Стекло диэлектрик – Что такое трибоэлектрический эффект или почему на стекле (диэлектрике) возникает электрический заряд. | Наука, техника и люди

Содержание

Фарфор, стекло, слюда, керамики, асбест, элегаз и вода.

Автор: Серков Павел


  • 1.  Проводники: Серебро, Медь, Алюминий, Железо, Золото, Никель, Вольфрам, Ртуть.

  • 2.  Проводники: Углерод, нихромы, термостабильные сплавы, припои, прозрачные проводники.

  • 3.  Неорганические диэлектрики: Фарфор, стекло, слюда, керамики, асбест, элегаз и вода

  • 4.  Органические полусинтетические диэлектрики.

  • 5.  Синтетические диэлектрики на базе фенолформальдегидных смол.

  • 6.  Пластики. История использования пластиков.

  • 7.  Изоляционные ленты и трубки



Диэлектрики (Совсем не проводники)

Помимо проводников для производства электронной техники нужны диэлектрики. В зависимости от условий и задач, могут быть важны разные свойства диэлектрика: теплостойкость, тангенс угла потерь, гигроскопичность, механическая прочность и т.д.

Раздел с полимерами еще более поверхностный. Дело в том, что свойства полимерного материала зависят от условий синтеза, введенных добавок, термообработки, последующей обработки. Таким образом, два образца полистирола могут весьма значительно отличаться по свойствам. Производители пластиков идут на различные ухищрения и манипуляции с составом, внося важные и не очень изменения. Это как с книгами, разные издания одного и того же произведения, где то на газетной бумаге с плохой версткой, а где то на качественной бумаге с цветными иллюстрациями от модного художника. И та и другая книга — "Властелин колец", но впечатления от использования могут отличаться. Поэтому приведены некоторые общие свойства разных видов полимеров, за более точными характеристиками нужно обращаться к справочнику.

Материалы, которые применяются в электронной технике меняются по мере прогресса. Так, ранее широко использовалось, к примеру, дерево, шелк, эбонит. Сегодня же многие материалы вытеснены более дешевыми, технологичными заменителями. В пособии есть описание в том числе исторических материалов, данных для общего развития. Также добавлена информация, необходимая для полноты раскрытия темы.


Неорганические диэлектрики


Фарфор

Фарфор — плотная прочная керамика, получаемая обжигом смеси каолина, кварца, полевого шпата и глины. Аналогичен фарфоровой чашке у вас на кухне, только при техническом применении реже покрывается глазурью.


Примеры применения

Высокотемпературные изоляторы.} В виде фарфоровых бус для изоляции концов нагревательных спиралей. Чешуеподобная конструкция бусин позволяет изгибаться не обнажая проводник. Иногда нагревательную спираль прячут защитные фарфоровые бусины.


Корпус ртутной дуговой лампы от светолучевого осциллографа. Рама из алюминиевого сплава, чёрный корпус — карболит, фарфоровые бусы изолируют проводники, которыми подключается лампа. Лампа очень сильно нагревается во время работы. Рядом кучка цилиндрических фарфоровых бус от различных нагревателей.


Проводники в изоляции из фарфоровых бус для работы рядом с мощной дуговой ксеноновой лампой кинопроектора

Детали электроизделий. Если заглянуть внутрь патрона для лампы, то часть, которая содержит ламели подключения скорее всего сделана из фарфора, он может длительное время работать при повышенной температуре лампы накаливания без потери свойств. Корпуса предохранителей, розеток, держатели контактов ламп — везде, где есть опасность нагрева, фарфор вне конкуренции.


Держатели ламелей розетки, патрона изготовлены из фарфора. Чёрный корпус патронов — карболит.

Изоляторы на столбах. На фото изолятор со столба, ликвидированного в ходе реконструкции линии. Тридцать лет солнца, ветра, птичьего помета, дождей, морозов нисколько не повлияли на фарфор, он по прежнему выглядит как новенький, достаточно было помыть изолятор с мылом. (Срок службы фарфоровых изделий ограничен из-за появления микротрещин в процессе эксплуатации.)


Фарфоровые изоляторы линий электропередач. Между фарфоровым изолятором и стальным крюком втулка из полиэтилена, для защиты фарфора от трещин. Дисковая форма изоляторов позволяет воде стекать не образуя сплошного слоя, замыкающего проводник на опору. Фарфоровые изоляторы, в отличии от стеклянных, непрозрачны, что затрудняет визуальную проверку изолятора на наличие трещин.


Мощные резисторы имеют основу из фарфоровой трубки. У зеленого резистора обмотка скрыта под эмалью.


Свечи зажигания от двигателя внутреннего сгорания. Центральный электрод изолирован фарфором. Ни один другой диэлектрик не способен выдержать длительное воздействие температуры, давления, горючего внутри камеры сгорания.


Недостатки

Хрупкий,

как и все керамики. Перетянутый винт, удар — и фарфор осыпается.


Стекло

В зависимости от требований могут использоваться разные сорта стекол, от легкоплавких натриевых до тугоплавких кварцевых. Основной плюс стекла, помимо его термостойкости — прозрачность для видимого света (а кварцевое прозрачно еще и для ультрафиолета). Также немаловажный плюс — возможность визуально оценить целостность, трещины в стекле обычно видны.


Примеры применения

Корпуса радиоламп, осветительных ламп, предохранителей.


Стеклянный и фарфоровый изолятор линий электропередач проработавший на улице более 30 лет.

Кварцевые трубки — корпуса нагревателей, электрогрилей


Кусочек технического кварцевого стекла. Видно большое количество пузырьков в стекле.

Типичный признак (но не обязательный!) технического кварцевого стекла — большое количество пузырьков в направлении экструзии стекла. Более дорогое оптическое кварцевое стекло абсолютно прозрачно. Торец такого стекла белый, без зеленого оттенка.

Корпуса маломощных полупроводниковых диодов, изоляторы выводов радиоэлементов.


Корпуса этих полупроводниковых диодов изготовлены из стекла.

Недостатки: Хрупкое, не выносит ударов. Некоторые сорта стекла растрескиваются при резком неравномерном нагреве.


Интересные факты о стекле

Здесь стоит дополнительно сказать про сапфировое стекло, закаленное стекло и химически закаленное стекло. В рекламных описаниях множества электронных устройств
для массового потребления можно встретить упоминания этих видов стекол.

Сапфировое стекло формально стеклом не является (оно не аморфное, как стекла, а кристаллическое), но, в силу внешнего сходства, так именуется. Сапфировое стекло — это тонкие пластинки лейкосапфира (чистый Al2O3} — оксид алюминия). Лейкосапфир тверже обычных стекол, поэтому используется для защиты оптики от абразивного истирания песчинками пыли в военной технике, в дорогих устройствах бытового назначения. Стекло наручных часов из сапфира дольше останется нецарапанным. При этом, получение сапфировых стекол большого размера по вменяемой цене затруднительно, поэтому планшеты с сапфировым стеклом мы увидим нескоро.

Закаленное стекло. Стекло хорошо сопротивляется сжатию и плохо — растяжению. Повысить механическую прочность стекла можно его закалкой — стекло разогревают

до высоких температур и резко и равномерно охлаждают. В результате в стекле образуются механические напряжения, которые увеличивают механическую прочность. Чаще всего закалку стекла делают для безопасности. Обычное стекло, если в него кинуть камнем, разбивается на несколько довольно крупных осколков, которые могут нанести серьезную травму. Закаленное стекло при разрушении дает много мелких осколков, которые значительно безопаснее. Поэтому все (Кроме лобового, иначе оно разрушалось от первого прилетевшего из под колес камушка. Лобовое стекло для безопасности трехслойное — средний слой из полимерной пленки с клеем. При ударе все осколки оказываются приклеенными к пленке.) стекла в автомобиле, в торговых центрах, стеклянные полки мебели — закалены. Изделие из закаленного стекла обработке не подлежит, если попытаетесь стеклянную полочку для ванной подрезать, она с хлопком рассыпется в крошку, поэтому закалка производится после обработки. Классической демонстрацией свойств закаленного стекла являются батавские слёзки.

