Свойства и применение твердых диэлектриков - Курсовая работа

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Реальный (технический) диэлектрик тем более приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем слабее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением, теплоты. Развитие основных процессов может, в свою очередь, привести к ряду дополнительных процессов: к потере энергии электрического поля в диэлектрике и пробою диэлектрика. Активными называются диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий и использовать эти воздействия для создания функциональных элементов электроники. В зависимости от влияния напряженности электрического поля на значение относительной диэлектрической проницаемости материала все диэлектрики подразделяют на линейные и нелинейные.К первой группе принадлежат диэлектрики, состоящие из молекул, у которых “центры тяжести” положительных и отрицательных зарядов совпадают (например, бензол и др). Молекулы таких диэлектриков в отсутствие внешнего электрического поля не обладают дипольным моментом Каждая молекула при этом становится полярной (дипольной), подобной электрическому диполю и приобретает дипольный электрический момент Такого рода поляризация называется электронной. При помещений диэлектрика в электрическое поле все неполярные молекулы превращаются в дипольные, расположенные цепочками вдоль силовых линий поля (рис.14.2). Благодаря тепловому движению дипольные молекулы расположены в диэлектрике беспорядочно (рис.14.3 а).В кристаллических веществах ионную проводимость можно объяснить, исходя из представлений о внутренних нарушениях структуры или дефектах решетки. Согласно Я.И.Френкелю под действием тепловых флуктуаций ионы получают иногда энергию, достаточную, чтобы покинуть нормальные положения в решетке и попасть в пространство между нормально закрепленными ионами (межузлия).Диэлектрические потери - та часть энергии электрического поля, которая рассеивается в диэлектрике в виде тепла. Нагрев диэлектрика в постоянном электрическом поле зависит от значений удельных объемного и поверхностного сопротивлений (или удельной проводимости). Если известно сопротивление диэлектрика в Омах, то потери мощности в нем Р в ваттах можно подсчитать по известному соотношению Для сопоставления потерь различных материалов лучше пользоваться удельными потерями, которые для единичного объема диэлектрика в виде куба со стороной 1m будут определяться по формуле ПОТЕРИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НЕОДНОРОДНОСТЬЮ - вызывается проводящими и газовыми включениями, слоистостью и т.п.Минимальное напряжение Uпр, приложенное к диэлектрику, и приводящее к образованию в нем проводящего канала, называется пробивным напряжением. В зависимости от того, замыкает ли канал оба электрода, пробой может быть полным, неполным или частичным. У твердых диэлектриков возможен также поверхностный пробой, после которого повреждается поверхность материала, образуя на органических диэлектриках науглероженный след-трекинг. Зависимость пробивного напряжения от времени приложения напряжения называют кривой жизни электрической изоляции. Снижение Uпр от времени происходит изза электрического старения изоляции - необратимых процессов под действием тепла и электрического поля.Все диэлектрические материалы можно разделить на группы, используя разные принципы. Старение на переменном напряжении практически отсутствует, склонны к старению на постоянном напряжении.Они обладают низкими диэлектрическими потерями, высоким удельным сопротивлением, высокой электрической прочностью, высокой технологичностью и, как правило, невысокой ценой.Термопласты - размягчаются при нагревании, что позволяет использовать простую технологию термопрессования. При этом гранулы исходного полимера помещают в камеру термопласт - автомата, нагревают до температуры размягчения, прессуют и охлаждают. Полиэтилен производят путем полимеризации газа этилена при повышенных давлениях и температурах. В настоящее время более распространена технология получения полиэтилена с помощью катализаторов при невысоком давлении до 1 МПА, невысокой температуре до 80 °С. Полиэтилен широко используют в качестве силовой электрической изоляции в кабелях, в особенности т.н.Технология приготовления состоит из варки щепы и опилок в щелочном растворе с добавками. Целлюлозные волокна разделяются, полученная пульпа загущается удалением некоторого количества воды, из нее удаляются металлические примеси. При этом электрическая прочность бумаги толщиной 10 мкм, пропитанной трансформаторным маслом, составляет до 10 МВ/см. Электротехнический картон используется в качестве диэлектрических дистанцирующих прокладок, шайб, распорок, в качестве изоляции магнитопроводов, пазовой изоляции вращающихся машин и т.п.Этот материал относится к каучукам, основное свойство которых - эластичность.

Содержание

Введение

Глава 1. Понятие «диэлектрик»

1.1 Общие характеристики твердых диэлектриков

1.2 Поляризация диэлектриков

1.3 Электропроводность твердых диэлектриков

1.4 Потери в диэлектриках

1.5 Электрическая прочность диэлектриков

Глава 2. Виды диэлектриков

2.1 Разновидности диэлектриков

2.2 Свойства наиболее применяемых диэлектриков

2.3 Полимерные материалы

2.4 Бумага и картон

2.5 Материалы для изоляторов

2.6 Слюдяные материалы

Глава 3. Применение твердых диэлектриков

3.1 Применение твердых диэлектриков в энергетике

3.2 Применение тв-х диэлектриков в РЭА

Заключение