8 связана с поляризуемостью элементов кристаллической решетки отдельных фаз, составляющих керамический диэлектрик, а именно электронных оболочек атомов или ионов. В керамических диэлектриках, имеющих в большинстве случаев ионную структуру, наблюдаются электронная и ионная поляризации. Однако в некоторых случаях (магнезиальная, титансодержащая керамика) наблюдаются и другие виды поляризации (спонтанная), чем и объясняется большое различие в значении диэлектрической проницаемости е у различных по своей химической природе и строению керамических материалов. Величина е у кераг мических материалов колеблется в широких пределах — от нескольких единиц до десяти тысяч.  [c.289]

Ряд керамических материалов и стекол также может использоваться как электреты (см. табл. 26.1). Электризацию их осуществляют путем помещения на несколько часов в сильное электрическое поле ( 2 МВ/м) при температуре 150—200″ С. Ток абсорбции и миграционная поляризация создают суммарный гомозаряд. Максимальная плотность заряда получена в керамике титаната кальция. Однако ввиду высокой диэлектрической проницаемости (150) напряженность внешнего поля электретов из aTiOg не выще, чем из полимерных диэлектриков (см. формулу 26.1), а ввиду больших d (ikI мм) их г/d таксе же, как у полимерных пленок.  [c.272]

Кроме электронно поляризации, не связанной с появлением активного тока, в некоторых твердых диэлектриках может быть и другой вид поляризации — ионная, также не вызывающая появления активного тока. Наиболее характерна ионная поляризация ионных кристаллов. Сущность ее заключается в смещении ионов электрическим полем положительных — в сторону отрицательного электрода, отрицательных — в сторону положительного. Эго смещение происходит на незначительные расстояния от полол ения равновесия при отсутствии электрического поля и носит упругий характер, чем и объясняется тот факт, что ионная поляризация создает чисто реактивный ток, добавочный к току электронной поляризации. Следовательно, ионная поляризация, накладывающаяся на электронную, приводит к увеличению емкостного тока в диэлектрике, а значит — к увеличению емкости, к увеличению диэлектрической проницаемости. В ионных кристаллах с рыхлой структурой, с так называемой неплотной упаковкой частиц, когда расстояния между ионами в узлах кристаллической решетки велики по сравнению с радиусами самих ионов, смещение последних мо1кет быть довольно велико. При этом возникают значительные суммарные электрические моменты в единице объема, наблюдается значительное возрастание емкости. Следовательно, такой диэлектрик будет иметь диэлектрическую проницаемость, намного превосходящую ее значение, обусловленное одной электронной поляризацией. Проф. Г. И. Сканави, изучая явление ионной поляризации, обнаружил у минерала перовскита диэлектрическую проницаемость, равную 160. Позднее им же были получены керамические материалы, у которых вследствие интенсивной поляризации ионного смешения диэлектрическая проницаемость имеет еще большие значения. Такие материалы представляют большой интерес для практики, так как дают возможность получать конденсаторы с большой удельной емкостью, т. е, с большой емкостью в единице объема.  [c.27]

При переменном напряжении вследствие непрерывно происходящего изменения направления электрического поля токи спонтанной поляризации существуют в течение всего времени приложения напряжения. Спонтанная поляризация наблюдается при разных частотах вплоть до сверхвысоких радиочастот. Токи спонтанной поляризации имеют не только большую реактивную составляющую, но и большую активную составляющую, благодаря чему сегнетоэлектрики имеют сравнительно большой tg 6. Особенностью сегнетоэлектриков является своеобразная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. На рис. 2-15 показана зависимость от температуры диэлектрической проницаемости одного из промышленных материалов сегнетоэлектриков титаната бария (Ва-Т10з), впервые изученного в качестве диэлектрика Б. М. Ву-  [c.47]

Домённая поляризация. Доменная поляризация присуща особому классу твердых диэлектриков — сегнетоэлектрикам, получившим свое название от сегнетовой соли, на которой впервые были обнаружены те особенные свойства, которые характеризуют этот класс материалов. Сегнето-электрическими свойствами обладают некоторые неорганические кристаллы. Эти кристаллы состоят из областей — доменов, представляющих собой как бы большие диполи с определенными электрическими моментами. Таким образом, сегнетоэлектрики отличаются от полярных диэлектриков тем, что последние имеют полярные молекулы, а первые — спонтанно поляризованные области, существующие в материале и до наложения внешнего поля. Под влиянием приложенной разности потенциалов происходит однообразная ориентация электрических моментов всех доменов в поле она приводит к созданию очень большого суммарного электрического момента, к большому поляризационному заряду, к большому емкостному току. Следовательно, такие материалы обладают очень большой диэлектрической проницаемостью. Ориентация доменных электрических моментов под влиянием электрического поля (доменная поляризация) связана с известным искажением кристаллической решетки. Как при других видах, поляризации, так и при доменной при постоянном напряжении после установления поляризации вызванный ею ток становится равным нулю. При переменном напряжении вследствие непрерывно происходящего изменения направления электрического поля токи доменной поляризации существуют в течение всего времени приложения напряжения. Доменная поляризация наблюдается при разных частотах вплоть до сверхвысоких радиочастот. Токи доменной поляризации имеют не только большую реактивную составляющую, но и большую активную составляющую, благодаря чему сегнетоэлектрики имеют сравнительно большой tg б. Особенностью сегнетоэлектриков является своеобразная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры. На рис. 2-6 показана зависимость от температуры относительной диэлектрической проницаемости одного из промышленных материалов сегнетоэлектриков — титаната бария (BaTiOз), впервые изученного в качестве диэлектрика Б. М. Вулом и И. М. Гольдман. Эта кривая снята при напряженности электрического поля 3 кВ/м. При температуре, близкой к абсолютному нулю,  [c.39]

Таким образом, каждая пара ионов образует упругий диполь. Наряду с процессом поляризации ионного смещения в ионных кристаллах протекает электронная поляризация. Общая интенсивность процессов поляризации у ионных кристаллических диэлектриков (радиокерамические материалы, слюда) довольно большая, поэтому значения диэлектрической проницаемости у них относительно большие (е = 7 Ч- 12 и выше). Оба процесса поляризации мгновенные, поэтому диэлектрическая проницаемость ионных кристаллических диэлектриков не зависит от частоты приложенного напряжения. Ионные диэлектрики широко применяют в радиотехнике.  [c.25]

В инженерной практике термины диэлектрический материал и электроизоляционный материал часто применяются как равнозначащие. По ГОСТ 17СЗЗ-71 Материалы электротехнические. Термины и определения диэлектрик определяется как Вещество, основным электрическим свойством которого является способность к поляризации и в котором возможно существование электростатического поля , диэлектрический материал — как злектротехнический материал, обладающий свойствами диэлектрика , а электроизоляционный материал — как диэлектрический материал, применяемый для устранения утечки электрических зарядов в электротехнических устройствах . Таким образом, строго говоря, понятие диэлектрический материал шире, чем понятие электроизоляционный материал . Приобретающие все больщее значение в современной технике активные диэлектрики не только играют пассивную роль подобно обычным электроизоляционным материалам в различных устройствах, в частности во многих видах радиоэлектронной аппаратуры, используется изменяемость свойств этих материалов под действием различных факторов. К активным диэлектрикам (см. гл. 5) принадлежат сегнетоэлектрики, диэлектрическая проницаемость которых существенно изменяется при изменении напряженности электрического поля и температуры п ь е з о э л е к т р и к и, генерирующие электрические заряды под действием ме-ханических напряжений  [c. 5]

Обзор теплопроводящих диэлектрических материалов КПТД

Описание Эластичный термоинтерфейс Термическое сопротивление Эластичность (сжимаемость)Термическая релаксация

Обеспечение эффективного теплового контакта путем применения соответствующих теплопроводящих электроизоляционных материалов имеет важное значение в различных отраслях промышленности.

С 1993 года ГК Номакон-Евролиния производит современные инновационные продукты НОМАКОН™ КПТД (Керамико-Полимерные Теплопроводящие Диэлектрические материалы), позволяющие решать самые сложные задачи в области отвода тепла и «теплового управления».

Наша продукция отражает основные достижения многолетней работы на рынке теплопроводящих электроизоляционных материалов, результаты непрерывного совершенствования рецептур и технологии производства с целью получения требуемых механических и диэлектрических характеристик КПТД-материалов в сочетании с высокими теплопроводящими свойствами и конкурентной ценой.

Материалы КПТД представлены под следующими торговыми марками:

КПТД-материалы включают керамические теплопроводящие диэлектрические наполнители в виде микропорошков различной природы и различного дисперсного состава, которые определенным образом распределены в эластичной матрице – в термостойком силиконовом каучуке (компаунды и листовые материалы), или в термостойкой полидиметилсилоксановой жидкости (пасты и смазки).

Разработанные новые виды керамических наполнителей, такие, как α-Кристален™ и β-Кристален™, подобранные дисперсные составы и найденные оптимальные соотношения компонентов позволили предложить широкий выбор материалов с заданными нормируемыми физическими, механическими, теплопроводящими и электроизоляционными свойствами.

КПТД-материалы выпускаются по ТУ РБ 100009933.004-2001. Впервые в СНГ нами освоены, зарегистрированы и применяются для контроля теплопроводящих характеристик общепризнанные международные стандарты определения теплопроводности и удельного термического сопротивления электроизоляционных материалов ASTM D 5470-06 и ASTM E 1530-06.

Стандартизованные материалы, а также листовые материалы и прокладки различной толщины и размеров могут изготавливаться по чертежам заказчика. Мы постоянно сотрудничаем с нашими клиентами в области инноваций – разрабатываем новые продукты под заказ, изготавливаем и поставляем опытные образцы для испытаний, предлагаем методы расчета тепловых процессов с применением наших материалов.

В настоящее время материалы НОМАКОН™ КПТД применяет в своих изделиях и разработках большинство производственных предприятий, НИИ и КБ из стран СНГ и Балтии.