Химически закаленное стекло. Например, часто упоминаемое Gorilla glass. Для тонких пластинок стекла термический способ закалки не подходит, поэтому пластинки стекла обрабатывают в растворе, который, к примеру, замещает ион натрия на ион калия. Так как ион калия крупнее, то поверхностные слои стекла как бы "распирает" более крупными атомами в решетке, создавая как раз требуемые механические напряжения. Как итог — такое стекло прочнее, лучше сопротивляется царапинам.

Термостойкое стекло. Обычное оконное стекло при нагревании сильно расширяется. Если нагрев неравномерный, то части стекла из-за разного расширения создадут механические напряжения, что может привести к растрескиванию. Введением добавок коэффициент теплового расширения стекла уменьшают, получая термостойкие сорта. Такие стекла при неравномерном нагреве не образуют трещин. Наиболее крутое в этом отношении кварцевое стекло, поэтому из него делают корпуса нагревателей в электрогрилях.


Слюда

Слюда. Природный слоистый материал, обладает термостойкостью, прочностью, прекрасный диэлектрик. Слюды — большой класс слоистых минералов, из них в технике используется в основном мусковит и иногда биотит и флогопит.

По английски слюда — Mica, отсюда производные названия материалов на базе слюд — миканиты, микалента, микафолий, микалекс и т.д.

Слюда, добытая в руднике, разбирается, сортируется. Крупные куски вручную расщепляются на пластинки — так получается щипаная слюда — прозрачные однородные пластинки. Такая слюда обладает самым высоким качеством и идет на ответственные применения — в вакуумной технике, окна ввода/вывода излучения и т.д. К сожалению, крупные однородные куски слюды без дефектов — редкость, поэтому пластинки из слюды разной формы склеивают воедино, так получается миканит. Если в качестве подложки для наклеивания пластинок слюды использовать ткань (стеклоткань, бумагу) получается микалента, микафолий, стекломиканит. Совсем мелкие отходы слюды размалываются, и в виде водной пульпы отливаются на сетку, также как бумага. После удаления воды частички слюды слипаются в единое полотно — получается слюдяная бумага (слюдинит, слюдопласт). Получившееся полотно для прочности может пропитываться органическим связующим. Гибкость слюдяной бумаги позволяет наматывать её в качестве изоляции. Также намоткой можно получить стержни, трубки. Если пропитать слюду расплавленным стеклом, то получившийся прочный материал называется

микалекс.

Перемолотая в пыль слюда — компонент пигментов, благодаря своей "чешуйчастости" дает перламутровый эффект. В пигментах используется в основном биотит.

Синтетический материал — фторфлогопит (synthetic mica) — это слюда (флогопит) где -OH группы заменены фтором. Фторфлогопит более прочен и термически стоек, выглядит также как слюда, тоже слоистый но абсолютно прозрачный/белый, а не желтоватого оттенка, как природная слюда. Увы, пока с этим материалом живьем не сталкивался.


Примеры применения

Конструктивные элементы для удержания нагревательных элементов в фенах, калориферах, тепловентиляторах, паяльниках и т.д.


Нагреватели бытовых тепловентиляторов. Конструкция слева менее материалоемкая, но значительно менее надежная, особенно в условияхмеханических нагрузок.

Как защитное окошко выхода микроволнового излучения от магнетрона в микроволновках. (обычно попадая на слюду еда обугливается, и становясь проводником, начинает бурно
искрить, от чего владельцы микроволновки со страху микроволновку выбрасывают, хотя достаточно вырезать пластинку из листа слюды и заменить окошко.)


Слюдяное окошко в микроволновке. Иногда встречаются пластиковые, но только у моделей без гриля.

Благодаря тому, что тонкие пластинки слюды не пропускают газы, но пропускают энергичные заряженные частицы — слюдяные окошки используются в конструкциях счетчиков альфа и бета частиц.

Используется в конструкциях радиоламп — удерживает электроды на своих местах.


Восьмигранная пластинка изготовлена из слюды.

Используется как материал слюдяных конденсаторов. Слюда выступает диэлектриком, а электродами — проводящее напыление металла на пластинках слюды. Данный вид конденсаторов встречается всё реже и реже, вытесненный конденсаторами на базе полимерных пленок. Слюдяные конденсаторы могут работать при высокой температуре.


Слюдяные конденсаторы производства СССР полувековой давности.


Пластинки слюды в конденсаторе. Металлизация на пластинках формирует обкладки.

До появления и широкого распространения теплопроводящих изолирующих прокладок из полимерных материалов, вроде Номакон, слюдяные пластинки использовались для электрической изоляции компонентов при сохранении теплового контакта, например, когда необходимо на один радиатор закрепить несколько транзисторов, корпуса которых под разными напряжениями.


Пластинки природной щипаной слюды.


Природная слюда прозрачна. Слюдоматериалы полученные переработкой природной слюды как правило непрозрачны.

 


Интересные факты о слюде

Раньше, несколько веков назад, когда не умели делать тонкие оконные стекла, светопрозрачные конструкции делали расщепляя природную слюду. Так как большие куски слюды без дефектов были редкостью, то и окна принимали причудливую форму.


Слюда вместо стекла в оконной раме. Из экспозиции красноярского краеведческого музея.

Слюда — достаточно мягкий материал, слюдяная пластинка (как и большинство материалов на её базе) легко режется ножницами. В силу своей слоистой природы, склеивание слюды — занятие малонадежное, сила сцепления меж слоев невысокая, поэтому при производстве детали из слюды скрепляют механически — заклепки, люверсы, винты и т. д.


Электрические соединения с нагревательным элементом выполнены полыми заклепками.


Алюмооксидные керамики

Очень похожи по внешнему виду на фарфор, только лучше. Содержат практически чистый Al2O3. Более подробно неплохо описано в этой статье.

Твёрдая, прочная керамика, из которой изготавливают:


Примеры применения

Корпуса микросхем, обычно ответственного применения.


Корпуса процессоров раньше делали керамическими, но рост тепловыделения и конкуренция по цене вынудили отказаться от этого материала. Именно с керамическим корпусом процессоров был связан анекдот про нового русского и плитку в ванной от Intel.

Корпуса электровакуумных приборов.}


Корпус вакуумной колбы магнетрона изготовлен из меди и алюмооксидной керамики. Керамика видна на фото, фиолетовый поясок между колпачком и корпусом.

Алюмооксидная керамика очень твёрдая, обрабатывается как и многие керамики алмазным инструментом. Обломок керамического корпуса микросхемы — отличное орудие для написания посланий на лобовом стекле автомобиля, оставляет четкие ровные царапины не хуже стеклореза.

Данный вид керамики плотный, не впитывает влагу, удерживает вакуум, не трескается при резком перепаде температур и тепловом ударе. При этом сцепление металлических пленок с поверхностью высокое, позволяет делать на керамике дорожки, герметично приваривать металлические детали.

Внешне очень похожа бериллиевая керамика — она превосходит алюмооксидную керамику по предельной рабочей температуре, по теплопроводности (сопоставимую с металлами!), но в силу дороговизны и токсичности пыли из нее применяется редко.


Асбест

Уникальный, непревзойденный класс материалов. Природное волокно, "горный лен". Является огнестойким диэлектриком. Использовалось во множестве применений, начиная
от армирующей добавки в полимеры, заканчивая изоляцией нагревательных приборов. Выпускается в виде листов (асбестокартон), нити, пряжи. Чаще всего используется именно как теплоизолятор, как диэлектрик только в установках невысокого (до 1 кВ) напряжения.

Широко применялся в строительстве. Шифер — это цемент, упрочненный волокнами асбеста, практически вечный материал. Высоко ценилась его дешевизна и огнестойкость. Но
есть одно но:

Асбест — канцероген. Причем канцероген 1-го класса (от МАИР), наравне с мышьяком, формальдегидом. (Степень опасности различных видов асбеста — вопрос дискусионный, и нет единодушного мнения на этот счет.) Длительное наблюдение показало, что изделия из асбеста пылят волокном, которое при вдыхании может провоцировать заболевание легких — асбестоз. Прежде всего в группе риска работники предприятий по добыче и переработке асбеста. В меньшей степени подвержены опасности те, кто ежедневно эксплуатируют изделия из асбеста. В остальных случаях нет причин для паники, если у вас на даче крыша покрыта шифером, а печь в бане прикрыта асбестокартоном, то вы скорее всего умрете не от асбеста, а от заболеваний сердечно-сосудистой системы (статистика смертности).

 


{Кусок асбестокартона и старый грязный асбестовый шнур. Асбест на ощупь очень мягкий и не колется как стеклоткани.

Асбест и изделия из асбеста до сих пор широко производятся, поскольку в некоторых задачах заменить асбест без потери свойств попросту нечем (или слишком дорого). Асбест отличный материал при конструировании экспериментальных устройств, содержащих нагреватели или раскаленные части. На куске асбестокартона можно спокойно газовой горелкой греть детали до 1000°С, при этом он сохранит свою форму. Асбестовая нить удобна для стягивания нихрома в нагревателях.


Магнитный усилитель и токовый шунт от блока питания 50-ВУК-120-1 на плате из материала на базе асбеста.


Байка (из Википедии):
Давно существует легенда о том, как Акинфий Демидов привёз Петру I прекрасную белоснежную скатерть со своего уральского завода. Во время трапезы он демонстративно опрокинул на скатерть тарелку супа, вылил бокал красного вина, а затем скомкал скатерть и бросил её в камин. Затем, достав из огня, показал царю: на ней не осталось ни одного пятнышка. Эта скатерть была сделана из уральского хризотил-асбеста. И в самом деле, демидовские крепостные рабочие достигли совершенства в изготовлении асбестовых тканей. Из них делали ажурные дамские шляпки, перчатки, кошельки, сумочки и кружева. Они не требовали стирки, их кидали в огонь, и через несколько минут после охлаждения их можно было снова носить.


Вода

Это абсолютно контринтуитивно, но этот пункт включен сюда, чтобы взорвать вам мозг. Вода не проводит ток! Везде учат, что вода хороший проводник электричества, и обычно это так. Но очень чистая деионизированная вода, которая не содержит ничего кроме H2O ток не проводит — её удельное сопротивление 18 МОм*см.
Та вода, которая проводит ток — недостаточно чистая. Измерение электрической проводимости — довольно простой способ оценки качества и чистоты воды. (Актуально для постоянного тока и для переменного тока низкой частоты.)

Имея сильно полярные и подвижные молекулы, вода не только изолятор, но и имеет очень высокую диэлектрическую проницаемость — около 81 при комнатной температуре (у большинства обычных диэлектриков она не превышает 20–30). На этом основаны емкостные измерители влажности: небольшое количество воды между обкладками конденсатора резко повышает его емкость.

К сожалению, вода — прекрасный растворитель, а растворенные в ней вещества обычно образуют электролиты. Стоит постоять дистиллированной воде на воздухе, и она растворяет в себе углекислый газ, образуя электролит — слабый раствор угольной кислоты. Вода способна растворять и стенки сосуда, в котором находится. Малейшая примесь солей, особенно хлоридов и сульфидов натрия, калия, кальция, резко повышает проводимость воды. Поэтому на практике в роли диэлектрика вода никуда не годится.


Бутылка деионизированной воды из радиомагазина. Печатные платы электронных устройств стоит промывать только дистилированной или деионизированной водой, иначе соли, содержащиеся в воде, могут наделать бед.


Элегаз

Диэлектрики могут быть газообразными. Сухой воздух — хороший диэлектрик, но в некоторых задачах его электроизоляционные свойства недостаточны. Пример газообразного
диэлектрика — гексафторид серы или "элегаз", он тяжелее воздуха и имеет пробивное напряжение в несколько раз выше, чем у воздуха, что позволяет сделать электрическую машину компактнее. Кроме того, элегаз обладает дугогасящими свойствами, и при контакте с дугой практически не деградирует, рекомбинируя обратно.

Довольно забавный опыт, когда вдохнув гелия голос человека становится выше с элегазом выглядит иначе — голос становится ниже. Другое видео: Пара гелий — гексафторид серы
Так как элегаз тяжелее воздуха, в нем может плавать легкая лодка.

 

2. Проводники, диэлектрики и поток электронов | 1. Основы электроники | Часть1

2. Проводники, диэлектрики и поток электронов

Проводники, диэлектрики и поток электронов

Электроны различных типов атомов обладают разными степенями свободы перемещения. В некоторых материалах, таких как металлы, внешние электроны атомов настолько слабо связаны с ядром, что легко могут покидать свои орбиты и хаотично двигаться в пространстве между соседними атомами даже при комнатной температуре. Такие электроны часто называют свободными электронами

В других типах материалов, таких как стекло, у электронов в атомах существует очень небольшая свобода перемещения. Однако внешние силы, например физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть собственные атомы и перейти к атомам другого материала, но они не могут свободно перемещаться между атомами  материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электропроводность. Электропроводность определяется типами атомов материала (количество протонов в ядре атома, определяющее его химическую идентичность) и способом соединения атомов друг с другом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками, а материалы с низкой подвижностью электронов (мало или совсем нет свободных электронов) называются диэлектриками.

Ниже приведено несколько примеров наиболее распространенных проводников и диэлектриков:

Проводники:

  • серебро
  • медь
  • золото
  • алюминий
  • железо
  • сталь
  • латунь
  • бронза
  • ртуть
  • графит
  • грязная вода
  • бетон


Диэлектрики:

  • стекло
  • резина
  • нефть
  • асфальт
  • стекловолокно
  • фарфор
  • керамика
  • кварц
  • (сухой) хлопок
  • (сухая) бумага
  • (сухая) древесина
  • пластмасса
  • воздух
  • алмаз
  • чистая вода

Следует понимать, что не у всех проводящих материалов одинаковый уровень проводимости, и не все диэлектрики одинаково сопротивляются движению электронов. Электрическая проводимость аналогична прозрачности некоторых материалов: материалы, которые легко "пропускают" свет, называют "прозрачными", а те, которые его не пропускают, называют "непрозрачными". Однако, не все прозрачные материалы одинаково пропускают свет. Оконное стекло - лучше чем органическое стекло, и конечно лучше чем "прозрачное" стекловолокно. Так же и с электрическими проводниками, некоторые из них лучше пропускают электроны, а некоторые - хуже.

Например, серебро является лучшим проводником в представленном выше списке "проводников", обеспечивая более легкий проход электронов чем любой другой материал из этого списка. Грязная вода и бетон также значатся как проводники, но эти материалы являются существенно менее проводящими чем любой металл.

Некоторые материалы изменяют свои электрические свойства при различных температурных условиях. Например, стекло является очень хорошим диэлектриком при комнатной температуре, но становится проводником, если его нагреть до очень высокой температуре. Газы, такие как воздух, в обычном состоянии - диэлектрики, но они также становятся проводниками при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов, наоборот, становятся менее проводимыми при нагревании, и увеличивают свою проводимость при охлаждении. Многие проводники становятся идеально проводящими (сверхпроводимость) при экстремально низких температурах.

