Вопросы для самоконтроля

1. Сущность зонной теории.

2. В чем суть теории электропроводности Друде?

3. Основные параметры электропроводности, их размерности.

4. Классификация электротехнических материалов и ее связь с энергетическими зонами твердого тела.

5. Электропроводность проводниковых материалов, ее основные зависимости.

6. Основные электрические свойства и параметры проводниковых материалов.

7. Как влияет температура и примеси на электропроводность проводниковых материалов?

8. Какие знаете группы проводниковых материалов, и какие основные свойства характеризуют каждую из них?

9. Где применяются проводниковые материалы различных групп? Назовите конкретные материалы каждой группы.

10. Полупроводники, их отличия от проводниковых материалов, по строению, чистоте, свойствам.

11. Чем отличается применение полупроводниковых материалов от проводниковых?

Тема 10. Диэлектрические материалы

Методические указания. При изучении темы обратить внимание на понятие диэлектрик, их классификацию по назначению, применению и природе. Знать основные свойства диэлектриков, физические явления, определяющие эти свойства, и характеризующие параметры. Обратить внимание на влияние влаги, температуры, частоты и других факторов на свойства диэлектриков. Знать названия широко применяемых диэлектриков, их применение, обозначение.

Ключевые моменты темы: знание физических явлений, определяющих свойства диэлектриков: поляризацию, электропроводность, диэлектрические потери, электрическую прочность, нагревостойкость; изменение свойств при действии влаги, температуры, частоты; параметры диэлектриков, их применение.

Теоретические материалы

К диэлектрическим (диэлектрикам) относятся материалы, имеющие удельное электрическое сопротивление ρ более 10⁸ Ом*м. На энергетической диаграмме их валентная зона отделена от зоны проводимости широкой зоной запрещенных энергий. В диэлектрических материалах преобладает ионный или ковалентный тип химической связи, и практически нет свободных носителей зарядов.

10.1. Классификация и основные свойства диэлектриков

Многообразие диэлектрических материалов отражается и на их классификации по различным признакам.

По агрегатному состоянию диэлектрические материалы подразделяются на газообразные (различные газы, воздух), жидкие (различные масла), и твердые. В рамках дисциплины будут рассмотрены только твердые диэлектрики.

По назначению диэлектрики подразделяют на:

–собственно диэлектрические материалы – класс электротехнические материалов, предназначенных для использования их различных диэлектрических свойств (большее ρ, поляризацию, диэлектрические потери и другие);

–электроизоляционные материалы – диэлектрики, предназначенные для создания электрической изоляции токоведущих частей в электротехнических и радиоэлектронных устройствах (основные свойства у них – большие значения сопротивления изоляции Ru, удельного сопротивления ρ, электрической прочности).

По постоянству свойств диэлектрики подразделяют на:

– пассивные – (их свойства стабильные при различных внешних воздействиях);

–активные – (их свойствами можно управлять с помощью различных воздействий энергетического характера, например температуры в пироэлектриках, вызываемыми механическими напряжениями в пьезоэлектриках и другие.).

По химическому составу диэлектрики подразделяют на неорганические (слюда, керамика, стекло), органические (полимеры, пластмассы, светотехнические материалы), и элементоорганические, в молекулы которых входят атомы Si, Mg, Al, Ti, Fe и других элементов.

Диэлектрики обладают большим разнообразием свойств, которые определяются природой сил химических связей между частицами, из которых состоит диэлектрик, и их структурой.

Свойства диэлектриков как конструкционных материалов рассмотрены в предыдущих темах. Из многообразия электрических свойств, определяющих их техническое применение, к основным можно отнести:

– поляризацию;

– электропроводность;

– диэлектрические потери;

– электрическую прочность;

– нагревостойкость.