Диэлектрическая проницаемость газов
Газообразные вещества характеризуются весьма малыми плотностями вследствие больших расстояний между молекулами. Благодаря этому поляризация всех газов незначительна и диэлектрическая проницаемость их близка к единице. Поляризация газа может быть чисто электронной или дипольной, если молекулы газа полярны, однако и в этом случае основное значение имеет электронная поляризация. Поляризация различных газов тем больше, чем больше радиус молекулы газа, и численно близка к квадрату коэффициента преломления для этого газа.
Зависимость диэлектрической проницаемости газа от температуры и давления определяется изменением числа молекул в единице объема газа. Это число пропорционально давлению и обратно пропорционально абсолютной температуре.
Влияние влажности воздуха на его диэлектрическую проницаемость (при нормальных температуре и давлении):
Таблица 1.1 –Зависимость ε от влажности воздуха
| Относительная влажность воздуха % | 0 | 50 | 100 |
| Значение ε | 1,00058 | 1,00060 | 1,00064 |
Влияние незначительно при нормальной температуре, но заметно усиливается при повышенной температуре.
Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков
Жидкие диэлектрики могут быть построены из неполярных или полярных (дипольных) молекул. В соответствии с этим они по-разному будут реагировать на наложение электрического поля.
|
|
|
К нейтральным жидкостям относятся все нефтяные масла: трансформаторное масло, кабельное масло, конденсаторное масло, а также бензол, толуол и др.
Величина для нейтральных жидкостей определяется наличием только электронной поляризации, а значит и не превышает значения 2,5. Диэлектрическая проницаемость зависит от температуры, т.к. с повышением температуры происходит тепловое расширение, и число частиц в единице объема уменьшается. Наиболее резкое изменение происходит на границе фазового перехода вещества из жидкого в газообразное состояние. Диэлектрическая проницаемость неполярных жидких диэлектриков практически не зависит от частоты изменения электрического поля, т.к. время установления электронной поляризации очень мало (см. рисунок 1.2б).
Зависимость диэлектрической проницаемости ε неполярной жидкости от температуры связана с уменьшением числа молекул в единице объема.
Рисунок 1.2– Зависимость диэлектрической проницаемости неполярной жидкости: а) от температуры, б) от частоты
Температурная зависимость диэлектрической проницаемости полярных жидкостей имеет более сложный характер, чем неполярных.
Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется и электронной и дипольной поляризациями. Такие жидкости обладают тем большей диэлектрической проницаемостью ε, чем больше электрический момент диполей и число молекул в единице объема.
|
|
|
Сильнополярные жидкости,имеют высокие значения ε, например, вода, этиловый спирт, не могут найти практического применения в качестве диэлектриков т.к. имеют хорошую проводимость.
ε полярных жидкостей, использующихся в качестве технических диэлектриков лежит в пределах от 3,5 до 5.
Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков
Диэлектрическая проницаемость твердых тел может иметь различные числовые значения в соответствии с разнообразием структурных особенностей твердого диэлектрика. В твердых телах возможны все виды поляризации.
Для твердых неполярных диэлектриков характерны те же закономерности, что и для неполярных жидкостей и газов.
Таблица 1.2 – Диэлектрическая проницаемость некоторых неполярных твердых диэлектриков при температуре 20°С
| Материал | ε |
| Парафин | 1,9-2,2 |
| Полистирол | 2,4-2,6 |
| Сера | 3,6-4,0 |
| Алмаз | 5,6-5,8 |
Твердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц, обладают электронной и ионной поляризациями и имеют диэлектрическую проницаемость, лежащую в широких пределах.
|
|
|
Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ионных кристаллов в большинстве случаев положителен.
Твердых диэлектриков очень много, они разнообразны по составу и свойствам, и,в связи с этим поляризацию рассматривают для характерных групп диэлектриков:
- твердые неполярные диэлектрики. Для данной категории диэлектриков характерны те же закономерности электронной поляризации, что и для неполярных жидких диэлектриков и газов. Для нейтральных твердых диэлектриков будет характерен отрицательный, при достижении температуры плавления будет наблюдаться резкий спад диэлектрической проницаемости;
Рисунок 1.3 – Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры для неполярного диэлектрика парафина
- ионные кристаллические диэлектрики с плотной упаковкой частиц. Температурный коэффициент положителен, поскольку повышение температуры не только уменьшает плотность вещества, но и увеличивает полярность ионов, вследствие ослабления внутренних связей. Основные закономерности изменения от температуры и частоты приведены в ионной поляризации. Исключение составляют кристаллы, содержащие ионы титана, этих кристаллов отрицателен и это объясняется преобладанием электронной поляризации;
|
|
|
- ионные кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой частиц. Ионные кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой частиц обладают электронной, ионной, а также ионно-релаксационной поляризациями. Они характеризуются в большинстве случаев невысоким исходным значением и большим положительным коэффициентом. Примером является электротехнический фарфор;
- неорганические стекла (квазиаморфные диэлектрики). Диэлектрическая проницаемость находится в сравнительно узких пределах от 4 до 20, – положителен. Но можно при необходимости получить материал и с отрицательным, если в состав стекла ввести в виде механических примесей кристаллы с отрицательным (рутил и т.д.);
- полярные органические диэлектрики. В твердом состоянии проявляют дипольно-релаксационную поляризацию. Диэлектрическая проницаемость полярных диэлектриков зависит от температуры и частоты изменения электрического поля. В температурной зависимости наблюдается максимум, в частотной зависимости при достижении граничной частоты наблюдается спад до уровня электронной поляризации.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 920; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!