В обычном состоянии движение "свободных" электронов в проводнике хаотично, без определенного направления и скорости. Однако, путем внешнего воздействия можно заставить эти электроны двигаться скоординировано через проводящий материал. Такое направленное движение электронов мы называем электричеством, или электрическим током. Чтобы быть более точным, его можно назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества, в котором накопленный электрический заряд неподвижен. Электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника точно так же, как вода течет через пустоту трубы. Приведенная аналогия с водой в нашем случае уместна, потому что движение электронов через проводник часто упоминается как "поток".

Поскольку электроны двигаются через проводник равномерно, то каждый из них толкает находящиеся впереди электроны. В результате все электроны движутся одновременно. Начало движения и остановка электронного потока на всем протяжении проводника фактически мгновенны, даже несмотря на то, что движение каждого электрона может быть очень медленным. Приблизительную аналогию мы можем увидеть на примере трубки, заполненной мраморными шариками:


Трубка заполнена мраморными шариками точно также, как проводник заполнен свободными электронами, готовыми к перемещению под воздействием внешних факторов. Если вставить еще один мраморный шарик в эту заполненную трубку слева, то последний шарик сразу выйдет из нее справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел короткое расстояние, передача движения через трубку в целом произошла мгновенно от левого конца до правого, независимо от  длины трубки. В случае с электричеством, передача движения электронов от одного конца проводника к другому происходит со скоростью света: около 220 000 км. в секунду!!! Каждый отдельный электрон проходит через проводник в гораздо более медленном темпе.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении к определенному месту, мы должны проложить для них соответствующий путь из проводов, точно так же, как водопроводчик должен проложить трубопровод, чтобы подвести воду к нужному месту. Для облегчения этой задачи, провода изготавливаются из хорошо проводящих металлов, таких как медь или алюминий.

Электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала. Это означает, что электрический ток может быть только там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающего передвижение электронов. По аналогии с мраморными шариками мы можем видеть, что шарики будут "течь" через трубку только в том случае, если она будет открыта с правой стороны. Если трубку заблокировать, то мрамор будет "накапливаться" в ней, а соответственно не будет и "потока". То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует непрерывного пути для обеспечения этого потока. Давайте посмотрим на схему, чтобы понять, как это работает:


 

Тонкая, сплошная линия (показанная выше) является схематическим обозначением непрерывной части провода. Так как провод сделан из проводящего материала, такого как медь, у  составляющих его атомов существует много свободных электронов, которые могут свободно перемещаться по нему. Однако, в пределах такого провода никогда не будет направленного и непрерывного потока электронов, если у него не будет места, откуда приходят электроны и места, куда они идут. Давайте в нашу схему добавим гипотетические  "Источник" и "Получатель" электронов:

 


Теперь, когда Источник поставляет новые электроны в провод, через этот провод пойдет поток электронов (как показано стрелками, слева-направо). Однако, поток будет прерван, если проводящий путь, образованный проводом, повредить:


 

В связи с тем, что воздух является диэлектриком, образовавшийся воздушный разрыв разделит провод на две части. Некогда непрерывный путь нарушается, и электроны не могут течь от Источника к Получателю. Аналогичная ситуация получится, если водопроводную трубу разрезать на две части, а концы в месте разреза закупорить: вода в этом случае течь не сможет. Когда провод был одним целым, у нас была электрическая цепь, и эта цепь была нарушена в момент повреждения. 

Если мы возьмем еще один провод  и соединим им две части поврежденного провода, то снова будем иметь непрерывный путь для потока электронов. Две точки на схеме показывают физический (металл-металл) контакт между проводами:


Теперь у нас снова есть цепь, состоящая из Источника, нового провода (соединяющего поврежденный) и Получателя электронов. Если рассматривать аналогию с водопроводом, то  установив тройник на одной из закупоренных туб, мы можем направить воду через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание, что в правой части поврежденного провода нет потока электронов, потому что он больше не является частью пути от Источника до получателя электронов.  

Следует отметить что проводам, в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге разъедаются ржавчиной, никакой "износ" от воздействия потока электронов не грозит. При движении электронов, в проводнике возникает определенная сила трения, которая может вырабатывать тепло. Подробнее эту тему мы рассмотрим несколько позже.

Краткий обзор:

  • В проводниках, электроны находящиеся на внешних орбитах атомов могут легко покинуть эти атомы, или наоборот присоединится к ним. Такие электроны называются свободными электронами.
  • В диэлектриках внешние электроны имеют намного меньше свободы передвижения, чем в проводниках.
  • Все металлы являются электрически проводящими.
  • Динамическое электричество, или электрический ток - это  направленное движение электронов через проводник.
  • Статическое электричество - это неподвижный (если на диэлектрике), накопленный заряд, сформированный избытком или недостатком электронов в объекте.
  • Для обеспечения потока электронов нужен целый, неповрежденный проводник, который обеспечит приём и выдачу электронов.

Источник: Lessons In Electric Circuits

Стекло Диэлектрическая постоянная - Энциклопедия по машиностроению XXL

Электрическую проводимость стекол учитывают при использовании стекла в качестве изолятора и при электрической варке стекла. Диэлектрической постоянной или диэлектрической проницаемостью называется безразмерная величина, показывающая, во сколько раз емкость конденсатора, между обкладками которого находится стекло, больше, чем у такого же конденсатора, между обкладками которого существует вакуум.  [c.421]
Согласно взглядам Р. Л. Мюллера [2], стекло, образованное из ковалентно связанных структур 8Юдиэлектрической постоянной. Введение в такую среду катиона вызывает ионизацию указанных узлов 8Ю / с образованием обособленных ассоциированных полярных структур, например, ЗЮз ,, 0 , Па" , в неполярной среде.  [c.247]

Свинцовые стекла облучали электронами с энергией 1 Мэе, которые проникали на 1 мм в глубь стекла. Во время облучения было обнаружено, что стекло светится светло-голубоватым светом. Диэлектрическая постоянная заметно не менялась в зависимости от частоты или дозы облучения. Однако коэффициент рассеяния всех стекол увеличивался на порядок.  [c.218]

Диэлектрическая постоянная стекла зависит от состава и колеблется в пределах от 3,75 (кварцевое) до 16,1 (с содержанием 78% окиси свинца).  [c.217]

Известно много керамических материалов, преимущественно на основе ВаТ Од, с высокой диэлектрической постоянной. Смешивая частицы этих материалов со стеклом, можно получить композицию с диэлектрической постоянной порядка 1000.  [c.473]

Стекло Диэлектрическая проницаемость е (/. 0 Тангенс угла диэлектрических потерь tgo (/. 0- 10 Удельное объемное электрическое сопротивление р. Ом см Магнитооптическая постоянная рад/м  [c.510]

Диэлектрическая постоянная е является важной характеристикой при применении стекла в электротехнике для изготовления изоляторов и диэлектриков [2].  [c.379]

Аналогичные эксперименты по выяснению влияния воды, метилового спирта и вазелинового масла на трещиностойкость силикатного стекла проведены авторами работ [87]. При этом была использована схема нагружения, приведенная в приложении 3 на рис. 117, а. В результате установлено, что трещиностойкость у силикатного стекла уменьшается, по сравнению с ее значениями в сухом воздухе, приблизительно на 25 и 15% при воздействии соответственно воды и метилового спирта практически не изменяется трещиностойкость стекла при воздействии вазелинового масла. Для силикатного стекла наблюдается аналогичное влияние среды в зависимости от ее диэлектрической постоянной.  [c.162]

Важнейшие электрические свойства стекла — электрическая проводимость, диэлектрическая постоянная, диэлектрические потери и диэлектрическая прочность.  [c.457]

Диэлектрической постоянной, или диэлектрической проницаемостью называется безразмерная величина, показывающая, во сколько раз емкость конденсатора, между обкладками которого находится стекло, больше чем у такого же конденсатора, между обкладками которого существует вакуум.  [c.458]


