5. kérdés: a dielektrikumok polarizációja
Nagyfrekvenciás koaxiális kábel, hossza l = 14cm
a blokk fém tokjának felületén található (2. ábra), ahol a számok jelzik:
1 - D1 átmérőjű belső rézvezető = 0,9 mm;
2 - belső szigetelés polietilénből (# 949; 2 = 2,3; # 961; 2 = 10 14 Ohm · m);
3 - rézháló pánt, D2 belső átmérővel = 5,7 mm és vastagsága # 948; = 0,3 mm;
4 - külső szigetelő réteg vastagsága h = 0,9 mm, polivinil-klorid műanyagból
Számítsa ki a kapacitást és a szigetelési ellenállást:
a) a belső vezető és a fonat között, ha a kábel a végeken nyitott;
b) a kábel zsinórja és a készülék teste között, feltételezve, hogy a kábel felülete érintkezik az 5 testtel egy a = 1 mm méretű szakaszban.
a) A kábelszakaszban (2. ábra) a 2 polietilén szigetelésben a dx infinitezimális vastagságú területet választjuk ki, amelynek koordinátája x a kábel középpontjától mérve. Az x és x + dx sugár hossza ugyanaz lehet.
Ezután a dx vastagság (x koordinátával) és a szivárgási áram (Iut) vastagsága egyenlő
A dielektrikumok elektrofizikai tulajdonságai.
5. kérdés: A dielektrikumok polarizálása. A polarizáció típusai.
Az elektromos térbe bevezetett anyag lényegesen megváltoztathatja azt. Ez annak köszönhető, hogy az anyag töltött részecskékből áll. Külső mező hiányában a részecskék az anyag belsejében oszlanak el úgy, hogy az általuk létrehozott elektromos mező átlagosan nagyszámú atomot vagy molekulát tartalmazó kötetekben nulla. Egy külső mező jelenlétében feltörődött részecskék újraelosztása következik be, és az anyagban önálló elektromos mező keletkezik. A teljes elektromos mezőt a külső mező és a feltöltött részecskék által létrehozott anyag belső felülete alapján szuperpozíciónak megfelelően adjuk hozzá.
A vezetőkkel ellentétben nincsenek szabad elektromos töltések a szigetelőkben (szigetelők). Semleges atomokból vagy molekulákból állnak. A töltetlen részecskék semleges atomon egymáshoz kapcsolódnak, és nem tudnak mozogni egy elektromos mező hatására a teljes dielektromos térfogatban.
Amikor egy dielektrikát viszünk be egy külső elektromos mezőbe, az atomok vagy molekulák összetételébe belépő töltések bizonyos újraelosztása keletkezik benne. Ennek az újraelosztásnak köszönhetően a dielektromos minta felszínén túlzottan kompenzálatlan kötött töltések jelennek meg. Az összes feltöltött részecskék, amelyek makroszkopikusan megkötött töltéseket alkotnak, még mindig tartalmaznak atomjukban.
A megkötött díjak elektromos mezőt hoznak létre, amely a dielektrikán belül helyezkedik el, szemben a külső térerősség vektorával. Ezt a folyamatot egy dielektrikum polarizációjának nevezik. Ennek eredményeképpen a dielektrikumon belüli teljes villamos mező kisebb, mint a külső mező modulusban
A fizikai mennyiséget, amely egyenlő a vákuumban lévő külső elektromos tér abszolút erősségének és az abszolút térerősség egyenletes dielektrikummal való arányával, az anyag permittivitásának nevezzük.
A dielektrikumok polarizációjának számos mechanizmusa létezik. Ezek fő irányai orientációs és elektronikus polarizáció. Ezek a mechanizmusok elsősorban a gáz-halmazállapotú és folyékony dielektrikumok polarizációjában nyilvánulnak meg.
