1 / 28

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ часть 1

Эл. физ. Св - ва диэл . материалов . Слайд 1. Всего 29. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ часть 1. Автор Останин Б.П. Конец слайда. Эл. физ. Св - ва диэл . материалов . Слайд 2. Всего 29.

akeem-everett
Download Presentation

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ часть 1

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 1. Всего 29. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ часть 1 Автор Останин Б.П. Конец слайда

  2. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 2. Всего 29. Основным свойством диэлектриков является их способность к поляризации. Которая заключается в том, что под действием электрического поля его связанные заряды упорядочиваются. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  3. Четыре механизма (вида) поляризации Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 3. Всего 28. Электронная поляризация Ионная поляризация (два вида) Дипольная поляризация Спонтанная поляризация Автор Останин Б.П. Конец слайда

  4. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 4. Всего 29. Электронная поляризация в чистом виде проявляется у неполярных диэлектриков, состоящих из электрически нейтральных молекул, у которых центры положительных и отрицательных зарядов совпадают (полистирол, полиэтилен и др.). Возникает дипольный момент m. l - расстояние между центрами положительного и отрицательного зарядов диполя. Процесс образования диполя протекает практически мгновенно (10-14…10-16 с) и наблюдается у всех видов диэлектриков. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  5. m _ + + l ℰ = 0 ℰ 0 Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 5. Всего 28. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  6. Интенсивность процесса поляризации РД - поляризованность диэлектрика, n - количество частиц в единице объёма. Без диэлектрика Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 6. Всего 28. О способности диэлектрика поляризоваться судят по увеличению ёмкости конденсатора при помещении этого диэлектрика между обкладками конденсатора. 0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (8,8410-12 Ф/м), S - площадь обкладок конденсатора, d - расстояние между обкладками. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  7. + Q0 - Q0 _ + _ + _ + U Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 7. Всего 28. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  8. _ _ _ + + + _ _ _ + + + _ + _ _ _ + + + _ _ _ + + + _ + U Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 8. Всего 28. - (Q0 + QНАВ) + (Q0 + QНАВ) Для неполярных диэлектриков  = 2…2,5. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  9. ℰ  0 ℰ = 0 Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 9. Всего 28. Дипольная поляризация Имеет место в полярных диэлектриках, молекулы которых представляют собой твёрдые диполи (бакелит, целлюлоза, эпоксидная смола). Поворот диполей в направлении поля связан с преодолением межмолекулярных сил, поэтому протекает сравнительно медленно и сопровождается потерями энергии на нагрев диэлектрика. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  10. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 10. Всего 28. После прекращения действия электрического поля диполи возвращаются в прежнее положение и поляризованность уменьшается по экспоненте РД (0) - величина поляризованности в момент времени t0, когда прекращается действие поля; 0 - время релаксации, в течение которого поляризованность уменьшается в eраз (е = 2,71) от первоначального значения. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  11. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 11. Всего 29. Процесс дипольной поляризации сопровождается электронной поляризацией, поэтому степень поляризованности полярного диэлектрика более высокая и относительная диэлектрическая проницаемость е достигает 6…9. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  12. Два типа кристаллических диэлектриков Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 12. Всего 28. Ионная поляризация Диэлектрики с плотной упаковкой ионов Диэлектрики с неплотной упаковкой ионов Автор Останин Б.П. Конец слайда

  13. + _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 13. Всего 28. Ионная поляризация кристаллических диэлектриков с плотной ионной структурой (слюда) Автор Останин Б.П. Конец слайда

  14. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 14. Всего 29. В состоянии равновесия действие сил электрического поля уравновешивается… qℰ = kУПРх kУПР - коэффициент упругой связи; х - смещение ионов, меньшее периода решётки; ℰ. - напряжённость электрического поля. Время установления ионной поляризации – порядка 10-13 с.  = 5…12 Автор Останин Б.П. Конец слайда

  15. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 15. Всего 28. Ионная поляризация диэлектриков с неплотной ионной структурой (органическое стекло и др.) Ионы под воздействием поля смещаются на расстояния, превышающие постоянную решётки. После снятия поля ионы постепенно возвращаются к центру равновесия. Такой вид поляризации называется ионно-релаксационной. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  16. ℰ3 ℰ2 ℰ1 ℰ = 0 Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 16. Всего 28. Спонтанная (самопроизвольная) поляризация Этот вид поляризации имеет место в твёрдых диэлектриках – сегнетоэлектриках [кварц, титанат бария (BaTiO3) и др.]. У них даже при отсутствии внешнего электрического поля наблюдается самопроизвольная (спонтанная) ориентация диполей в отдельных областях, называемых доменами. Размеры доменов – 10-4… 10-1 см. В каждом из доменов электрические моменты направлены одинаково, а в разных доменах по разному. Поэтому общий электрический момент сегнетоэлектрика равен нулю. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  17. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 17. Всего 28. При помещении сегнетоэлектрика в электрическое поле, по мере роста напряженности поля будет происходить обратимое смещение границ доменов в направлении поля и нелинейное возрастание электрической индукции D (участок ОА на рисунке). В сильных электрических полях смещение доменных границ принимает необратимый характер, при этом разрастаются те домены, у которых вектор спонтанной поляризации имеет наименьший угол с направлением вектора напряженности электрического поля. Одновременно с этим происходит поворот диполей по направлению поля (участок АВ на рисунке). Явление гистерезиса … Автор Останин Б.П. Конец слайда