Величина диэлектрической постоянной стекла учитывается при подборе составов стекол для электровакуумных приборов высокой частоты. Диэлектрическая постоянная изменяется от 3,8 у кварцевого стекла до 16 у стекол с высоким содержанием свинца. Диэлектрическая постоянная возрастает при вводе в стекло щелочных,  [c.458]

Диэлектрические потери вызывают выделение тепловой энергии в стекле. Мощность этих потерь определяется произведением диэлектрической постоянной стекла на тангенс угла диэлектрических потерь. Выделение тепла вызывает разогрев стекла. Такой разогрев наблюдается прн использовании стеклянных деталей в приборах высокой частоты. Разогрев стеклянных деталей может вызвать размягчение стекла и разрушение прибора. Поэтому при подборе составов стекол для электровакуумных приборов необходимо стремиться к тому, чтобы наряду с диэлектрической постоянной величина тангенса угла диэлектрических потерь была невелика.  [c.459]

Токи высокой частоты создаются в графитовых (для кварцевого стекла) или платиновых (для оптического стекла) тиглях или в молибденовых стержнях, помещенных в стекло. В электрическом поле высокой частоты может нагреваться непосредственно и стекломасса при достаточных напряжении и частоте тока, емкости конденсатора, а также диэлектрической постоянной и угле потерь шихты и стекломассы.  [c.688]

Диэлектрические постоянные стекла. 1227  [c.1418]

Диэлектрическая постоянная стекла зависит от состава и изменяется в широких пределах Для кварцевого стекла эта величина составляет 3,75, боросиликатного - 4,8, а стекла с содержанием 78% окиси свинца — 16,1.  [c.372]

Увеличение емкости конденсаторов будет происходить при уменьшении расстояния между пластинами, так как в этом случае взаимное притяжение зарядов будет сказываться сильнее. Однако это сближение можно осуществлять только до определенного предела. Если слой диэлектрика будет очень тонким, то при достижении определенной разности потенциалов электричество противопо. южных знаков, скопившееся на обкладках, соединится между собой в виде искры, и диэлектрик конденсатора окажется пробитым. Емкость конденсатора увеличивается, если вместо воздуха в качестве диэлектрика используются твердые вещества, например эбонит, стекло, слюда и бумага, пропитанная парафином. Число, показывающее, во сколько раз увеличивается емкость конденсатора при замене воздуха каким-либо другим диэлектриком, называется диэлектрической постоянной. В табл. 2 приведены диэлектрические постоянные некоторых изоляционных материалов.  [c.9]

Диэлектрическая постоянная кварцевого стекла при обычных температурах 3,2—4,4, т. е. близка к диэлектрической постоянной такого изолятора, как фарфор.  [c.23]

Опыт. Эффективный .коэффициент жесткости для молекул оберточного целлофана. Растяните кусок целлофана и поместите его за поляроидом так, чтобы ось растяжения составляла угол 45° с осью поляроида. Не тяните слишком сильно, иначе вы вызовете сдвиг фаз больший, чем я/2. Теперь определите спиральность эллиптически-поляризованного света. Для этого нужен круговой поляризатор и пластинка Я. Зная спиральность, вы можете сказать, является ли ось растяжения быстрой или медленной осью. Предположим, что действие растяжения заключается в том, что молекулы выстраиваются своей длинной стороной вдоль оси растяжения. Вы можете узнать, больший или меньший показатель преломления отвечает направлению вдоль длинной стороны молекул. Больший показатель преломления означает большую диэлектрическую постоянную, что в свою очередь означает большую молекулярную поляризуемость, т. е. малый эффективный коэффициент жесткости (если только частота света меньше эффективной частоты свободных колебаний электрона в молекуле. Это условие выполняется для видимого света и стекла. Мы можем предположить, что оно выполняется и в этом случае). Таким образом, если ось растяжения окажется, например,  [c.401]

Для изготовления электрических разъемов часто используют медные или бронзовые сплавы с гальваническим покрытием (для контактных штырей и гнезд), такие изоляционные материалы, как пластмассы, керамика или стекло, внешние оболочки или экраны из стали, латуни или алюминия. Так как хорошо известно, что электрические характеристики облученных металлов изменяются относительно мало, то изучение влияния излучения на металлические детали разъемов представляет второстепенный интерес. Наибольший интерес представляет влияние излучения на изоляторы и их характеристики. Встречаются два тина повреждений, и оба относятся к диэлектрическим характеристикам изолирующих прокладок. Повреждение, при котором изменяются физические характеристики изоляционных материалов, может привести к механическому ослаблению опоры штырей, о чем можно судить по развитию хрупкости органических материалов. Постоянная и (или) временная потеря сопротивления изоляции между контактами или по корпусу является повреждением другого типа. Таким повреждениям в настоящее время уделяется все большее внимание, о чем можно судить по экспериментальным попыткам изучить влияние излучения на изоляторы.  [c.417]

Материалы, химически реагирующие с водой, испытывались в жидкостях, по отношению к которым они инертны [62, 63]. Поскольку вода вызывает кавитационное разрушение таких диэлектриков, как стекло, кварц и бакелит, а металлы подвергаются кавитационному разрушению в диэлектрических жидкостях, кавитационное разрушение нельзя объяснить действием электрических или электрохимических факторов. Некоторые из этих комбинаций жидкостей и твердых тел были не только диэлектрическими, но и химически инертными. Следовательно, химическое взаимодействие не относится к необходимым условиям кавитационного разрушения. Поэтому можно заключить, что одним из основных факторов, вызывающих кавитационное разрушение, является постоянное чисто механическое воздействие. В связи с этим в первую очередь подробно рассмотрим именно этот фактор. Несомненно, что другие факторы, такие, как химическое (в том числе и коррозионное) воздействие, в некоторых случаях тоже играют важную роль.  [c.381]

Недостатками обычного стекла являются относительно высокие диэлектрические потери, резко вырастающие с повышением температуры, а также большая хрупкость, что осложняет обращение со стеклом в условиях производства конденсаторов и мешает использовать его при малой толщине, когда его электрическая прочность особенно велика. В стеклах обычного состава, при постоянном напряжении и повышенной температуре, благодаря недостаточно высокому удельному объемному сопротивлению, имеет место электролитическое старение, связанное с образованием дендритов  [c.363]

Однако эти добавки снижают ряд ценных свойств кварцевого стекла— ухудшают электрические характеристики, снижают стойкость к температурным колебаниям (вследствие повышения коэффициента линейного расширения), уменьшают химостойкость и гидролитическую стойкость, определяемую потерей веса при длительном соприкосновении с водой, за счет выщелачивания некоторых составных частей стекла. Свободные ионы натрия, особенно при повышенных температурах, при длительном воздействии постоянного тока могут образовать в стекле проводящие мостики — дендриты. Совместное введение в стекломассу окислов натрия и калия дает по величине диэлектрических потерь более благоприятные результаты, чем введение только одного из этих окислов. Для производства стекловолокна электроизоляционного назначения применяют так называемое бесщелочное стекло, фактически содержащее не более 0,5% окислов щелочных металлов.  [c.279]

Для передачи когерентного излучения в волноводном режиме между элементами различного рода оптических устройств или систем широко используются оптические волокна. Оптическое волокно рис. 2.3.1 представляет собой внутреннюю диэлектрическую среду (стекло, кварц и т.п.), в которой содержится основная часть световой энергии, передаваемой по волокну в волноводном режиме. Эта внутренняя среда называется сердцевиной. Сердцевина может быть окружена слоем с более низким показателем преломления, называемым оболочкой. Для защиты от внешних воздействий сердцевину с оболочкой часто покрывают защитным слоем пластмассы. Обычно оптические волокна имеют круглую форму. Существует два основных типа круглых волокон. К первому типу относится волокно со скачком показателя преломления (рис. 2.3.1, а). В нем показатель преломления сердцевины характеризуется постоянным значением, и волноводное распространение излучения обеспечивается эффектом полного внутреннего отражения между сердцевиной и оболочкой. Второй тип волокон имеет сердцевину, показатель преломления которой изменяется в зависимости от расстояния г от оптической оси по параболическому закону  [c.92]