A poláris dielektrikumok olyan molekulákból állnak, amelyekben a pozitív és negatív töltések eloszlási központjai nem egyeznek egymással. Az ilyen molekulák mikroszkopikus elektromos dipólusok - két töltés semleges sorozata, azonos nagyságú és ellentétes irányban, amelyek egymástól bizonyos távolságban helyezkednek el. A dipólus pillanat például a vízmolekula, valamint számos más dielektrikum (H2S, NO2 stb.) Molekulái.
Külső elektromos mező hiányában a molekuláris dipólus tengelyek véletlenszerűen irányulnak a hőmozgás miatt, így a dielektromos felszínen és minden térfogatelemben az elektromos töltés átlagosan nulla.
Amikor egy dielektrikát viszünk be egy külső mezőbe, felmerül a molekuláris dipólusok részleges orientációja. Ennek eredményeképpen a dielektrikum felületén kompenzálatlan makroszkopikus kötések jelennek meg, ami a külső mező felé irányított mezőt hoz létre (1.
Nempoláros dielektrikum polarizációja.
Az elektromos mezőt járó díj, amely akkor jelentkezik, amikor a polarizáció a poláros és nem poláros dielektrikumra modulo változások egyenes arányban abszolút értéke a külső tér egy nagyon erős elektromos mező, ez a minta lehet szegni, majd nyilvánvaló különböző nemlineáris hatások. A poláris dielektrikumok esetében erős mezőknél telítettséghatás figyelhető meg, amikor az összes molekuláris dipólus az erővonalak mentén helyezkedik el. Abban az esetben, a nem-poláros dielektrikumok az erős külső területen, összehasonlítható modulusa belüli mező lényegében deformálhatja az atomok vagy molekulák az anyag és az, hogy változtassák meg az elektromos tulajdonságait. Azonban ezek a jelenségek szinte soha nem észlelhetők, mert ehhez erőteljes (10 10 -10 12) V / m mezőre van szükség. Eközben sokkal korábban villamos lebomlás következett be a dielektrikumban.
Számos nempoláris molekulában az elektronhéjak polarizáció során deformálódnak, és ezt a mechanizmust elektronpolarizációnak nevezik. Ez a mechanizmus univerzális, hiszen az elektronikus kagylók deformációja egy külső mező hatása alatt bármely dielektrikum atomjaiban, molekuláiban és ionjaiban fordul elő.
Abban az esetben, szilárd kristályos dielektrikumok figyelhető egy úgynevezett ionos polarizáció, ahol ionok ellentétes előjelű alkotó kristályrács, alkalmazásával egy külső területen vannak tolva ellentétes irányban, miáltal a Crystal arcok jelennek kapcsolódó (kompenzálatlan) díjakat. Egy példa az ilyen mechanizmus szolgálhat polarizációs kristály NaCl, ahol az ionok Na + és Cl - tartalmazhat két sublattices, egymásba ágyazhatjuk. Külső mező hiányában a NaCl kristály minden egyes cellája elektromosan semleges, és nem rendelkezik dipólus pillanattal. Külső elektromos mezőben mindkét részrács ellentétes irányban van elmozdítva, vagyis a kristály polarizált.
Ha egy nem egységes dielektrikum polarizált, akkor a kötések nem csak a felületeken, hanem a dielektrikum térfogatában is előfordulhatnak. Ebben az esetben a megkötött töltések és a teljes mező elektromos mezője komplex struktúrával rendelkezhet, a dielektrikum geometriájától függően. Az a kijelentés, hogy az elektromos tér a dielektrikumban a # 949; amely a külső mezőhöz képest kisebb értékű, abszolút értékben kisebb, csak akkor érvényes, ha homogén dielektromos töltet van a teljes térben, amelyben a külső mező létrejön. Különösen:
Ha homogén dielektrikum dielektromos permittivitással rendelkezik # 949; van egy Q ponttöltés, akkor a töltés által létrehozott térerő, és a potenciál # 966; a # 949; kevesebb, mint vákuum alatt: