3. Диэлектрические материалы.

Диэлектрики – это материалы, у которых удельное сопротивление ρ=10⁸ – 10¹⁸ Ом*м.

Диэлектрики могу быть:

1. природными и синтетическими.

2. твердыми, жидкими, газообразными,

3. органическими и неорганическими.

Диэлектрики, применяемые в производстве РЭА классифицируют по применению:

1. изоляционные материалы. Применяются для изоляции токоведущих частей РЭА,

2. пассивные диэлектрики. Применяются для накопления энергии в конденсаторах,

3. активные диэлектрики, применяются для усиления, генерации и преобразования электрической энергии.

3.1 Физико-химические свойства диэлектриков.

При изготовлении РЭА оценивают следующие свойства:

1.Механические свойства и характеристики (прочность, твердость, упругость и т.д.)

2. Тепловые свойства:

• тепловое расширение

• температура плавления или размягчения

• нагревостойкость – способность сохранять свои свойства при повышенных температурах

• холодостойкость – способность электрической изоляции выдерживать низкие температуры без снижения изоляционных свойств.

3. Гигроскопичность – способность материала впитывать влагу из окружающей среды.

5. Влагостойкость – способность сохранять свойства в насыщенных водяных парах и дистиллированной воде.

6. Смачиваемость – способность материала удерживать на поверхности молекулы воды.

7. Химические свойства:

   • стойкость к воздействию агрессивной среды

   • растворимость – способность вещества переходить в растворы в единицу времени с единицы поверхности. Оценивается при изготовлении жидких диэлектрических лаков и других покрытий.

   • растворяемость – способность жидких диэлектриков растворять в себе тот или иной материал.

   • возможность склеивания.

3.2 Электрофизические свойства диэлектриков.

3.2.1 Основным электрофизическим свойством конденсаторных диэлектриков является поляризация.

Поляризация – это процесс смещения и упорядочения связанных электрических зарядов в диэлектрике под воздействием приложенного внешнего электрического поля.

В зависимости от структуры диэлектрика существуют следующие виды поляризации:

1. Электронная или мгновенная поляризация. Это смещение электронов в сторону положительного электрода, в результате образуются пары связанных зарядов – упругие диполи, которые существуют только при наличии электрического поля. При снятии напряжения они также прекращают существование Время мгновенной поляризации 10^-14 – 10^-16 сек.

Электронная поляризация происходит во всех диэлектриках, но наиболее характерна для неполярных. Электронная поляризация происходит без потерь энергии. Вектор тока опережает вектор напряжения на 90 градусов.

2. Ионная поляризация. Происходит за счет смещения связанных ионов из положения равновесия. также происходит без потерь энергии.

3. Дипольно-релаксационная (замедленная).

Наблюдается в полярных диэлектриках, где существуют твердые диполи до до воздействия внешнего поля Их образование связано с несимметричным строением молекул.

в полярных диэлектриках происходит два вида поляризации – сначала происходит мгновенное смещение электронов, затем протекает более длительный процесс поворота полярных молекул. Такая поляризация происходит с потерями энергии на преодоление сил внутреннего поля диполей.

Время дипольной поляризации 10^-2 – 10^-8 сек.

Величина, которая характеризует степень ослабления напряженности внешнего приложенного поля за счет внутреннего поля диэлектрика, называется диэлектрической проницаемостью.

ε=

Величина ε (диэлектрическая проницаемость) зависит от:

1. Температуры. У неполярных диэлектриков при повышении температуры ε очень незначительно снижается за счет уменьшения концентрации молекул из-за увеличения объема.

У полярных диэлектриков при повышении температуры ε повышается за счет ослабления межмолекулярных связей. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры характеризуется ТК_ε (температурным коэффициентом).

ε(t^о) = ε₁•(1+ ТК_ε  ^о)