Гарантия качества и надежности нашей продукции — это многолетние контракты на поставку КПТД-материалов ведущим производителям:

• авто-электроники
• нагревательных элементов и устройств электроподогрева
• теле- и видеотехники
• блоков электропитания и силовых преобразователей
• измерительной и диагностической аппаратуры
• электродвигателей и соленоидов
• светодиодных панелей и осветительных приборов
• датчиков и устройств управления
• холодильной техники
• предприятиям аэрокосмического и военно-промышленного комплекса
• производителям средств связи

Обеспечение отвода тепловой энергии от греющегося электронного прибора является одной из важнейших задач разработчиков и производителей электронной техники. Повышение функциональности устройств, увеличение их мощности при миниатюризации компонентов, как правило, приводит к необходимости рассеивать все большие тепловые потоки. В данном случае, создание эффективного теплового контакта путем применения соответствующих теплопроводящих электроизоляционных материалов имеет важное значение для эксплуатационных характеристик изделия, стабильности и долговечности его работы.

Процесс теплопереноса от горячего корпуса к радиатору с последующим рассеиванием тепла конвекцией в окружающую среду мы называем «естественной тепловой разгрузкой» прибора. Эффективность тепловой разгрузки определяется следующими основными параметрами:

• качеством исполнения теплоотдающей поверхности корпуса электронного прибора 1, т.е. ее плоскостностью и шероховатостью;
• конструкцией и качеством исполнения теплопринимающей и теплоотдающей поверхностей радиатора 2;
• свойствами теплопроводящей электроизолирующей прокладки (подложки), обеспечивающей тепловой контакт между корпусом и радиатором 3;
• условиями обеспечения теплового контакта, т. е. усилием сжатия Р поверхностей прибора и радиатора, их плоскостностью и параллельностью при сборке, наличием остаточных воздушных полостей между прокладкой и прижимными поверхностями;
• условиями теплоотдачи от радиатора в окружающую среду.

На практике конструкции корпуса и радиатора в электронных изделиях достаточно оптимизированы по теплоотводу. Таким образом, единственным конструктивным элементом электронной сборки, ограничивающим теплопередачу и теплопередающие свойства которого поддаются коррекции, является изолирующая прокладка. Именно она, а точнее, термическое сопротивление, возникающее между прибором и радиатором, которые разделены прокладкой, и определяет конструктивные размеры, мощность и производительность всего прибора в целом. Чем выше термическое сопротивление изолирующей прокладки, тем больший перепад температур ΔT создается между корпусом и радиатором, что, соответственно, повышает опасность перегрева прибора и снижает время его наработки на отказ. Очевидно, что на современном уровне развития электроники изолирующая прокладка выполняет отнюдь не второстепенную роль. Максимальное снижение термического сопротивления между корпусом и радиатором позволяет минимизировать теплопередающие поверхности и размеры прибора при заданных мощностях отводимых тепловых потоков ΔQ .

Важное значение при выборе теплопроводящей прокладки имеет также обеспечение надежной электрической изоляции между прибором и радиатором, технологичность и минимальная трудоемкость сборки, возможность применения изделия в автоматизированных технологиях массового производства, оптимальное соотношение цена-качество.

При разработке КПТД-материалов специалистами ОДО «НОМАКОН» найдены решения, позволяющие поддерживать высокий уровень теплопроводящих и электроизоляционных характеристик материалов, т.е. обеспечивать сочетание максимально возможной теплопроводности, электрической прочности и комформности материала к контактной поверхности. Под конформностью материала к контактной поверхности в данном случае подразумевается возможность его плотного прилегания к прижимающим поверхностям с вытеснением остаточного воздуха и повторением формы микрорельефа поверхностной шероховатости с целью минимизации контактного термического сопротивления.

Вышеперечисленные свойства достигнуты путем максимального наполнения эластомеров теплопроводящими диэлектрическими микропорошками оптимального дисперсного состава в сочетании с высокой степенью остаточной эластичности полученного после полимеризации материала, его выраженной термической релаксацией, а также формированием гладкой и ровной (глянцевой) поверхности для листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М.

Таким образом, уже при незначительных напряжениях сжатия  P₁ < P₂ < P₃  КПТД-материалы способны существенно снизить термическое сопротивление  ΔT₁ > ΔT₂ > ΔT₃  и обеспечить эффективный эластичный термоинтерфейс.

Согласно уравнению теплопередачи теплопроводностью через плоскую стенку (прокладку) количество тепла, переданного в единицу времени (тепловой поток) ΔQ, Вт, прямо пропорционально разности температур теплоотдающей T1S, °С, и теплопринимающей T2S, °С, поверхностей, прямопропорционально площади поверхности теплопередачи (прокладки) F, м2, и обратно пропорционально суммарному удельному термическому сопротивлению теплопередаче R, (К•м2)/Вт:

Суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R в данном случае согласно правилу аддитивности термических сопротивлений состоит из трех составляющих: термического сопротивления на границе «теплоотдающая контактная поверхность — прокладка» R1S, термического сопротивления, зависящего от толщины δ и теплопроводности λ материала прокладки δ/λ, а также термического сопротивления на границе «прокладка — теплопринимающая контактная поверхность» R2S:

Построив по результатам испытаний (ASTM D 5470, ASTM E 1350) линейную зависимость R = ƒ(δ) для данной марки КПТД- материала возможно определить суммарное удельное контактное термическое сопротивление на границе «контактная поверхность-материал» RS= R1S + R2S по графику в точке δ = 0 , а также определить истинную теплопроводность материала прокладки λ, Вт/(м•К):

Определив экспериментальным путем для различных материалов значения RS и λ возможно достаточно точно рассчитать суммарное удельное термическое сопротивление теплопередаче R, и, зная площадь поверхности прокладки F, вычислить ее термическое сопротивление RF, К/Вт, при различных толщинах материала:

Ниже на диаграмме приведены значения суммарного удельного термического сопротивления R КПТД-материалов, определенные в сопоставимых условиях эксплуатации данных видов материалов.

Для компаундов КПТД-1 номинальная толщина слоя при вклеивании радиатора на теплоотдающую поверхность прибора составляла δ = 0,1 ± 0,05mm , листовые материалы КПТД-2 испытывались при номинальной толщине листа δ = 0,2 ± 0,015mm , толщина остаточного слоя термопаст КПТД-3 при испытаниях составляла 20-35 мкм. Результаты получены при напряжении сжатия прижимных поверхностей P = 0,69 MПa (100 psi), температуре материала 80-110°С и плотности теплового потока 4,5-9 Вт/см2. Прижимные поверхности были выполнены согласно ASTM D 5470, ASTM E 1350 в виде дисков диаметром 32 мм (поверхность теплопередачи F = 8,04 cm², формат прокладки Т0-3), а также в виде дисков диаметром 50 мм.

Результаты измерений показали, что термопасты КПТД-3 при сжатии формируют минимальную толщину слоя теплопроводящего материала за счет вязко-пластичных свойств и при этом за счет высокой адгезии и комформности к поверхности обеспечивают минимальное суммарное контактное термическое сопротивление на уровне RS = 0,045 — 0,055(К•см²)/Вт. При заливке компаундами КПТД-1 с последующим сжатием после полимеризации комформность материала к поверхности несколько снижается в сравнении с термопастами, а контактное термическое сопротивление увеличивается: RS = 0,17 — 0,22 (К•см²)/Вт

Далее по степени конформности к контактной поверхности следуют листовые материалы с повышенной эластичностью КПТД-2М: RS = 0,19 — 0,23 (К•см²)/Вт . Нанесение на поверхность стандартного листового материала КПТД-2 липкого клеящего слоя (ЛК) или липкой позиционирующей смазки (ЛП) также увеличивает комформность в сравнении с материалом без липкого слоя, и при этом RS = 0,55 — 0,80(К•см2)/Вт . Для стандартного эластичного листового материала КПТД-2 без липкого слоя RS = 0,90 — 1,05 (К•см²)/Вт .

Таким образом, на основании полученных результатов, величину суммарного удельного контактного сопротивления RS следует считать достаточно объективным сравнительным показателем комформности КПТД-материалов к контактной поверхности. В представленных ниже материалах данный показатель используется для оценочного расчета термического сопротивления теплопроводящих материалов НОМАКОН™ КПТД.

Комформность листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М к контактной поверхности и, соответственно, контактное термическое сопротивление, в существенной мере определяются их эластичностью. Эластичность (сжимаемость) КПТД-материалов характеризуется величиной модуля упругости E, МПа/мм, рассчитываемого по величине абсолютной деформации материала при сжатии, а также степенью сжатия материала Δδ , %, рассчитываемой, как отношение величины абсолютной деформации листа при сжатии к исходной толщине листового материала. В зависимости от приложенного напряжения сжатия в пределах σ = 0,07 — 40 МПа максимальная степень сжатия, при которой не происходит разрушение материала, может достигать величины Δδ= 65-80% .

Номинальное рабочее напряжение сжатия σ10 , МПа определяет допустимую относительную деформацию листа материала (степень сжатия) в пределах до 10% от его исходной толщины, при которой изготовителем гарантируются его прочностные, электроизоляционные и теплопроводящие свойства, представленные в нормативных документах на КПТД-материалы. Предельное напряжение сжатия σ50 , Мпа, определяет степень сжатия листа материала в пределах до 50% от его исходной толщины при которой не происходит потеря эластичности, и в последующем, при снятии напряжения сжатия материал восстанавливается до исходной толщины и сохраняет свои свойства. Не допускается эксплуатация изделий из материалов КПТД-2 и КПТД-2М при превышении предельного напряжения сжатия. Представленные ниже кривые сжатия листовых КПТД-материалов получены согласно ГОСТ 26605 на образцах диаметром 40 мм при скорости движения сжимающей поверхности 0,5 мм/мин.

Эластичность стандартных листовых материалов КПТД-2 толщиной 0,18-0,35 мм характеризуется линейным характером деформаций при сжатии вплоть до предельных напряжений сжатия σ50= 23,9 — 30,6 МПа . В области номинальных рабочих напряжений сжатия σ10= 3,5 — 5,6 МПа остаточную толщину листа материала δ , мм, при сжатии возможно определить по зависимости:

где δ0 — исходная толщина листа, мм; σ — напряжение сжатия, МПа; E — модуль упругости материала при расчете абсолютной деформации листа, МПа/мм.