Стекло является изолятором электрического тока, хотя некоторая проводимость и возможна благодаря диффузии ионов (например, ионов натрия). Проводимость быстро увеличивается с ростом температуры. Диэлектрическая постоянная стекла зависит от природы модификатора. Например, введение оксида свинца в стекло повышает это значение с 4 до 10. Большое влияние на аксплуатационную долговечность оказывает термостойкость стекол. Термостойкость определяется разностью температур, которую стекло может выдержать без разрушения при его резком охлажцении в воде (0°С). Для большинства видов стекол термостойкость колеблется от 90 до 170 0, а для кварцевого стекла она составляет 800-1000 С.  [c.14]

Устойчивые огнеупорные, воздухонепроницаемые пленки с высокой диэлектрической постоянной могут быть получены при непрерывном плазменном напылении порошков ВаЛОз или ЗгТгОз [10, 38] на металлы, графит, керамику и стекло. Порошкообразный ВаТЮз — 85% частиц которого имеют средний диаметр 15 мк, распылялся с помощью плазменной горелки со скоростью 20 г мин на металлическую поверхность. Поверхность предварительно нагревалась до температуры бОО С и при проведении процесса поддерживалась температура около 700° С. Покрытие имело толщину в пределах 76—500 мк. Диэлектрическая проницаемость пленки е 530 при комнатной температуре. Этот метод может применяться для производства конденсаторов.  [c.298]

По способу А. А. Аппена могут быть рассчитаны плотность, модуль упругости, поверхностное натяжение, диэлектрическая постоянная, поверхностное натяжение стекломассы и оптические свойства стекла. Особенностью этого способа является расчет по составу стекла, выраженному в молярных долях. Свойства стекла по способу А. А. Аппена рассчитывают по следующей формуле  [c.463]

Из других свойств пирексовых стекол следует отметить их высокое удельное сопротивление, низкую диэлектрическую постоянную и малые диэлектрические потери по сравнению со стеклами других вышеописанных групп. Все это характеризует пирекс как высококачественный изоляционный материал.  [c.88]

Диэлектрические постоянные. Кремнекислое стекло т 3,0 до 3,6. Стекло для jiaM io4eK накаливания 5,2, мягкое стекло, меющее в составе окись натрия и известь, 8,4, флинтгляс 7,41, среднем 7.  [c.1227]

Жидкий оксихлорид селена (ЗеОСЬ) отвечает всем этим требованиям. В чистом виде это почти бесцветная, очень ядовитая жидкость с плотностью, сравнимой с плотностью стекла, низким коэффициентом преломления и высокой диэлектрической постоянной. Сам он может растворить только ограниченные количества таких веществ, как окись неодима или хлорид неодима. Однако, растворимость этих соединений может быть сильно увеличена при добавлении таких соединений, как тетрахлорид олова (ЗпСи) или пентахлорид сурьмы (ЗЬСЬ). Смеси этих  [c.51]

На рис. 5-10 показана TeMneipaTypaaiH зашоимость напряжения пробоя для ИЗВ 6СТК01В0Г0 стекла в случае постоянного и высокочастотного (435 кгц) токов [Л. 1]. На рис. 5-11 приведены зависимости os , коэффициента потерь К и диэлектрической проницаемости от температуры, а на рис. 5-12— зависимости этих величин от температуры для ряда стекол фирмы Корнинг. На рис. 5-13 и 5-14 показаны соответственно зависимости os и /( от температуры при различных частотах [Л. 31].  [c.113]

Аналогичные результаты получены [Л. 32] для Таблица 15-13 стекла, и следователыю, такого поведения следует ожидать и для аморфных веществ (см. гл. 5). У кристаллических тел положение несколько отличается тем, чго диэлектрическая прочность при постоянном напряжении  [c.365]

Наиболее характерна для большей части электроизоляцпонных матерпалов ионная электропроводность. В ряде случаев электролизу при прохождении через диэлектрик сквозного тока утечки подвергается основное вещество диэлектрика примером может служить обычное стекло, в котором благодаря его прозрачности можно непосредственно наблюдать образование и перенос продуктов электролиза при пропускании постоянного тока через стекло, нагретое для повышения проводимостп (см. ниже), у катода образуются древовидные отложения ( дендриты ) входящих в состав молекул стекла металлов, прежде всего натрия. Еще чаще встречаются (по крайней мере, для органических электроизоляционных матерпалов) такие случаи, когда молекулы основного вещества диэлектрика не обладают способностью подвергаться диссоциации, но ионная электропроводность возникает благодаря присутствию в материале практически неизбежных загрязнений — иримесей воды, солей, кислот, щелочей и пр. Даже весьма малые, с трудом обнаруживаемые химическим анализом примеси способны заметно влиять на проводимость диэлектрика поэтому при изготовлении диэлектрических материалов и вообще в технике электрической изоляции важное значение имеет чистота исходных продуктов и чистота рабочего места. У диэлектрпков с ионным характером электропроводности строго соблюдается закон Фарадея, т. е. пропорциональность количества прошедшего через материал электричества количеству выделившегося при электролизе вещества.  [c.16]

На рис. 3.2.19 показана схема электростатической плиты. Плита состоит из полупроводникового элемента 7, изолированного от чугунного корпуса 4 и основания 10 диэлектрическими прокладками 5 и 3. Полупроводниковый элемент через токопроводящий слой 2 соединен с одним полюсом, а пластина 9 через корпус 4 и основание 10 — с противоположным полюсом выпрямителя 1, к которому подводится переменный ток напряжением 110 В, преобразуемый в постоянный ток напряжением 3000 В. Зеркало полупроводникового элемента покрыто пластиком 6 из эпоксидной смолы. Обрабатываемая заготовка 8 устанавливается на зеркало плиты и доводится до контакта с пластиной 9. При замыкании электрической цепи постоянный ток небольшой силы подводится к полупроводниковому элементу и обрабатываемой заготовке, получающим заряды статического электричества противоположной полярности, вследствие чего обрабатываемая заготовка притягивается к поверхности плиты. Материал детали не является лимитирующим фактором для закрепления ее на электростатических плитах. На электростатических плитах закрепляются детали из алюминия, бронзы, меди, магния и других подобных материалов. На ней также могуг быть закреплены детали из диэлектрических материалов — стекла, керамики, пластмассы, резины и т.д. Детали из таких материалов предварительно покрывают металлическим порошком или токопроводящим лаком. По сравнению с магнитными плитами электростатические создают меньшие притягивающие силы. Для надежного закрепления деталей необходимо, чтобы установочная по-верхнос1ъ деталей имела небольшую шероховатость.  [c.525]


Неорганические диэлектрики. Стекла, керамика, ситаллы.

СТЕКЛА.

Аморфные термопласты. Химический состав – смесь оксидов.

SiO2, ZnO, Na2O, Al2O3…

Сырье – песок, глинозем, известняк.

Технология производства – нагревание до расплавления с мгновенным охлаждением со скоростью 10^5 град Цельсия в секунду.

Разновидность – сталемит – стекло с дополнительной закалкой.

Применение: конструкционный материал, изоляция, световоды.

Ситаллы.

Промежуточное вещество между керамикой и стеклом. Содержание стекла – 5-10%, все остальное – поликристалл. Применение – подложки микросхем.

Керамика.

Состав как у стекла. Кристалл или поликристалл. Технология получения – как у стекла, но охлаждают медленней.

Конденсаторная керамика.

Изоляционная керамика.

