3. 3 Диэлектрические материалы

Задача № 3.3.1

Конденсаторная керамика при 20°С имеет проводимость γ° = 10^-13 Сим/см. Какова проводимость γ_т при заданной температуре, если температурный коэффициент сопротивления  α= 0,8?

№ варианта	Т° , С
8	45

            Дано:

Т=45˚С

Найти:γ_т

Решение.

Проводимость и удельное сопротивление взаимно обратно  пропорциональны:

 

Зависимость объемного  удельного сопротивления твердого диэлектрика от температуры выражается формулой:

,

где – сопротивление диэлектрика при температуре окружающей среды 20˚С,

- температурный коэффициент сопротивления

 

(1)

выразим из формулы (1):

 

теперь определим проводимость при заданной температуре Т = 45˚С:

Сим/см

 

 

 

 

 

Задача  № 3.3.2

Определить пробивное  напряжение U_пр между электродами конденсатора на рабочей частоте f, если температура, до которой нагревается в электрическом поле диэлектрический материал толщиной h конденсатора, не превышает Т^о_кр.

№ вар.	Материал	f, кГц	h, мм	Т, ^оС	tg	tg , 1/К
8	Бакелит	10	0,2	70	1 * 10^-2	0,05	3,0	25

          Дано:

Материал – Бакелит

f=10 кГц

h=0,2 мм

Т=70^оС

tg δ=1 * 10^-2

αtg δ= 0,05 1/К

ε=3,0

σ= 25[Вт/см²*град]

Найти:U_пр

           Решение:

 

Пробивное напряжение найдем по формуле:

,

 

гдеК=1,15·10⁵- числовой коэффициент;

f – частота, Гц;

tgδ₀ – тангенс угла потерь диэлектрика при температуре окружающей среды;

h – толщина;

σ– коэффициент теплоотдачи , Вт/м²·К;

α – температурный коэффициент тангенса угла потерь

В диэлектриках, имеющих  ε < 10, преобладающими являются потери сквозной электропроводности

 

 

Задача  № 3.3.3

Как изменится электрическая  прочность воздушного конденсатора, если расстояние между электродами уменьшить от h₁ до h₂?

№ варианта	H1, см	h2, см
8	10	0,01

          Дано:

h₁=10см

h₂=0,01 см

Решение.

Электрическая прочность  диэлектрика:

где U_пр – напряжение пробоя диэлектрика.

h – толщина материала.

Так как рассматриваемые  расстояния между обкладками конденсатора много меньше размера обкладок, то возникает однородное поле,  при  уменьшении расстояния между электродами  электрическая прочность воздуха  возрастает, это связано с трудностью формирования разряда.

При неизменном U_пр, при h₁:

(1)

 

при h₂:

(2)

разделим (2) на (1):

Количественно, электрическая  плотность увеличится в 1000 раз.

 

 

3.4 Магнитные материалы

Задача  № 3.4.1

Один из магнитных  сплавов с прямоугольной петлей гистерезиса ППГ имеет следующие параметры: поле старта H_о, коэрцитивную силу H_с, коэффициент переключения S_ф. Найти время переключения

Дано:

H_о=3 А/м

H_с=3А/м

S_ф=14мкк/м

Найти: i

Решение.

Коэффициент переключения для магнитных материалов с прямоугольной  петлей гистерезиса:

 

 

где - напряженность магнитного поля, соответствующая максимальной магнитной индукции В .

- время переключения.

 

 

Ответ: время переключения =14мксек.

 

Задача 3.4.2.

Магнитодиэлектриквыполнен из порошков никелево-цинкового феррита HН400 и полистирола с объемным содержанием магнитного материала α. Определить магнитную и диэлектрическую проницаемость материала μиε, если магнитная диэлектрическая проницаемость магнитного материала μ_а, ε_мимеет заданные значения. Диэлектрическая проницаемость полистирола ε д=2,5.

 

Дано:

α=0,1

ε_м=40

Найти:μ,ε

Решение.