Для материалов КПТД-2 толщиной 0,18-0,35 мм, сжимаемых в пределах номинальных рабочих напряжений сжатия, модуль упругости не значительно зависит от исходной толщины листа и составляет для различных толщин листа:

Листовые материалы с повышенной эластичностью КПТД-2М толщиной 0,20-0,50 мм имеют выраженный нелинейный характер деформаций при сжатии до предельных напряжений сжатия σ50= 2,9 — 8,0 МПа. При этом в пределах номинальных рабочих напряжений сжатия σ10= 0,6 — 2,1 МПа характер деформации листа заданной исходной толщины δ0 возможно принять линейным и вычислить остаточную толщину листа δ по формуле 5. Ниже приведены значения модуля упругости для различных толщин материалов КПТД-2М в области линейных деформаций сжатия:

Сравнительный анализ эластичности листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М по значениям модуля упругости показывает, что при равных толщинах листа материалы КПТД-2М имеют модуль упругости в 1,5-2,7 раза меньший и, соответственно, имеют в 1,5-2,7 раза большую эластичность при сжатии. Аналогичное сравнение материалов по величине удельного контактного термического сопротивления (конформности к контактной поверхности) RS показывает, что значения RS и E хорошо коррелируют между собой: чем меньше значение модуля упругости (или чем выше эластичность), тем ниже удельное контактное термическое сопротивление (или тем выше конформность материала к контактной поверхности).

Другой важной специфической особенностью эластичных КПТД-материалов является их явно выраженная термическая релаксация, т.е. снижение величины термического сопротивления в соединении «теплоотдающая поверхность — теплопроводящий материал — теплопринимающая поверхность» с течением времени. Величина релаксационного снижения термического сопротивления ΔRτ зависит от вида материала, времени «приработки» материала (обычно 20-150 часов) и рабочего напряжения сжатия (0,07-1,7 МПа). Эффект термической релаксации возможно объяснить перестройкой внутренней гетерогенной структуры деформированного материала из неравновесного состояния к более равновесному с увеличением так называемой внутренней трехмерной кластерной теплопроводности. В течение времени приработки снижается также суммарное удельное контактное сопротивление RS, т.е. увеличивается конформность материала к контактной поверхности.

Термическая релаксация наиболее выражена для листовых материалов КПТД-2 и КПТД-2М. На графиках представлены зависимости термического сопротивления материалов от напряжения сжатия при различном времени приработки материала. В данном случае величина релаксационного снижения термического сопротивления ΔRτ составляет 5,5-17,0 % от величины суммарного термического сопротивления R, определенного в течение первого цикла сжатия и нагрева (1–го термоцикла) при испытании материала.

Dielectrics — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

основная идея

Диэлектрики — изоляторы простые и простые. Эти два слова относятся к одному и тому же классу материалов, но имеют разное происхождение и используются преимущественно в разных контекстах.

• Поскольку заряды в неметаллических твердых телах не могут легко перемещаться, в стекле, керамике и пластике могут быть «островки» заряда. Латинское слово для обозначения острова — insula , что является источником слова insulator .Напротив, заряды в металлических твердых телах имеют тенденцию легко перемещаться — как будто кто-то или что-то их ведет. Латинский префикс con или com означает «с». Человек, с которым у вас есть хлеб, — ваш товарищ. (По-латыни хлеб — panis .) Взять что-то с собой в дорогу — значит передать это. (На латыни дорога обозначается как с по ). Человек, с которым вы путешествуете и который указывает путь или обеспечивает безопасный переход, является кондуктором. (Латинское слово для обозначения лидера — ductor .) Материал, обеспечивающий безопасное прохождение электрических зарядов, — это проводник .
• Вставка слоя неметаллического твердого вещества между пластинами конденсатора увеличивает его емкость. Греческая приставка di или dia означает «поперек». Линия, пересекающая углы прямоугольника, — это диагональ. (Греческое слово, обозначающее угол, звучит как gonia — γωνία.) Измерение поперек круга — это диаметр. (Греческое слово для обозначения меры — метрон — μέτρον.) Материал, помещенный на пластины конденсатора, как небольшой непроводящий мостик, — это диэлектрик .

Пластиковое покрытие электрического шнура является изолятором. Стеклянные или керамические пластины, используемые для поддержки линий электропередач и предотвращения их замыкания на землю, являются изоляторами. Практически всегда, когда неметаллическое твердое тело используется в электрическом устройстве, оно называется изолятором. Возможно, единственный раз, когда слово диэлектрик используется в отношении непроводящего слоя конденсатора.

Диэлектрики в конденсаторах служат трем целям:

1. , чтобы предотвратить соприкосновение проводящих пластин, что позволяет уменьшить расстояние между пластинами и, следовательно, увеличить емкость;
2. для увеличения эффективной емкости за счет уменьшения напряженности электрического поля, что означает получение того же заряда при более низком напряжении; и
3. для уменьшения возможности короткого замыкания из-за искрения (более известного как пробой диэлектрика) во время работы при высоком напряжении.

что здесь происходит

Когда металл находится в электрическом поле, свободные электроны текут против поля, пока не выйдут из проводящего материала. В кратчайшие сроки у нас будет избыток электронов с одной стороны и дефицит с другой. Одна сторона проводника стала отрицательно заряженной, а другая — положительно заряженной. Освободите поле, и электроны на отрицательно заряженной стороне окажутся слишком близко для комфорта. Подобные заряды отталкиваются, и электроны убегают друг от друга так быстро, как только могут, пока не распределятся равномерно по всему телу; в среднем один электрон на каждый протон в пространстве, окружающем каждый атом.Проводящий электрон в металле подобен гоночной собаке, загороженной на пастбище. Они могут свободно передвигаться сколько угодно и могут перемещаться по всей длине, ширине и глубине металла по своему желанию.

Жизнь электрона в изоляторе гораздо более ограничена. По определению, заряды в изоляторе не могут свободно перемещаться . Это не то же самое, что сказать, что не может двигаться . Электрон в изоляторе похож на сторожевую собаку, привязанную к дереву: он может двигаться свободно, но в определенных пределах.Размещение электронов изолятора в присутствии электрического поля похоже на размещение привязанной собаки в присутствии почтальона. Электроны будут напрягаться против поля, насколько это возможно, почти так же, как наша гипотетическая собака будет напрягаться против своего поводка, насколько это возможно. Однако электроны в атомном масштабе больше похожи на облака, чем на собак. Электрон эффективно распространяется по всему объему атома и не концентрируется в каком-либо одном месте. Полагаю, хорошую атомную собаку нельзя было бы назвать Спотом.

Когда атомы или молекулы диэлектрика помещаются во внешнее электрическое поле, ядра толкаются полем, что приводит к увеличению положительного заряда с одной стороны, в то время как электронные облака притягиваются к нему, что приводит к увеличению отрицательного заряда с другой. боковая сторона. Этот процесс известен как поляризация , а диэлектрический материал в таком состоянии называется поляризацией . Существует два основных метода поляризации диэлектрика: растяжение и вращение.

Растяжение атома или молекулы приводит к индуцированному дипольному моменту , добавленному к каждому атому или молекуле.

Увеличить

Вращение происходит только в полярных молекулах — с постоянным дипольным моментом , как у молекулы воды, показанной на диаграмме ниже.

Увеличить

Полярные молекулы обычно поляризуются сильнее, чем неполярные. Вода (полярная молекула) имеет диэлектрическую прочность в 80 раз больше, чем у азота (неполярная молекула, которая является основным компонентом воздуха).Это происходит по двум причинам, одна из которых обычно тривиальна. Во-первых, все молекулы растягиваются в электрическом поле независимо от того, вращаются они или нет. Неполярные молекулы и атомы растягиваются, в то время как полярные молекулы растягиваются на и , вращаются. Однако эта комбинация действий лишь незначительно влияет на общую степень поляризации вещества. Что еще более важно, полярные молекулы уже сильно растянуты — естественно. То, как атомы водорода сидят на рукавах электронных облаков атома кислорода, искажает молекулу в диполь.Все это происходит в межатомном или молекулярном масштабе. На таких крошечных расстояниях напряженность электрического поля относительно велика для того, что в противном случае было бы ничем не примечательным напряжением (например, 13,6 В для электрона в атоме водорода).

Когда дело доходит до поляризации, растяжение и вращение — не конец истории. Это просто методы, которые проще всего описать случайному наблюдателю. В общем, поляризация диэлектрического материала представляет собой микроскопическую электростатическую деформацию в ответ на макроскопическое электростатическое напряжение.Внешнее поле, приложенное к диэлектрику, не может заставить заряды двигаться макроскопически, но оно может растягивать и искажать их микроскопически. Это может толкнуть их в неудобное положение, а при отпускании позволить им вернуться в расслабленное состояние. То, что отличает поляризацию в изоляторе от растяжения упругого тела, такого как пружина, заключается в том, что устранение напряжения не обязательно снимает напряжение. Некоторые изоляторы будут оставаться в поляризованном состоянии в течение часов, дней, лет или даже столетий.Наиболее длинные характерные времена должны быть экстраполированы из неполных наблюдений на более разумную продолжительность. Никто не собирается сидеть сложа руки и ждать две тысячи лет, чтобы увидеть, как поляризация куска пластика уменьшится до нуля. Ждать не стоит.

Наконец, важно иметь в виду, что заряды, «хранящиеся» в диэлектрическом слое, не доступны в виде пула свободных зарядов. Для их извлечения еще понадобятся металлические пластины. Важно помнить, что единственная причина, по которой кто-то, кажется, заботится об этом явлении, заключается в том, что он помогает нам делать конденсаторы лучшего качества. Я думаю, что на этом следует завершить обсуждение.

Конденсаторы с диэлектриком

Поместите диэлектрический слой между двумя параллельно заряженными металлическими пластинами, направив электрическое поле справа налево. (Почему не слева направо? Ну, я читаю справа налево, поэтому диаграммы легче «читать».) Положительные ядра диэлектрика будут перемещаться на с полем вправо, а отрицательные электроны переместит против на поле слева.Силовые линии начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами, поэтому электрическое поле внутри каждого напряженного атома или молекулы диэлектрика указывает на нашей диаграмме слева направо — напротив внешнего поля двух металлических пластин. Электрическое поле — это векторная величина, и когда два вектора указывают в противоположных направлениях, вы вычитаете их величины, чтобы получить результат. Эти два поля не компенсируются в диэлектрике, как в металле, поэтому общий результат — более слабое электрическое поле между двумя пластинами.

Увеличить

Позвольте мне повторить это — общий результат — более слабое электрическое поле между двумя пластинами. Давай займемся математикой.

Электрическое поле — это градиент электрического потенциала (более известного как напряжение).

.

Емкость — это отношение заряда к напряжению.

Введение диэлектрика в конденсатор уменьшает электрическое поле, что снижает напряжение, что увеличивает емкость.

.

Конденсатор с диэлектриком сохраняет тот же заряд, что и конденсатор без диэлектрика, но при более низком напряжении.Поэтому конденсатор с диэлектриком более эффективен.

ЭТА МАЛЕНЬКАЯ ЧАСТЬ НУЖДАЕТСЯ В Доработке.

О первых открытиях лейденской банки. Удаление стержня снижает емкость. (Воздух имеет более низкую диэлектрическую проницаемость, чем вода.) Напряжение и емкость обратно пропорциональны, когда заряд постоянен. Уменьшение емкости увеличивает напряжение.

восприимчивость, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая проницаемость

Электрический дипольный момент чего-либо — будь то атом, растянутый во внешнем электрическом поле, полярная молекула или две противоположно заряженные металлические сферы — определяется как продукт заряда и разделения.

p = q r

с единицей СИ кулонметров , не имеющей специального названия.

[см = см]

Поляризация области определяется как дипольный момент на единицу объема

с единицей СИ кулонов на квадратный метр .

Расчет поляризации из первых принципов — сложная процедура, которую лучше доверить специалистам.Не беспокойтесь о деталях того, почему поляризация имеет такое значение, просто примите то, что она существует и является функцией некоторых переменных. И что это за переменные? Конечно, почему они такие материалы и напряженность поля. Различные материалы поляризуются в разной степени — мы будем использовать греческую букву χ _e [chi sub e], чтобы обозначить эту величину, известную как электрическая восприимчивость, — но для большинства материалов поле сильнее ( E ) , тем больше поляризация ( P ). Добавьте коэффициент пропорциональности ε ₀ , и все готово.

P = ε ₀ χ _e E

Электрическая восприимчивость — это безразмерный параметр, который зависит от материала. Его значение варьируется от 0 для пустого места до любого другого. Бьюсь об заклад, есть даже какие-то причудливые материалы, для которых этот коэффициент отрицательный (хотя я не знаю наверняка). Константа пропорциональности ε ₀ [эпсилон ноль] известна как диэлектрическая проницаемость свободного пространства и будет рассмотрена немного позже.На данный момент это просто приспособление для тренировки единиц.

НАПИШИТЕ ОТДЫХ.

Величина κ [каппа] безразмерна.

Диэлектрическая проницаемость для выбранных материалов (~ 300 K, если не указано иное)

материал	κ
воздух	1.005364
уксусная кислота	6,2
спирт этиловый (зерновой)	24,55
спирт метиловый (древесный)	32,70
янтарь	2,8
асбест	4,0
асфальт	2,6
бакелит	4,8
кальцит	8,0
карбонат кальция	8.7
целлюлоза	3,7–7,5
цемент	~ 2
кокаин	3,1
хлопок	1,3
алмаз, тип I	5,87
алмаз типа IIa	5,66
эбонит	2,7
эпоксидная	3,6
мука	3-5
фреон 12, −150 ° C (жидкость)	3. 5
фреон 12, +20 ° C (пар)	2,4
германий	16
стекло	4–7
стекло, пирекс 7740	5,0
гуттаперча	2,6
реактивное топливо (жиклер)	1,7
оксид свинца	25,9
ниобат свинца, магния	10 000
сульфид свинца (галенит)	200
титанат свинца	200
дейтерид лития	14.0
люцит	2,8
слюда, мусковит	5,4
слюда канадская	6,9
нейлон	3,5
масло льняное	3,4
масло минеральное	2,1
масло оливковое	3,1
масло нефтяное	2,0–2,2
масло силиконовое	2. 5
масло, сперма	3,2
масло трансформаторное	2,2

материал	κ
бумага	3,3, 3,5
оргстекло	3,1
полиэстер	3,2–4,3
полиэтилен	2,26
полипропилен	2.2–2,3
полистирол	2,55
поливинилхлорид (пвх)	4,5
фарфор	6–8
ниобат калия	700
KTN, 0 ° C	34 000
KTN, 20 ° C	6 000
кварц кристаллический (∥)	4,60
кварц кристаллический (⊥)	4. 51
кварц плавленый	3,8
каучук бутил	2,4
резина, неопрен	6,6
резина, силикон	3,2
каучук вулканизированный	2,9
соль	5,9
селен	6,0
кремний	11,8
карбид кремния (αSiC)	10.2
диоксид кремния	4,5
силиконовое масло	2,7–2,8
почва	10–20
титанат стронция, +25 ° C	332
титанат стронция, −195 ° C	2080
сера	3,7
пятиокись тантала	27
тефлон	2,1
антимонид олова	147
теллурид олова	1770
диоксид титана (рутил)	114
табак	1. 6–1,7
диоксид урана	24
вакуум	1 (точно)
вода, лед, −30 ° C	99
вода, жидкость, 0 ° C	87,9
вода, жидкость, 20 ° C	80,2
вода, жидкость, 40 ° C	73,2
вода, жидкость, 60 ° C	66,7
вода, жидкость, 80 ° C	60.9
вода, жидкость, 100 ° C	55,5
воск пчелиный	2,7–3,0
воск карнубский	2,9
воск, парафин	2,1–2,5
вощеная бумага	3,7

пробой диэлектрика

Любой изолятор можно заставить проводить электричество. Это явление известно как пробой диэлектрика .

Пробой диэлектрика в избранных материалах

пьезоэффект

Произнесите все гласные. Пьезоэлектричество — это эффект преобразования энергии между механической и электрической формами.

• Пьезо — греческое слово, обозначающее давление (πιεζω).
• Обнаружен в 1880-х годах братьями Кюри.
• Недорогие пьезоэлектрические микрофоны. Когда поляризованный кристалл подвергается напряжению, напряжение создает разность потенциалов. Эта разность потенциалов пропорциональна напряжению, которое пропорционально акустическому давлению.
• Обратный пьезоэлектрический микрофон — это пьезоэлектрический динамик: зуммер будильника, звонок наручных часов, всевозможные электронные гудки.Когда к поляризованному кристаллу прикладывается электрический потенциал, кристалл подвергается механической деформации, которая, в свою очередь, может создавать акустическое давление.
• Коллаген пьезоэлектрический. «Когда к [костному] коллагену прикладывается сила, создается небольшой электрический потенциал постоянного тока. Коллаген проводит ток в основном за счет отрицательных зарядов. Минеральные кристаллы кости (апатит), расположенные рядом с коллагеном, проводят ток с помощью положительных зарядов. из этих двух типов полупроводников ток легко течет в одном направлении, но не в другом….Считается, что силы, действующие на кости, создают потенциалы за счет пьезоэлектрического эффекта и что на стыках коллаген-апатит образуются токи, которые вызывают и контролируют рост костей. Токи пропорциональны напряжению (сила на единицу площади), поэтому повышенное механическое напряжение костей приводит к усилению роста «. Physics of the Body (255).

Диэлектрические материалы | Гелест, Инк.

Диэлектрические материалы обычно называют электрическими изоляторами. Применения материалов варьируются от обычных изоляторов в электротехнической и микроэлектронной оболочке до приложений, где диэлектрические свойства контролируются для архитектур активных устройств, то есть выпрямителей, полупроводников, преобразователей, конденсаторов и трансформаторов.

Поскольку в этом тысячелетии технология очень крупномасштабной интегрированной (СБИС) микроэлектроники развивалась, потребность в специализированных материалах с (i) диэлектрической проницаемостью с низким K, а также (ii) с диэлектрической проницаемостью с высоким K для таких схем стала критической. .

Под влиянием малых полей электроны довольно свободно перемещаются по проводникам, тогда как в изоляторах или диэлектрических материалах поля лишь незначительно смещают электроны из состояния равновесия. Считается, что небольшое смещение электронов поляризует диэлектрик. Диэлектрическая проницаемость связана как с наведенной поляризацией, так и с постоянным диполем. В реальных приложениях диэлектрические материалы имеют широкий диапазон составов и физических форм (как показано в примерах ниже).Это обычные изоляторы, а также предшественники или промежуточные продукты для структур с точно контролируемыми диэлектрическими свойствами.

Непрерывное совершенствование устройств на интегральных схемах с целью уменьшения размеров элементов и более высоких скоростей достигло точки, когда задержка межсоединения сигнала, или задержка сопротивления-емкости, становится сопоставимой с задержкой затвора транзистора. В полупроводниках диэлектрик с низким K — это материал с небольшой диэлектрической проницаемостью по сравнению с диоксидом кремния. Диэлектрический материал с низким содержанием K позволяет масштабировать устройства микроэлектроники, а изолирующие диэлектрики могут приближаться без накопления заряда и неблагоприятного воздействия на производительность устройства.

Более технологически продвинутые интегральные схемы с меньшими размерами элементов потребуют межслойных диэлектрических материалов с более низкими диэлектрическими постоянными, чем нынешний диоксид кремния, для предотвращения электронных перекрестных помех, а также для снижения энергопотребления. В результате в последние годы произошел всплеск активности по разработке вариантов с низким содержанием калия. Низкое значение K может быть достигнуто за счет увеличения пористости диоксида кремния или легирования углерода или фтора. Силсесквиоксаны (иногда обозначаемые как POSS), которые можно рассматривать как гибрид диоксида кремния и органических веществ, имеют более низкие значения K, чем SiO2, хорошую термическую стабильность и привлекательные механические свойства.

Силсесквиоксаны с большим количеством групп Si-H, например, имеют K ~ 2,8. Введение пористости в такие силсесквиоксаны [полученные смешиванием их с высококипящим органическим растворителем с последующим быстрым отверждением и удалением летучих веществ при высокой температуре] может обеспечить значения K от 1,5 до 2,5. Точно так же пористые метилсилсесквиоксаны использовались в качестве материалов с низким содержанием K. Использование химически модифицированных силсесквиоксанов или сополимеров, содержащих органическую спейсер или боковую группу, которая может подвергаться термическому разложению после отверждения с образованием пористости, также было опробовано в качестве диэлектрического материала с низким k.