    1. Активные диэлектрики. Пьезо- и пироэффект. Электреты.

ПЬЕЗОДИЭЛЕКТРИКИ.

Пьезоэлектрический эффект – поляризация диэлектрика под действием механического напряжения. Им обладают сегнетоэлектрики – способные самоэлектризоваться под действием электрического поля.

Рисунок 60.

Структура доменная.

Области применения: кондесы для низких частот, если поляризация сохраняется надолго – устройство памяти.

Пьезокерамика приобретает соответствующие свойства после длительной выдержки в электрическом поле при высокой температуре. Керамика как поликристалл применяется до частоты 10 МГц, на более высоких частотах применяются монокристаллы кварца (SiO2). Кварцевый резонатор – аналог кондесатора. Размеры кварца на 32 МГц – порядка 10мм.

Применение: микрофоны, датчики, пьезотрансформатор.

Пироэлектрики.

Пироэффект – поляризация диэлектрика при однородном по объему нагревании или охлаждении. Всегда существует обратный пьезоэффект (электроколорический).

Применеие: датчики температур.

Электеты.

Твердые диэлектрики, длительно создающие электрическое поле после предварительной поляризации.

Делят по способу формирования заряда:

  1. Термоэлектреты – электризуются электрическим полем при нагревании.

  2. Фотоэлектреты – электризуются освещением. Область использования: барабаны для копировальной техники.

  3. Радиоэлектреты – электризуются радиоактивным излучением.

  4. Электроэлектреты – электризуются разрядом в смежном газе.

  5. Трибоэлектреты – электризуются трением.

    1. Современное состояние развития диэлектрических материалов. Диэлектрические материалы микроэлектроники и наноэлектроники.

Использование диэлектриков в микроэлектронике.

Форма: обычно пленочная.

Функции:

  1. Пассивация поверхности полупроводника.

  2. Защита от механических повреждений.

  3. Стабилизация параметров.

  4. Повышение радиационной стойкости.

  5. Изоляция элементов друг от друга.

  6. Изоляция затвора в МДП – структурах.

  7. Маска при диффузии и эпитаксии.

  8. В качестве активной области.

Требования:

  1. Хорошая адгезия к полупроводнику, металлу и фоторезисту.

  2. Механическая прочность.

  3. Непроницаемость для нежелательных примесей.

  4. Однородность слоя.

  5. Химическая стойкость, в том числе к травлению.

  6. Высокие диэлектрические свойства.

  7. Необходимая диэлектрическая проницаемость.

  8. Согласованность с материалом подложки (например, одинаковый ТКЛР)

  9. Технологичность получения.

  10. Простота обработки.

Основной материал: SiO2.

Лабораторные работы

Исседование свойств диэлектрических материалов. Конденсаторы

Диэлектрические материалы в катушках индуктивности и трансформаторах

какие диэлектрики используются в радиоэлектронной аппаратуре?))

Все диэлектрические материалы можно разделить на группы, используя разные принципы. Например, разделить на неорганические и органические материалы. Неорганические диэлектрики: стекла, слюда, керамика, неорганические пленки (окислы, нитриды, фториды) , металлофосфаты, электроизоляционный бетон. Особенности неорганических диэлектриков - негорючи, как правило, свето-, озоно- термостойки, имеют сложную технологию изготовления. Старение на переменном напряжении практически отсутствует, склонны к старению на постоянном напряжении. Органические диэлектрики: полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани. Особенности органических диэлектриков - горючи (в основном) , малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям, имеют (в основном) простую технологию изготовления, как правило, более дешевы по сравнению с неорганическими диэлектриками. Старение на постоянном напряжении практически отсутствует, на переменном напряжении стареют за счет частичных разрядов, дендритов и водных триингов. Применение в энергетике: - линейная и подстанционная изоляция - это фарфор, стекло и кремнийорганическая резина в подвесных изоляторах ВЛ, фарфор в опорных и проходных изоляторах, стеклопластики в качестве несущих элементов, полиэтилен, бумага в высоковольтных вводах, бумага, полимеры в силовых кабелях; - изоляция электрических приборов - бумага, гетинакс, стеклотекстолит, полимеры, слюдяные материалы; - машин, аппаратов - бумага, картон, лаки, компаунды, полимеры; - конденсаторы разных видов- полимерные пленки, бумага, оксиды, нитриды. С практической точки зрения в каждом случае выбора материала электрической изоляции следует анализировать условия работы и выбирать материал изоляции в соответствии с комплексом требований. Для ориентировки целесообразно разделить основные диэлектрические материалы на группы по условиям применения. 1. Нагревостойкая электрическая изоляция. Это в первую очередь изделия из слюдяных материалов, некоторые из которых способны работать до температуры 700 ° С. Стекла и материалы на их основе (стеклоткани, стеклослюдиниты) . Органосиликатные и металлофосфатные покрытия. Керамические материалы, в частности нитрид бора. Композиции из кремнийорганики с термостойким связующим. Из полимеров высокой нагревостойкостью обладают полиимид, фторопласт. 2. Влагостойкая электрическая изоляция. Эти материалы должны быть гидрофобны (несмачивание водой) и негигроскопичны. Ярким представителем этого класса является фторопласт. В принципе возможна гидрофобизация путем создания защитных покрытий. 3. Радиационно стойкая изоляция. Это, в первую очередь, неорганические пленки, керамика, стеклотекстолит, слюдинитовые материалы, некоторые виды полимеров (полиимиды, полиэтилен) . 4. Тропикостойкая изоляция. Материал должен быть гидрофобным, чтобы работать в условиях высокой влажности и температуры. Кроме того, он должен быть стойким против плесневых грибков. Лучшие материалы: фторопласт, некоторые другие полимеры, худшие - бумага, картон. Новосибирская фирма выполняет заказ по поставке в одну из тропических стран прибора для обнаружения взрывчатых веществ. В высоковольтном блоке прибора используется изолятор из фторопласта. При изготовлении работник произвольно заменил дорогой фторопласт более дешевым поливинилхлоридом, обладающим соответствующими электрофизическими характеристиками, но не обладающим необходимой гидрофобностью. В результате при испытаниях произошли ложные срабатывания и фирма потерпела убытки. 5. Морозостойкая изоляция. Это требование характерно, в основном для резин, т. к. при понижении температуры все резины теряют эластичность. Наиболее морозостойка кремнийорганическая резина с фенильными группами (до -90° С) . 6. Изоляция для работы в вакууме (космос, вакуумные приборы) . Для этих условий необходимо использовать вакуумно-плотные материалы. Пригодны некоторые, специально приготовленные керамические материалы, малопригодны полимеры. Немного длинно придется себе сократить

Неорганические диэлектрики: стекла, слюда, керамика, неорганические пленки (окислы, нитриды, фториды) , металлофосфаты, электроизоляционный бетон. Особенности неорганических диэлектриков - негорючи, как правило, свето-, озоно- термостойки, имеют сложную технологию изготовления. Органические диэлектрики: полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани. Особенности органических диэлектриков - горючи (в основном) , малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям, имеют (в основном) простую технологию изготовления, как правило, более дешевы по сравнению с неорганическими диэлектриками. Диэлектрики, используемые в конденсаторостроении, могут быть разделены на следующие пять основных классов: 1)слюда, стекло, керамика с низкими потерями и т. п. ; используются в конденсаторах с емкостью от нескольких единиц до нескольких сотен пикофарад; 2) керамика с высокой диэлектрической проницаемостью; используется при емкостях от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч пикофарад; 3) бумага и металлизированная бумага; используются в конденсаторах с емкостью от нескольких тысяч пикофарад до нескольких микрофарад; 4) оксидные пленки (в электролитах) ; используются при емкостях от единиц до многих микрофарад; 5) пленочные диэлектрики, такие, как полистирол, полиэтилентерефталат (майлар) , политетрафторэтилен (тефлон) ; предел использования — от сотен пикофарад до нескольких микрофарад.