Для магнитодиэлектрика, состоящего из связующего диэлектрика  и магнитного наполнителя магнитная  проницаемость  :

,

где - магнитная проницаемость магнитного  наполнителя (начальная магнитная проницаемость)

 

Диэлектрическая проницаемость  магнитодиэлектрика :

 

 

 

 

Справочная  литература:

 

1. И. В. Савельев. Курс общей физики, том 3, М.: Наука, 1979, с 304.

2. Свитенко В.Н., Элементы и компоненты РЭУ. Радиоматериалы.:Учебное пособие для специальности "Радиотехника" - Киев 1990г. - 93с.

3. Конструкционные и электротехнические материалы под редакцией В.А.ФилиповаМ.:Высшая школа, 1990г.

4. Никулин Н.В., Электроматериаловедение М.: М.:Высшая школа, 1989г.

5. Пасынков В.В., СорокинВ.С., Материалы электронной техники. М.: М.:Высшая школа, 1986г.

Краткое описание

Магнитные материалы. Разделение радио- и электротехнических материалов на проводники, полупроводники, диэлектрики было произведено по их способности проводить электрический ток. Однако это свойство материалов не является единственным. В соответствии с магнитными характеристиками различают диамагнитные, парамагнитные и сильномагнитные вещества (в технике их чаще называют магнитными материалами или просто магнетиками). Диэлектрические материалы - материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации. В радиотехнике применяют множество различных диэлектриков.

Оглавление

1. Основные вопросы курса. 1.1 Общие вопросы. 1.Основные требования, предъявляемые к электрорадиоматериалам. 2.Классификация радиоматериалов по физико-химическим свойствам. 3.Экологические аспекты технологии формирования материалов (диэлектриков, полупроводников, проводников, магнитных материалов). 1.2 Проводниковые материалы. 1.Физико-химические свойства проводниковых материалов. 2.Параметры и характеристики проводимости проводниковых материалов. 3.Материалы с высокой удельной проводимостью. Сверхпроводники. Криопроводники. Характеристики. Области применения в электронике. 4.Металлы с большим удельным сопротивлением. Характеристики. Область применения. 5.Неметаллические проводники. Характеристики проводимости неметаллических проводников. 1.3 Полупроводниковые материалы. 1.Физико-химические свойства полупроводниковых материалов. 2.Области применения полупроводниковых материалов в электронике. 3.Собственные полупроводники. 4.Донорные полупроводники. 5.Акцепторные полупроводники. 6.Электропроводность в полупроводниках. 7.Токи в полупроводниках. 8.Влияние температуры на электропроводность полупроводников. 9.Влияние света на электропроводность полупроводников. 10.Влияние деформации на электропроводность полупроводников. 11.Влияние сильных электрических полей на электропроводность полупроводников. 12.Структура и проводимость германия. 13.Структура и проводимость кремния. 14.Полупроводниковые соединения типа АIIBVI. Характеристики. Области применения в электронике. 15.Полупроводниковые соединения типа АIIIBV. Характеристики. Области применения в электронике. 16.Твердые растворы на основе полупроводниковых соединений. Характеристики. Области применения в электронике. 1.4 Диэлектрические материалы. 1.Назначение диэлектрических материалов. Основные характеристики. 2.Виды поляризации диэлектриков. 3.Электропроводность диэлектриков. 4.Диэлектрические потери электроизоляционных материалов. Виды диэлектрических потерь. 5.Пробой диэлектриков. Виды пробоя. 6.Пассивные диэлектрики. Классификация. Область применения в электронике. 7.Активные диэлектрики. Классификация. Область применения в электронике. 8.Органические материалы. Физико-химические свойства органических материалов. 9.Области применения органических материалов в электронике. 1.5 Магнитные материалы. 1.Классификация веществ по магнитным свойствам. 2.Магнитные характеристики материалов. Модели намагничивания материалов. 3.Металлические магнитномягкие материалы. Характеристики. Области применения в электронике. 4.Металлические магнитотвердые материалы. Характеристики. Области применения в электронике. 5.Ферриты. Характеристики. Области применения в электронике. 6.Магнитодиэлектрики. Характеристики. Области применения в электронике