  18. D B + Dr A - EC + EC 0 ℰ - Dr C Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 18. Всего 28. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  19. Относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика определяется по основной кривой поляризации ℰ D,   D D1 0 ℰ1 ℰ Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 19. Всего 28. 1 Относительная диэлектрическая проницаемость, измеренная в слабых полях, называется начальной. В сильных полях диэлектрическая проницаемость достигает значения 104…106. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  20. Полярные Неполярные 0 T Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 20. Всего 28. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и частоты Влияние температуры на величину диэлектрической проницаемости оценивают температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости: Автор Останин Б.П. Конец слайда

  21. Полярные Неполярные 0 T Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 21. Всего 28. У неполярных диэлектриков диэлектрическая проницаемость слабо уменьшается с ростом температуры, т.к. уменьшается плотность диэлектрика, а, следовательно, количество поляризуемых частиц. Величина α отрицательна, примерно равна коэффициенту линейного расширения диэлектрика и составляет около -10010-6 1/K. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  22. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 22. Всего 28. У полярных диэлектриков зависимость (Т) имеет характерный максимум. В области низких температур повышение температуры ведёт к ослаблению межмолекулярных сил, что облегчает поворот диполей под действием сил поля. В области высоких температур  уменьшается из-за возрастания беспорядочных тепловых колебаний. В ионных кристаллах с плотной упаковкой наряду с уменьшением плотности вещества наблюдается возрастание поляризуемости ионов вследствие ослабления упругих связей между ними при тепловом расширении, поэтому диэлектрическая проницаемость с ростом температуры возрастает (α = +10010-6 1/K). У некоторых кристаллов, содержащих ион титана (рутил TiO2, перовскит CaTiO3), преобладает электронная поляризация, поэтому с ростом температуры диэлектрическая проницаемость уменьшается (α = -150010-6 1/K для перовскита, α = -75010-6 1/K для рутила). Эти диэлектрики применяют в термокомпенсирующих конденсаторах. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  23. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 23. Всего 28. В ионных кристаллах с неплотной упаковкой с увеличением температуры возрастает число слабо связанных ионов, поэтому диэлектрическая проницаемость возрастает. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости таких диэлектриков достигает значения α= +10010-6 1/K. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  24. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 24. Всего 29. Наиболее сильная зависимость от температуры наблюдается у сегнетоэлектриков, у которых увеличение температуры приводит к ослаблению сил, препятствующих ориентации доменов. Поэтому поляризованность доменов с ростом температуры возрастает, что ведёт к увеличению диэлектрической проницаемости. Рост диэлектрической проницаемости происходит до температуры ТК, называемой температурой Кюри. За пределами этой температуры происходит распад доменов и резкое уменьшение диэлектрической проницаемости. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  25. 0 TК T Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 25. Всего 28. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  26. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 26. Всего 28. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости обусловлена инерционностью процессов поляризации. У неполярных диэлектриков, характеризующихся электронной поляризацией, процесс образования упругих диполей протекает практически мгновенно, поэтому диэлектрическая проницаемость не зависит от частоты. У полярных диэлектриков в области нижних частот вплоть до частоты f1 диполи успевают поворачиваться за половину периода колебаний, поэтому диэлектрическая проницаемость практически не зависит от частоты. На частотах выше f1диполи не успевают следовать за изменениями электрического поля, вследствие чего снижается интенсивность дипольной поляризации и резко уменьшается диэлектрическая проницаемость. На частотах выше f2 процесс дипольной поляризации полностью отсутствует и сохраняется только электронная поляризация. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  27. Полярные Неполярные 0 f1 f2 f Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 27. Всего 28. Автор Останин Б.П. Конец слайда

  28. Эл. физ. Св-ва диэл. материалов . Слайд 28. Всего 28. Контрольные вопросы 1. Основным свойством диэлектриков является … 2. Перечислите четыре механизма (вида) поляризации. 3. Поясните механизм электронной поляризации. 4. Поясните механизм дипольной поляризации. 5. Поясните механизм ионной поляризации. 6. Поясните механизм спонтанной (самопроизвольной) поляризации. 7. Поясните явление гистерезиса в сегнетоэлектриках. 8. Поясните понятие «основная кривая поляризации». 9. Поясните понятие «остаточная электрическая индукция». 10. Поясните понятие «коэрцетивная сила» 11. Влияние температуры на величину диэлектрической проницаемости оценивают … 12. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости обусловлена … Автор Останин Б.П. Конец слайда

More Related