изолента, и скотч, и всё блин как всё просто, какие нах книги, учебники, да в пи... ду, ОТВЕТЫ блять, и война и мир толстого превращаются в 5 стр

Диэлектрические материалы - Стекла

К синтетическим материалам относятся также и стекла. Стекла — неорганические аморфные вещества — представляют собой сложные системы различных окислов. Кроме стеклообразующих окислов, т. е. таких, каждый из которых способен сам по себе в чистом виде образовывать стекло (SiO2, B2O3), в состав стекол входят и другие окислы: щелочные Na2O, К2О, щелочноземельные СаО, ВаО, а также РbО, А12О3 и др. Основу большинства стекол составляет SiO2; такие стекла называются силикатными.

Свойства стекол меняются в широких пределах в зависимости от их состава и режима тепловой обработки. Стекла имеют плотность, которая колеблется от 2 до 8,1 Мг/м3. К тяжелым стеклам принадлежат стекла с высоким содержанием свинца (хрустали, флинты). Плотность обычных силикатных стекол (например, оконного стекла) близка к 2,5 Мг/м3. При нагреве вязкость стекол уменьшается постепенно; за температуру размягчения стекла принимается температура, при которой вязкость его составляет 107—108 Па·с. Так как у стекол прочность при растяжении много меньше, чем прочность при сжатии, то внезапное внешнее охлаждение более опасно, чем внезапный нагрев.

Обычные стекла прозрачны для лучей видимой части спектра. Некоторые добавки придают стеклам определенную окраску (СоO — синюю, Сг2О3 — зеленую, UO2 — желтую и пр.), что используется при получении цветных стекол, эмалей и глазурей.

Большинство технических стекол благодаря содержанию примеси окислов железа сильно поглощает ультрафиолетовые лучи. Увиолевые стекла, содержащие менее 0,02% Fe2O3, обладают прозрачностью для ультрафиолетовых лучей; весьма хорошо пропускает эти лучи кварцевое стекло, которое применяется в специальных «кварцевых» лампах, дающих ультрафиолетовое излучение.

Показатель преломления n различных стекол колеблется от 1,47 до 1,96; высокие значения n имеют тяжелые свинцовые стекла — хрустали.

Стойкость к действию влаги оценивается массой составных частей стекла, переходящей в раствор с единицы поверхности стекла при длительном соприкосновении его с водой; растворимость стекла увеличивается при возрастании температуры. Стекла с низкой гидролитической стойкостью обладают малым поверхностным удельным сопротивлением в условиях влажной среды. Наивысшей гидролитической стойкостью обладает кварцевое стекло; гидролитическая стойкость сильно уменьшается при введении в стекло щелочных окислов.

Силикатные стекла практически стойки к действию кислот, за исключением лишь плавиковой кислоты HF, но малостойки к щелочам. Специальные типы стекол с высоким содержанием В2О3 и А12О3 стойки к парам натрия, что важно для некоторых электроосветительных приборов.

Электрические свойства в весьма большой степени зависят от их состава. Для кварцевого стекла при 20° С ε = 3,8 и tg δ = 0,0002; ρ при 200° С еще составляет примерно 1015 Ом·м. Сильно уменьшает ρ и ρS присутствие в стекле окислов щелочных металлов. При воздействии на щелочное стекло постоянного напряжения происходит электролиз, который благодаря прозрачности стекла можно наблюдать непосредственно: при длительной выдержке стекла под достаточно большим напряжением, в особенности при повышенной температуре, когда проводимость стекла велика, у катода наблюдаются отложения металла (обычно натрия) в виде характерных ветвистых образований — дендритов. Стекла с большим содержанием щелочных окислов при отсутствии или при малом содержании окислов тяжелых металлов имеют значительный tg δ, который при повышении температуры заметно возрастает. Одновременное присутствие в составе стекла двух различных щелочных окислов дает увеличение ρ и уменьшение tg δ по сравнению со стеклом, содержащим только один щелочной окисел (явление, называемое нейтрализационным или полищелочным эффектом). Стекла, содержащие в больших количествах тяжелые окислы металлов (РbО, ВаО), имеют низкий tg δ даже при наличии в их составе щелочных окислов.

Поверхностная проводимость сильно зависит от состояния поверхности стекла, возрастая при ее загрязнении. При повышенной влажности окружающей среды поверхностная проводимость также возрастает, особенно у стекол, обладающих низкой гидролитической стойкостью.

Электрическая прочность стекол при электрическом пробое мало зависит от их состава. При постоянном напряжении в однородном электрическом поле электрическая прочность стекла весьма велика и достигает 500 МВ/м. При высоких частотах (а при высоких температурах — и при низких частотах и даже при постоянном напряжении) пробой стекла имеет электротепловой характер.

В зависимости от назначения можно отметить следующие основные виды электротехнических стекол:

  • Конденсаторные стекла используются в качестве диэлектрика конденсаторов, применяемых в высоковольтных фильтрах, импульсных генераторах, колебательных контурах высокочастотных устройств. Они должны иметь по возможности повышенную ε и (для высокочастотных конденсаторов) малый tg δ.
  • Установочные стекла служат для изготовления установочных деталей, изоляторов (телеграфных, антенных, опорных, проходных и др.), бус и т. п.
  • Ламповые стекла применяются для баллонов и ножек осветительных ламп, различных электронных приборов и т. д. К ним предъявляется требование спаиваемости с металлом (вольфрамом, молибденом и др.), что связано с подбором нужного значения температурного коэффициента линейного расширения.
  • Стекла с наполнителем; к ним принадлежит пластмасса горячей прессовки из стекла и слюдяного порошка — микалекс.

По химическому составу технические силикатные стекла могут быть разбиты на три группы:

  • Щелочные стекла без тяжелых окислов или с весьма незначительным содержанием их. К ним принадлежат наиболее распространенные в быту оконные, бутылочные и тому подобные стекла, а также стекла «пайрекс», имеющие довольно малое значение коэффициента расширения и сравнительно стойкие к термоударам.
  • Щелочные стекла с большим количеством тяжелых окислов. К ним принадлежат флинты с содержанием РbО и кроны с содержанием ВаО, применяемые в качестве оптических и электроизоляционных стекол. Эти стекла имеют высокую ε и малый tg δ. К флинтам принадлежат специальные конденсаторные стекла с повышенным значением ε (около 8).
  • Бесщелочные стекла — кварцевое стекло, а также стекла с очень малым содержанием щелочных окислов — применяются для оптических, электроизоляционных и различных специальных целей.

Ответы@Mail.Ru: Что такое диэлектрик?

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Концетрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см-3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения зонной теории твердого тела диэлектрик - вещество с шириной запрещенной зоны больше 3 эВ. Физическим параметром, который характеризует диэлектрик, является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость может иметь дисперсию. К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы непременно сухие. Химически чистая вода также является диэлектриком. Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы. Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики. При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов. Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли) . В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных емкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость. Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др. Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10-5 Ом·м, а к диэлектрикам — материалы, у которых ρ > 108 Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10-8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 1016 Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10-5—108 Ом·м. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причем двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Четкую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбужденным. Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические высокочастотные свойства сочетаются с необходимыми физико-механическими параметрами. Такие материалы называют высокочастотными. Для понимания электрических, магнитных и механических свойств материалов, а также причин старения нужны знания их химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов. Совокупность научно-технических знаний о физико-химической природе, методах исследования и изготовления различных материалов составляет основу материаловедения.

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Концетрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см-3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения зонной теории твердого тела диэлектрик - вещество с шириной запрещенной зоны больше 3 эВ.

то что не пропускает ток

Электризолятор. Материал не проспускающий электроток.

Всё то что не проводит ток.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *