Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

Элeктрoизoляциoнныe материалы прaктичeски нe прoвoдят электрический ток, чaстo иx нaзывaют, диэлeктрикaми, oблaдaют бoльшим удельным сопротивлением, пoрядкa 10/8 – 10/13 Oм.м. Oни испoльзуются для изoлирoвaния токоведущих чaстeй элeктрoустaнoвoк. Пoлупрoвoдникoвыe материалы, a тoчнee удельное сопротивление пoлупрoвoдникoв измeняeтся в oчeнь бoльшoм интeрвaлe пo срaвнeнию с диэлeктрикaми и прoвoдникaми – oт 10/-5 дo 10/8 Oм-м.

Диэлектрическая проницаемость смесей

На практике часто используются неоднородные композиционные диэлектрики, представляющие собой смеси двух или более различных веществ - компонентов смеси. К таким материалам относятся многие пластические массы, состоящие из связующего и наполнителей, керамические, волокнистые, пропитанные и непропитанные пористые материалы и т.п.

Для расчета эффективной диэлектрической проницаемости смеси предполагается, что ее отдельные компоненты не вступают друг с другом в химические реакции, т.е. смесь является физической.

 

[Конденсаторы]

Простейшим неоднородным диэлектриком является плоский конденсатор, который можно рассматривать как два параллельно (а) или последовательно (б) соединенных конденсатора с однородными диэлектриками.

Обозначая через y1 и y2 доли объемного содержания (объемные концентрации) первого и второго компонента для рассмотренного случая будем иметь для параллельного соединения:

* = 1 y1 + 2 y2 ; (21)

для последовательного соединения:

* = 12/( y11 + y22) ; (22)

Для более общего случая смеси, состоящей из m компонентов для параллельного соединения:

* = yii ; (23)

для последовательного соединения:

1/* = (yi/i) ;(24)

Для расчета статистической смеси (хаотической, неупорядоченной в пространстве) предложено большое число формул, из которых широкое применение имеет формула Лихтенеккера. Эта формула, носящая название логарифмического закона смещения, для смеси двух компонентов имеет вид:

lg* = y1lg1 + y2lg2 ; (25) а для m компонентов: lg* = yi lgi; (26)

Для "вспененных" материалов (пенопластов, пенокерамики и др.), заполненных большим количеством мелких пор, из последней формулы (считая, что для газов =1, а плотность равна нулю) получается уравнение

lg*= D*/Dт lgт ; (27)

где т и Dт - диэлектрическая проницаемость и плотность сплошного, твердого диэлектрика,

a * и D* - диэлектрическая проницаемость и плотность вспененного материала.

Основные виды поляризации в некоторых газообразных, жидких и твердых диэлектриках

 

Материалдиэлектрическая проницаемостьполярностьвиды поляризации
ГАЗЫ
Воздух1.00058неполярныйэлектронная
Элегаз1.00191неполярныйэлектронная
Аммиак1.0066полярныйэлектронная, дипольная
ЖИДКОСТИ
Кабельное масло МН-42.2неполярныйэлектронная
Бензол2.218Неполярныйэлектронная
Трихлордифенил5.9полярныйэлектронная, дипольная
ТВЕРДЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
Парафин1.9 - 2.2неполярныйэлектронная
Полистирол2.2 - 2.6неполярныйэлектронная
Орг.стекло4.0полярноеэлектронная, дипольно-релаксационная
Фенолоформальдегидная смола4.5полярнаяэлектронная, дипольно-релаксационная
Каменная соль6.0неполярнаяэлектронная, ионная
Титанат кальция150полярныйэлектронная,ионная, электронно-релаксационная
Сегнетокерамика ВК-320000полярнаяэлектронная,ионная, спонтанная
Бариевое стекло10полярноеэлектронная,ионная, ионно-релаксационная
 


По строению молекул диэлектрики делят на неполярные (нейтральные) и полярные. Нейтральные диэлектрики состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обладают электрическими свойствами. Нейтральными диэлектриками являются: полиэтилен, фторопласт-4 и др. Среди нейтральных выделяют ионные кристаллические диэлектрики (слюда, кварц и др.), в которых каждая пара ионов составляет электрически нейтральную частицу