Ожидается, что высокоэффективные диэлектрические материалы, известные как материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, будут играть все более важную роль в электронике следующего поколения и в технологии очень крупномасштабной интегрированной (СБИС) микроэлектроники. Керамические материалы на основе диоксида кремния, такие как диоксид кремния (SiO2), силикат гафния (HfSiO4) и силикат циркония (ZrSiO4), являются обычными межслойными диэлектрическими материалами, используемыми в корпусах микроэлектроники с высокой плотностью. Титанат бария (BaTiO3) — один из хорошо известных диэлектрических материалов, который также используется в различных полупроводниковых устройствах из-за его высокой и частотно-независимой диэлектрической проницаемости с низкими диэлектрическими потерями.Многие исследователи пытались диспергировать высокодиэлектрические частицы, титанаты бария и другие керамические оксиды в полимерах с последующим их получением в виде тонких пленок.

Существующие диэлектрические конденсаторы имеют низкую плотность энергии как по объему, так и по массе. Ни одна из современных конденсаторных технологий не сочетает в себе плотность энергии, удельную мощность и скорость, требуемую для портативных импульсных систем питания, которые в настоящее время разрабатываются или планируются в будущем. Диоксид кремния использовался в качестве оксидного материала затвора на протяжении десятилетий.Однако, поскольку размер транзисторов уменьшился, толщина диэлектрика затвора из диоксида кремния должна быть уменьшена, чтобы увеличить емкость затвора. Уменьшение шкалы толщины ниже 2 нм приводит к токам утечки, чрезмерному энергопотреблению и снижению надежности устройства. Диэлектрический материал с высоким содержанием K позволяет увеличить емкость затвора без сопутствующих эффектов утечки.

Наиболее очевидным способом увеличения плотности энергии является выбор диэлектрических материалов с максимально возможной напряженностью поля пробоя.Многие полимеры не только имеют высокие значения напряженности поля пробоя диэлектрика, но также обеспечивают дополнительное преимущество технологичности. К сожалению, диэлектрическая проницаемость полимеров относительно невысока. Смешивание неорганических керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью с полимерами может привести к более высоким эффективным диэлектрическим постоянным и, таким образом, к увеличению плотности энергии. Важно отметить, что модификация поверхности BaTiO3 различными фосфорорганическими кислотами приводит к лучшему диспергированию частиц BaTiO3 в полимерной матрице и, таким образом, к высокой эффективной диэлектрической проницаемости.

В области диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью весьма желательно, чтобы зерна керамики состояли из ядра практически чистого BaTiO3, окруженного оболочкой, в которой титан частично замещен другим элементом, таким как цирконий или ниобий. Локальный градиент дает распределение температуры Кюри и, следовательно, более пологие диэлектрические температурные характеристики по сравнению с чистым BaTiO3. Эту локально неоднородную керамику обычно получают путем смешивания порошка BaTiO3 со вторым оксидом, например ZrO2 или Nb2O5, а затем спекания в присутствии жидкой фазы.

Несколько материалов, перечисленных ниже, являются рекомендованными прекурсорами с высоким k и обычно наносятся с использованием атомно-слоистого осаждения (см. Отдельное примечание по применению).

Диэлектрические материалы (все содержимое)

Примечание. Пакеты преподавания и обучения DoITPoMS предназначены для интерактивного использования на компьютере! Эта версия TLP для печати предназначена для удобства, но не отображает все содержимое TLP.Например, отсутствуют какие-либо видеоролики и ответы на вопросы. Форматирование (разрывы страниц и т. Д.) Печатной версии непредсказуемо и сильно зависит от вашего браузера.

Содержание

Главные

• Цели
• Перед тем, как начать
• Введение
• Электрические диполи
• Поляризационные механизмы
• Конденсаторы
• Диэлектрическая проницаемость
• Изменение диэлектрической проницаемости в переменных полях
• Влияние структуры на диэлектрическую проницаемость
• Влияние температуры на диэлектрическую проницаемость
• Потери в диэлектриках
• Пробой диэлектрика
• Применение диэлектриков
• Сводка
• Вопросы
• Дальше

Дополнительные страницы

• Диэлектрическая проницаемость и показатель преломления

Цели

По завершении данного TLP вам необходимо:

• Понять значение терминов диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери и пробой диэлектрика.
• Осознайте, что свойства диэлектриков обусловлены поляризацией, и поймите, как эта поляризация возникает в микроскопическом масштабе.
• Понять, как структура материала, температура и частота влияют на свойства диэлектриков.
• Знайте о некоторых практических применениях диэлектрических материалов.

Перед тем, как начать

Нет никаких особых предпосылок для этого TLP.

Введение

Диэлектрический материал — это любой материал, который поддерживает заряд, но не проводит его в значительной степени.В принципе, все изоляторы являются диэлектрическими, хотя способность поддерживать заряд сильно различается между разными изоляторами по причинам, которые будут рассмотрены в данном документе TLP.

Диэлектрические материалы используются во многих областях, от простой электрической изоляции до датчиков и компонентов схем.

Электрические диполи

Диэлектрик поддерживает заряд, приобретая поляризацию в электрическом поле, в результате чего одна поверхность развивает чистый положительный заряд, а противоположная поверхность развивает чистый отрицательный заряд. Это стало возможным благодаря наличию электрических диполей — двух противоположных зарядов, разделенных определенным расстоянием — в микроскопическом масштабе.

Математическое описание дипольного момента можно найти в TLP по сегнетоэлектрикам. Для целей данного TLP стоит отметить, что диполь можно рассматривать двумя способами:

1. Если две дискретные заряженные частицы с противоположными зарядами разделены определенным расстоянием, возникает дипольный момент μ .

2.Если центр положительного заряда в данной области и центр отрицательного заряда в одной и той же области не находятся в одном и том же положении, возникает дипольный момент μ . Например, на диаграмме ниже центр положительного заряда 8 показанных катионов находится в точке X, в то время как центр отрицательного заряда расположен на некотором расстоянии от аниона.

Второй вид дипольного момента более полезен, поскольку его можно применить к большой области, содержащей много зарядов, чтобы найти чистый дипольный момент материала, а также можно использовать в ситуациях, когда неуместно рассматривать заряды. как принадлежащие дискретным частицам — т.е.г. в случае электронного облака, окружающего ядро ​​в атоме, которое должно описываться волновой функцией.

Обратите внимание, что в уравнении для дипольного момента r является вектором (соглашение о знаках состоит в том, что r указывает от отрицательного заряда к положительному), поэтому дипольный момент μ также является вектором. Поляризация материала — это просто полный дипольный момент для единицы объема.

\ [P = \ frac {{\ sum \ mu}} {V} \], где V — общий объем образца.

Поскольку Σ μ является векторной суммой, материал может содержать диполи без какой-либо суммарной поляризации, поскольку дипольные моменты могут компенсироваться.

Механизмы поляризации

Существует три основных механизма поляризации, которые могут возникать в диэлектрическом материале: электронная поляризация, ионная поляризация (иногда называемая атомной поляризацией) и ориентационная поляризация. На анимации ниже показано, как работает каждый из этих механизмов в микроскопическом масштабе.

Все непроводящие материалы способны к электронной поляризации, поэтому все изоляторы в той или иной степени являются диэлектрическими. Напротив, ионный и ориентационный режимы доступны только для материалов, содержащих ионы и постоянные диполи соответственно.

Еще один вклад в поляризацию — это объемный заряд или накопление мобильных зарядов на структурных поверхностях и границах раздела. Это не прямое свойство материала, а особенность гетероструктур, поэтому здесь не обсуждается.

Конденсаторы

Конденсатор — это устройство для накопления заряда. Обычно он состоит из двух проводящих пластин с диэлектрическим материалом между ними, хотя «пустой конденсатор» — один с вакуумом между пластинами — также может использоваться в некоторых приложениях.

Каждый конденсатор имеет емкость C, стандартными единицами измерения которой являются фарады (Ф). Емкость определяется соотношением Q = C V, где Q — это заряд на каждой пластине конденсатора, а V — напряжение между пластинами конденсатора.Следовательно, 1 F = 1 CV ^-1 .

На емкость влияют различные факторы, такие как геометрия конденсатора, однако здесь мы будем иметь дело только с эффектом диэлектрического материала, выбранного для заполнения пространства между пластинами.

Увеличение емкости таким способом желательно, поскольку оно позволяет сохранять больший электрический заряд при заданной напряженности поля.

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость материала позволяет измерить его влияние на конденсатор.Это отношение емкости конденсатора, содержащего диэлектрик, к емкости идентичного, но пустого конденсатора.

Альтернативное определение диэлектрической проницаемости относится к диэлектрической проницаемости материала. Диэлектрическая проницаемость — это величина, которая описывает влияние материала на электрическое поле: чем выше диэлектрическая проницаемость, тем больше материал стремится уменьшить любое поле, возникающее в нем. Поскольку диэлектрический материал уменьшает поле, становясь поляризованным, полностью эквивалентным определением является то, что диэлектрическая проницаемость выражает способность материала поляризоваться в ответ на приложенное поле.Диэлектрическая проницаемость (иногда называемая относительной диэлектрической проницаемостью) — это отношение диэлектрической проницаемости диэлектрика к диэлектрической проницаемости вакуума, поэтому чем больше поляризация, создаваемая материалом в приложенном поле заданной силы, тем больше диэлектрическая проницаемость. будет.

Стандартного обозначения диэлектрической проницаемости нет — вы можете увидеть, что он обозначается как κ , ε, ε ′ или ε _r . В этом TLP κ следует использовать, чтобы избежать путаницы с абсолютной диэлектрической проницаемостью, которой также может быть присвоен символ ε .

Два определения диэлектрической проницаемости показаны на диаграмме ниже (зеленые стрелки представляют электрическое поле).

В общем, чем более доступными механизмами поляризации обладает материал, тем больше будет его итоговая поляризация в данном поле и, следовательно, больше будет его диэлектрическая постоянная.

Диэлектрическая проницаемость материала и его показатель преломления тесно связаны уравнением κ = n ² (щелкните здесь, чтобы получить вывод).Однако следует соблюдать осторожность при применении этого уравнения. Он является строго точным только в том случае, если диэлектрическая проницаемость и показатель преломления измеряются в одних и тех же условиях. В частности, поскольку диэлектрическая проницаемость может значительно изменяться с частотой (по причинам, обсуждаемым в следующем разделе этого TLP), мы должны измерять диэлектрическую проницаемость при переменном токе на той же частоте, на которой мы измеряем показатель преломления — частоте видимого света. , ~ 10 ¹⁵ Гц.Однако указанные значения диэлектрической проницаемости обычно относятся к статической диэлектрической проницаемости, то есть диэлектрической проницаемости при постоянном токе. Это часто сильно отличается от значения диэлектрической проницаемости при 10 ¹⁵ Гц.

Исключение составляют материалы, которые обладают только электронной модой поляризации. Для этих материалов диэлектрическая проницаемость существенно не меняется с частотой ниже видимых частот, и κ _S ≈ n ² , где κ _S — статическая диэлектрическая проницаемость.

Подводя итог: уравнение κ = n ² может применяться только к статической диэлектрической проницаемости неполярных материалов или к высокочастотной диэлектрической проницаемости любого диэлектрика.

Изменение диэлектрической проницаемости в переменных полях

Мы знаем, что диэлектрик поляризуется в электрическом поле. Теперь представьте, что вы меняете направление поля. Направление поляризации также изменится, чтобы выровняться с новым полем.Это не может произойти мгновенно: требуется некоторое время для движения зарядов или вращения диполей.

Если поле переключается, существует характерное время, необходимое для настройки ориентационной поляризации (или средней ориентации диполя), называемое временем релаксации. Типичные времена релаксации составляют ~ 10 ^-11 с. Следовательно, если электрическое поле переключает направление с частотой выше, чем ~ 10 ¹¹ Гц, ориентация диполя не может « идти в ногу » с переменным полем, направление поляризации не может оставаться выровненным с полем, и этот механизм поляризации прекращается. вносить вклад в поляризацию диэлектрика.

В переменном электрическом поле и ионный, и электронный механизмы поляризации можно рассматривать как приводимые в действие затухающие гармонические осцилляторы (например, груз на пружине), а частотная зависимость определяется резонансными явлениями. Это приводит к появлению пиков на графике зависимости диэлектрической проницаемости от частоты на резонансных частотах ионной и электронной поляризационных мод. Провал появляется на частотах чуть выше каждого резонансного пика, что является общим явлением для всех затухающих резонансных откликов, соответствующих отклику системы, не совпадающей по фазе с движущей силой (здесь мы не будем вдаваться в математическое доказательство этого) . При этом в областях провалов поляризация отстает от поля. На более высоких частотах движение заряда не успевает за переменным полем, и механизм поляризации перестает вносить вклад в поляризацию диэлектрика.

По мере увеличения частоты чистая поляризация материала падает, поскольку каждый механизм поляризации перестает вносить свой вклад, и, следовательно, его диэлектрическая проницаемость падает. Анимация ниже иллюстрирует эти эффекты.

На достаточно высоких частотах (выше ~ 10 ¹⁵ Гц) ни один из механизмов поляризации не может переключаться достаточно быстро, чтобы оставаться в ногу с полем.Материал больше не обладает способностью к поляризации, а диэлектрическая проницаемость падает до 1 — такой же, как у вакуума.

Резонансы ионного и электронного механизмов поляризации показаны ниже.

Влияние структуры на диэлектрическую проницаемость

Мы уже видели, что чем более доступными механизмами поляризации обладает материал, тем больше будет его диэлектрическая проницаемость. Например, материалы с постоянными диполями имеют большую диэлектрическую проницаемость, чем аналогичные неполярные материалы.

Кроме того, чем легче действуют различные механизмы поляризации, тем выше будет диэлектрическая проницаемость. Например, среди полимеров, чем подвижнее цепи (т.е. чем ниже степень кристалличности), тем выше будет диэлектрическая проницаемость.

Для полярных структур величина диполя также влияет на величину достижимой поляризации и, следовательно, на диэлектрическую проницаемость. Кристаллы с нецентросимметричной структурой, такие как титанат бария, имеют особенно большую спонтанную поляризацию и, соответственно, большую диэлектрическую проницаемость.И наоборот, полярный газ имеет тенденцию иметь меньшие диполи, и его низкая плотность также означает, что поляризация меньше, поэтому полярные газы имеют более низкую диэлектрическую проницаемость, чем полярные твердые тела или жидкости. Аргумент плотности также применим к неполярным газам по сравнению с неполярными твердыми телами или жидкостями.

Влияние температуры на диэлектрическую проницаемость

Для материалов с постоянными диполями существует значительное изменение диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры.Это связано с влиянием тепла на ориентационную поляризацию.

Однако это не означает, что диэлектрическая проницаемость будет постоянно увеличиваться при понижении температуры. При изменении температуры наблюдается несколько скачков диэлектрической проницаемости. Во-первых, диэлектрическая проницаемость внезапно изменится на границах фаз. Это связано с тем, что структура изменяется при фазовом переходе, и, как мы видели выше, диэлектрическая проницаемость сильно зависит от структуры.Будет ли κ увеличиваться или уменьшаться при данном изменении фазы, зависит от конкретных двух задействованных фаз.

Также наблюдается резкое уменьшение κ при температуре на некотором расстоянии ниже точки замерзания. Давайте теперь исследуем причину этого.

В кристаллическом твердом теле есть только определенные ориентации, разрешенные решеткой. Чтобы переключаться между этими разными ориентациями, молекула должна преодолеть определенный энергетический барьер ΔE.

Когда прикладывается электрическое поле, потенциальная энергия ориентаций, выровненных с полем, снижается, в то время как энергия ориентаций, выровненных против поля, повышается.Это означает, что меньше энергии требуется для переключения на ориентацию, выровненную с полем, и больше энергии требуется для переключения на ориентацию, выровненную против поля.

Следовательно, со временем молекулы выровняются по полю. Однако для этого им все же необходимо преодолеть энергетический барьер. Если молекула обладает энергией, меньшей высоты любого энергетического барьера, она не может пересечь энергетический барьер, следовательно, не может изменить свою ориентацию. Следовательно, ориентационная мода «вымораживается» и больше не может вносить вклад в общую поляризацию, что приводит к падению диэлектрической проницаемости.

Эти эффекты показаны на графике ниже.

Потери в диэлектриках

Эффективный диэлектрик поддерживает переменный заряд с минимальным рассеиванием энергии в виде тепла. Есть две основные формы потерь, которые могут рассеивать энергию в диэлектрике. При потере проводимости поток заряда через материал вызывает рассеяние энергии. Диэлектрические потери — это рассеяние энергии за счет движения зарядов в переменном электромагнитном поле, когда поляризация меняет направление.

Диэлектрические потери особенно высоки вокруг релаксационных или резонансных частот механизмов поляризации, поскольку поляризация отстает от приложенного поля, вызывая взаимодействие между полем и поляризацией диэлектрика, которое приводит к нагреву. Это проиллюстрировано на диаграмме ниже (напомним, что диэлектрическая проницаемость падает, поскольку каждый механизм поляризации становится неспособным успевать за переключающимся электрическим полем).

Диэлектрические потери обычно выше в материалах с более высокими диэлектрическими постоянными. Это обратная сторона использования этих материалов на практике.

Диэлектрические потери используются для нагрева пищи в микроволновой печи: частота используемых микроволн близка к частоте релаксации механизма ориентационной поляризации в воде, что означает, что любая присутствующая вода поглощает много энергии, которая затем рассеивается в виде тепла. Используемая точная частота немного отличается от частоты, на которой происходят максимальные диэлектрические потери в воде, чтобы гарантировать, что микроволны не все поглощаются первым слоем воды, с которым они сталкиваются, что позволяет более равномерно нагревать пищу.

Пробой диэлектрика

При сильных электрических полях материал, который обычно является электрическим изолятором, может начать проводить электричество, то есть перестать действовать как диэлектрик. Это явление известно как пробой диэлектрика.

Механизм диэлектрического пробоя лучше всего понять с помощью зонной теории. Подробное объяснение этого можно найти в TLP для полупроводников, хотя не все это имеет отношение к содержанию этого TLP, поэтому здесь представлены аспекты зонной теории, необходимые для понимания диэлектрического пробоя.

Для каждого материала существует характерная напряженность поля, необходимая для пробоя диэлектрика. Это называется полем пробоя или диэлектрической прочностью. Обычно значения диэлектрической прочности лежат в диапазоне 10 ⁶ — 10 ⁹ Вм ^-1 . Точное значение диэлектрической прочности зависит от многих факторов — наиболее очевидно, от размера запрещенной зоны, но также от геометрии и микроструктуры образца и условий, которым он подвергается.

Явление пробоя диэлектрика используется в зажигалках и аналогичных устройствах, где для воспламенения топлива необходимо произвести искру. «Искровой промежуток» — это небольшой воздушный зазор между двумя электродами. Заряд накапливается на электродах по обе стороны от искрового промежутка до тех пор, пока напряженность поля в искровом промежутке не превысит электрическую прочность воздуха (механизм, используемый для создания этого поля, не имеет прямого отношения к этому TLP, но заинтересованные читатели могут найти объяснение здесь). В этот момент воздух в искровом промежутке становится проводящим, что приводит к искре.

Применение диэлектриков

Диэлектрики чаще всего используются в производстве конденсаторов. Они имеют множество применений, включая хранение энергии в электрическом поле между пластинами, фильтрацию шума из сигналов как часть резонансного контура и подачу всплеска мощности на другой компонент.

Чем больше диэлектрическая проницаемость, тем больший заряд конденсатор может хранить в данном поле, поэтому обычно используются керамики с нецентросимметричной структурой, такие как титанаты металлов 2 группы.На практике материал конденсатора часто представляет собой смесь нескольких таких керамических материалов. Это связано с изменением диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры, о котором говорилось ранее. Обычно желательно, чтобы емкость была относительно независимой от температуры; поэтому современные конденсаторы сочетают в себе несколько материалов с различными температурными зависимостями, в результате чего емкость демонстрирует лишь небольшие, приблизительно линейные изменения, связанные с температурой.

Конечно, в некоторых случаях низкие диэлектрические потери более важны, чем высокая емкость, и поэтому для этих ситуаций можно использовать материалы с более низкими значениями κ и, соответственно, более низкими диэлектрическими потерями.

Некоторые применения диэлектриков полагаются на их электроизоляционные свойства, а не на способность накапливать заряд, поэтому здесь наиболее желательными свойствами являются высокое электрическое сопротивление и низкие диэлектрические потери. Наиболее очевидным из этих применений является изоляция проводов, кабелей и т. Д., Но есть также применения в сенсорных устройствах. Например, можно сделать что-то вроде тензодатчика, испаряя небольшое количество металла на поверхность тонкого листа диэлектрического материала.

Электроны могут перемещаться по металлу за счет нормальной проводимости и через промежуточный диэлектрический материал за счет явления, известного как квантовое туннелирование. Математическое рассмотрение этого явления выходит за рамки данной TLP; просто отметьте, что он позволяет частицам перемещаться между двумя «разрешенными» областями, которые разделены «запрещенной» областью, и что степень туннелирования резко уменьшается по мере увеличения расстояния между разрешенными областями. В этом случае разрешенными областями являются капли затвердевшего металла, а запрещенной областью — высокоомный диэлектрический материал.

Если диэлектрический материал деформирован, он изогнется, что приведет к изменению расстояний между металлическими островками. Это имеет большое влияние на степень, в которой электроны могут туннелировать между островками, и, таким образом, наблюдается большое изменение тока. Следовательно, вышеупомянутое устройство представляет собой эффективный тензодатчик.

Сводка

• Диэлектрики — это электрические изоляторы, поддерживающие заряд.
• Свойства диэлектриков обусловлены поляризацией.
• Существует три основных механизма возникновения поляризации в микроскопическом масштабе: электронный (искажение электронного облака в атоме), ионный (движение ионов) и ориентационный (вращение постоянных диполей).
• Конденсатор — это устройство, которое накапливает заряд, обычно с помощью диэлектрического материала. Его емкость определяется как Q = C V

.

• Диэлектрическая проницаемость κ указывает на способность диэлектрика поляризоваться.Его можно определить как отношение диэлектрической проницаемости к диэлектрической проницаемости вакуума.
• Каждый из механизмов поляризации имеет характерную релаксационную или резонансную частоту. В переменном поле на каждой из этих частот (зависящих от материала) диэлектрическая проницаемость резко падает.
• На диэлектрическую проницаемость также влияет структура, так как она влияет на способность материала поляризоваться.
• Полярные диэлектрики показывают уменьшение диэлектрической проницаемости при повышении температуры.
• Диэлектрические потери — это поглощение энергии при движении зарядов в переменном поле, и они особенно высоки вокруг релаксационных и резонансных частот механизмов поляризации.
• Достаточно сильные электрические поля могут вызвать пробой диэлектрика в материале и стать проводящим.

Вопросы

Быстрые вопросы

Вы сможете без особого труда ответить на эти вопросы после изучения данного TLP.Если нет, то вам следует пройти через это снова!

1. Катион Ca ²⁺ и анион O ^2- разделены расстоянием 2,4 Å. Рассчитайте результирующий дипольный момент. (Заряд электрона = 1,6 × 10 ^-19 Кл)

2. Рассмотрим конденсатор в блоке питания компьютера емкостью 2200 мкФ. Если на этот конденсатор приложить напряжение 10 В, каким будет заряд на положительной пластине? (2 сига инжира)

3. В каком из приведенных ниже случаев статическая диэлектрическая проницаемость A выше, чем у B, если предположить, что и A, и B являются диэлектриками? (обратите внимание, что правильными могут быть несколько ответов)

4. При каких условиях показатель преломления связан с диэлектрической проницаемостью соотношением κ ≈ n ² ?

5. Полярная жидкость подвергается воздействию переменного тока с частотой 50 Гц. Затем частоту тока увеличивают чуть выше частоты релаксации ориентационной моды поляризации. Что из этого лучше всего описывает поведение диэлектрической проницаемости при увеличении частоты?

6. И что лучше всего описывает поведение диэлектрических потерь при увеличении частоты?

7. Вам необходимо сделать конденсатор, который будет работать при низкой напряженности электрического поля и накапливать большое количество заряда.Энергоэффективность не обязательно должна быть высокой (т.е. потери допустимы). Что из следующего вы, скорее всего, поместите между пластинами конденсатора?

Далее

Сайт

Книги

• Dielectrics , P. J. Harrop, 1972 (Butterworths)
  Содержит более математическое рассмотрение диэлектриков, а также информацию о многих других потенциальных приложениях.
• Твердотельный накопитель , второе издание, H.M. Rosenberg, 1978 (OUP)
  Глава 13, «Диэлектрические свойства», дает хороший обзор многих из обсуждаемых здесь вопросов и содержит последнюю часть вывода для взаимосвязи между диэлектрической проницаемостью и показателем преломления.
• Электронное и магнитное поведение материалов , А. Нуссбаум, 1967 (Прентис-Холл) стр. 70-77
  Дает более подробный взгляд на то, как свойства диэлектриков возникают в результате их микроскопической поляризации.

Диэлектрическая проницаемость и показатель преломления

Показатель преломления материала n определяется как отношение скорости света в вакууме к скорости света в этом материале.

$$ n = {c \ over {{c _ {\ rm {m}}}}} $$ где c — скорость света в вакууме, а cm — скорость света в материале.

Можно вывести другое уравнение для скорости света, на этот раз в терминах электрической проницаемости (ε) и магнитной проницаемости (μ) материала.Для этого нам потребуются уравнения Максвелла.

$$ \ nabla \ times {\ bf {E}} = — {{\ partial {\ bf {B}}} \ over {\ partial t}} $$ (1)
$$ \ nabla \ times {\ bf {B}} = \ mu \ varepsilon {{\ partial {\ bf {E}}} \ over {\ partial t}} $$ (2)

Взяв завиток обеих сторон (1), мы можем объединить (1) и (2):

$$ \ eqalign {
\ nabla \ times (\ nabla \ times {\ bf {E}}) = & — {{\ partial (\ nabla \ times {\ bf {B}})} \ over {\ partial t}} \ cr
= & — \ mu \ varepsilon {{{\ partial ^ 2} {\ bf {E}}} \ over {\ partial {t ^ 2}}} \ cr} $$

В общем для любого вектора a:

$$ \ nabla \ times (\ nabla \ times {\ bf {a}}) = — {\ nabla ^ 2} {\ bf {a}} + \ nabla \ cdot (\ nabla \ cdot {\ bf {a }}) $$

Сейчас в вакууме, \ (\ nabla \ cdot {\ bf {E}} = 0 \). {{\ raise0.7ex \ hbox {$ 1 $} \! \ mathord {\ left /
{\ vphantom {1 2}} \ right. \ kern-0em}
\! \ lower0.7ex \ hbox {$ 2 $}}}} \ cr} $$

Напоследок вспомним предыдущее определение диэлектрической проницаемости через диэлектрическую проницаемость:

$$ \ kappa = {\ varepsilon \ over {{\ varepsilon _0}}} $$

Следовательно, κ = n2.

Академический консультант: Зои Барбер (Кембриджский университет)
Разработка контента: Анна Калоркоти
Веб-разработка: Лианн Саллоус и Дэвид Брук

DoITPoMS финансируется Великобританией.
Центр материаловедения и кафедра
материаловедения и металлургии, Кембриджский университет

Диэлектрическая проницаемость

предыдущаяследующая

Диэлектрическая проницаемость материала позволяет измерить его влияние на конденсатор. Это отношение емкости конденсатора, содержащего диэлектрик, к емкости идентичного, но пустого конденсатора.

Альтернативное определение диэлектрической проницаемости относится к диэлектрической проницаемости материала. Диэлектрическая проницаемость — это величина, которая описывает влияние материала на электрическое поле: чем выше диэлектрическая проницаемость, тем больше материал стремится уменьшить любое поле, возникающее в нем. Поскольку диэлектрический материал уменьшает поле, становясь поляризованным, полностью эквивалентным определением является то, что диэлектрическая проницаемость выражает способность материала поляризоваться в ответ на приложенное поле.Диэлектрическая проницаемость (иногда называемая относительной диэлектрической проницаемостью) — это отношение диэлектрической проницаемости диэлектрика к диэлектрической проницаемости вакуума, поэтому чем больше поляризация, создаваемая материалом в приложенном поле заданной силы, тем больше диэлектрическая проницаемость. будет.

Стандартного обозначения диэлектрической проницаемости нет — вы можете увидеть, что он обозначается как κ , ε, ε ′ или ε _r . В этом TLP κ следует использовать, чтобы избежать путаницы с абсолютной диэлектрической проницаемостью, которой также может быть присвоен символ ε .

Два определения диэлектрической проницаемости показаны на диаграмме ниже (зеленые стрелки представляют электрическое поле).

В общем, чем более доступными механизмами поляризации обладает материал, тем больше будет его итоговая поляризация в данном поле и, следовательно, больше будет его диэлектрическая постоянная.

Диэлектрическая проницаемость материала и его показатель преломления тесно связаны уравнением κ = n ² (щелкните здесь, чтобы получить вывод).Однако следует соблюдать осторожность при применении этого уравнения. Он является строго точным только в том случае, если диэлектрическая проницаемость и показатель преломления измеряются в одних и тех же условиях. В частности, поскольку диэлектрическая проницаемость может значительно изменяться с частотой (по причинам, обсуждаемым в следующем разделе этого TLP), мы должны измерять диэлектрическую проницаемость при переменном токе на той же частоте, на которой мы измеряем показатель преломления — частоте видимого света. , ~ 10 ¹⁵ Гц.Однако указанные значения диэлектрической проницаемости обычно относятся к статической диэлектрической проницаемости, то есть диэлектрической проницаемости при постоянном токе. Это часто сильно отличается от значения диэлектрической проницаемости при 10 ¹⁵ Гц.

Исключение составляют материалы, которые обладают только электронной модой поляризации. Для этих материалов диэлектрическая проницаемость существенно не меняется с частотой ниже видимых частот, и κ _S ≈ n ² , где κ _S — статическая диэлектрическая проницаемость.

Подводя итог: уравнение κ = n ² может применяться только к статической диэлектрической проницаемости неполярных материалов или к высокочастотной диэлектрической проницаемости любого диэлектрика.

диэлектрических материалов | Encyclopedia.com

Диэлектрическая проницаемость

Использует

Синтетические диэлектрики

Пробой

Ресурсы

Диэлектрические материалы — это вещества с очень низкой проводимостью.То есть это электрические изоляторы, через которые электрический ток протекает с большим трудом. Технически диэлектрик можно определить как материал с удельной электропроводностью менее одной миллионной части mho (единицы электропроводности) на сантиметр. Диэлектрик также представлен как сименс (величина, обратная его сопротивлению в омах). Материал с проводимостью в один сименс имеет разность электрических потенциалов в один вольт, что дает ток в один ампер; таким образом, сименс = ампер / вольт.

Теоретически диэлектрики могут включать твердые тела, жидкости и газы, хотя на практике только первые два из этих трех состояний вещества имеют какое-либо практическое значение. Некоторые из наиболее часто используемых диэлектриков — это различные виды резины, стекла, дерева и полимеров среди твердых тел; углеводородные масла и силиконовые масла среди жидкостей.

Обычной мерой диэлектрических свойств материала является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическую проницаемость можно определить как способность материала сопротивляться прохождению электрического тока через материал.Меньшее значение диэлектрика

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

Усилитель — Устройство для увеличения количества электрического тока в системе.

Конденсатор — Устройство для приема и накопления электрического заряда, состоящее из двух параллельных проводящих поверхностей, разделенных диэлектрическим материалом.

Проводимость — Способность вещества пропускать электрический ток.

Полимер — Химическое соединение, образованное комбинацией множества более мелких единиц.

Выпрямитель — Устройство, преобразующее переменный ток (AC) в постоянный (DC).

Преобразователь — Устройство для преобразования энергии из одной формы в другую.

Постоянная

, тем больше его сопротивление протеканию электрического тока.

Стандарт, используемый при измерении диэлектрической проницаемости — это вакуум, которому присваивается значение единицы. Диэлектрические постоянные некоторых других распространенных материалов следующие: сухой воздух (при давлении в одну атмосферу): 1.0006; вода: 80; стекло: от 4 до 7; воск: 2,25; янтарь: 2,65; слюда: от 2,5 до 7; бензол: 2,28; четыреххлористый углерод: 2,24; и метиловый спирт: 33,1. Синтетические полимеры сейчас широко используются в качестве диэлектриков. Диэлектрические постоянные для этих материалов колеблются от низкого значения примерно 1,3 для полиэтилена и 2,0 для политетрафторэтилена (Teflon ^® ) до высокого примерно от 7,2 до 8,4 для меламиноформальдегидной смолы.

Практически в любом типе электрического оборудования используются диэлектрические материалы в той или иной форме. Например, провода и кабели, по которым проходит электрический ток, всегда покрыты или обернуты каким-либо изолирующим (диэлектрическим) материалом. Сложное электронное оборудование, такое как выпрямители, полупроводники, преобразователи и усилители, содержит или изготовлено из диэлектрических материалов. Изоляционный материал, расположенный между двумя проводящими пластинами в конденсаторе, также сделан из какого-то диэлектрического вещества.

Жидкие диэлектрики также используются в качестве электроизоляторов. Например, трансформаторное масло — это природное или синтетическое вещество (например, минеральное масло, силиконовое масло или сложные органические эфиры), способное изолировать катушки трансформатора как электрически, так и термически.

Ряд традиционных диэлектрических материалов все еще широко используется в промышленности. Например, пропитанная маслом бумага часто по-прежнему является предпочтительным изолятором для покрытия проводов, по которым проходит ток высокого напряжения. Однако в настоящее время синтетические материалы стали широко популярными для многих применений, когда-то заполненных натуральными веществами, такими как стекло и резина. Преимущество синтетических материалов заключается в том, что они могут быть разработаны для придания очень специфических свойств для специального использования. Эти свойства включают не только низкую диэлектрическую проницаемость, но также прочность, твердость, устойчивость к химическому воздействию и другие желательные качества.

К полимерам, используемым в настоящее время в качестве диэлектриков, относятся полиэтилены, полипропилены, полистиролы, поливинилхлориды, полиамиды (нейлон), полиметилметакрилаты и поликарбонаты.

Когда диэлектрический материал подвергается воздействию сильного электрического поля, он может претерпеть процесс, известный как пробой. В этом процессе материал внезапно становится проводящим, и через него начинает течь большой ток. Возникновение искры также может сопровождать пробой. Точка, в которой происходит пробой любого данного материала, зависит от ряда факторов, включая температуру, геометрическую форму материала и тип материала, окружающего диэлектрик.Способность диэлектрического материала сопротивляться пробою называется его собственной электрической прочностью.

Пробой часто связан с разрушением диэлектрического материала. Материал может окисляться, физически разрушаться или разрушаться каким-либо другим образом, что увеличивает вероятность повышения проводимости. Когда все же происходит разрушение, это часто сопровождается дальнейшим разрушением материала.

См. Также Электроника; Состояние окисления.

КНИГИ

Хафф, Х.Р. и Д.К. Гилмер, ред. Материалы с высокой диэлектрической постоянной . Берлин, Германия: Springer, 2005.

Кан, Кван-Чи. Диэлектрические явления в твердых телах: с упором на физические концепции электронных процессов . Амстердам, Нидерланды и Бостон, Массачусетс: Academic Press, 2004.

Раджу, Горур Г. Диэлектрики в электрических полях . Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2003.

Scaife, B.K. Принципы диэлектриков . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 1998.

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ

Гриднев С.А. «Электрическая релаксация в неупорядоченных полярных диэлектриках». Сегнетоэлектрики 266, вып. 1 (2002): 171-209.

Дэвид Э. Ньютон

Глава — Проводящие и диэлектрические материалы

В этой главе рассматриваются проводящие и диэлектрические материалы и их
свойства при условии статических полей. Проводящие материалы проводят электрический ток
эффективно, в то время как диэлектрики обладают высокими изоляционными способностями, помимо своей способности
для хранения электроэнергии.Проводящие и диэлектрические материалы необходимы во всех электрических
и электронные системы и оборудование. Способность материала проводить
электрический ток называется проводимостью материала. С другой стороны,
взаимодействие между диэлектрическим материалом и электростатическим полем приводит к образованию
дипольные моменты в атомах материала, известные как поляризация. Этот
поляризационная способность материала количественно описывается константой, известной как
диэлектрическая проницаемость материала.Диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала относительно диэлектрической проницаемости
свободное пространство известно как относительная диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая проницаемость материала.
Как проводимость, так и диэлектрическая проницаемость зависят от внутренних свойств
материал. В этой главе представлен подробный вывод значений проводимости и
диэлектрическая проницаемость при проводимости статического поля. Помимо свойств проводящих
и диэлектрических материалов, в главе обсуждается концепция сохранения заряда и
время отдыха; граничные условия между различными средами; сопротивление; в
емкость; накопленная энергия в конденсаторе.Темы главы поддержаны
многочисленные наглядные примеры и рисунки в дополнение к решенным задачам и
домашние задания в конце главы.

Ключевые слова: Емкость, ток проводимости, проводимость, проводник, конвекция.
ток, пробой диэлектрика, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая прочность, диэлектрик,
ток смещения, электрический поток, подвижность, идеальный электрический проводник,
поляризация, время релаксации, сопротивление, удельное сопротивление.

Электричество — Диэлектрические материалы — Физика 299

Электричество — Диэлектрические материалы — Физика 299

«Фундаментальные исследования.
это все равно, что стрелять в воздух стрелой и, когда она приземляется,
раскрашивание мишени »

Гомер Бертон Адкинс

• Во всех наших обсуждениях до настоящего времени мы неявно предполагали, что
  наши заряды находились в вакууме или на поверхности
  проводники.Теперь нам нужно подумать, как учесть
  учитывать наличие непроводящего материала в реальном
  Мир. Диэлектрический материал — это просто еще один способ сказать
  непроводящий материал.

• Представьте себе параллель
  пластинчатый конденсатор, в котором диэлектрический материал помещен между
  пластины (справа внизу). Диэлектрик состоит из
  атомы / молекулы, содержащие положительные и отрицательные
  обвинения. Приложенное электрическое поле между пластинами, E ₀ ,
  вызовет положительные и отрицательные заряды составляющих
  атомы / молекулы слегка двигаться в противоположных направлениях
  (правильно).Электрические дипольные моменты будут «индуцированы» в
  материал, как показано. Чистый эффект будет взиматься с
  появляются на поверхности диэлектрического материала, как показано.
  Говорят, что диэлектрик поляризован, что приводит к
  поляризация электрического поля, E _P .

В
проводников (металлов) есть (почти) свободные электроны, которые будут
двигаться сквозь материал при приложении электрического поля,
генерирование электрического тока.

• Сеть E поле
  между пластинами уменьшено,

где k называется диэлектрической проницаемостью или
относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Обратите внимание, что для вакуума, поскольку E _P = 0, k = 1
а так как E _P 0 для всех остальных
материалы k> 1.

• Легко показать, что для конденсатора с параллельными пластинами
  напряжение (стр.г) между пластинами и запасенной энергией
  уменьшаются в k раз, тогда как емкость
  увеличился в k раз.

• Путем применения закона Гаусса к параллельной пластине
  конденсатор с диэлектриком между пластинами может быть
  Показано, что для учета наличия диэлектрика
  Закон Гаусса принимает вид,

Как правило, когда диэлектрическая среда
присутствует везде, где появляется ε ₀ , его необходимо заменить
по ε ₀ к.

Химик, биолог и
инженер-электрик сидел в камере смертников и ждал
электрический стул.

Первым выдвинули химика.
«У вас есть что-нибудь, что вы хотите сказать?» спросил
палач, пристегивая его. «Нет», — ответил химик.
Палач щелкнул выключателем, и ничего не произошло.В соответствии с законодательством этого конкретного государства, если попытка казни
не удается, заключенный должен быть освобожден, поэтому химик был
вышел.

Потом привезли биолога
вперед. «У вас есть что-нибудь, что вы хотите сказать?» «Не просто
продолжай. «Палач щелкнул выключателем и
Опять ничего не произошло, поэтому биолог был отпущен.

Тогда инженер-электрик был
выдвинуты.