Dielektrisk

Dielektrisk (isolator) (fra andet græsk διά "gennem; separat", og andet græsk ἤλεκτρον  - " rav ") - et stof ( materiale ), der leder elektricitet relativt dårligt . Dielektrikas elektriske egenskaber bestemmes af deres evne til at polarisere i et eksternt elektrisk felt. Udtrykket blev introduceret i videnskaben af ​​den engelske fysiker M. Faraday [1] .

Koncentrationen af ​​frie ladningsbærere i dielektrikumet overstiger ikke 108 cm – 3 . I elektrodynamik er et dielektrikum et medium med en lille værdi af den dielektriske tabstangent ( ) [2] ved den betragtede frekvens ; i et sådant medium er ledningsstrømmen [3] meget mindre end forskydningsstrømmen .

Under "ideelt dielektrikum" menes et medium med en værdi , andre dielektrika kaldes "rigtige" eller dielektrika (medier) "med tab". Fra et fast legemes båndteoris synspunkt er et dielektrikum et stof med et båndgab større end 3 eV .

Studiet af dielektriske egenskaber vedrører lagring og spredning af elektrisk og magnetisk energi i materialer [4] [5] . Begrebet dielektrik er vigtigt for at forklare forskellige fænomener inden for elektronik, optik, faststoffysik og cellulær biofysik.

Terminologi

Mens udtrykket "isolator" indebærer lav elektrisk ledningsevne, betyder dielektrisk normalt materialer med høj polariserbarhed . Sidstnævnte er udtrykt ved et tal kaldet relativ permittivitet . Udtrykket "isolator" bruges normalt til at henvise til elektrisk ikke-ledningsevne, mens udtrykket "dielektrisk" bruges til at understrege et materiales evne til at lagre energi gennem polarisering.

Udtrykket "dielektrisk" blev opfundet af William Whewell som svar på en anmodning fra Michael Faraday [6] [7] . Et ideelt dielektrikum er et materiale med nul elektrisk ledningsevne [8] .

Fysiske egenskaber

Konventionelt omfatter ledere materialer med elektrisk resistivitet ρ < 10 −5 Ohm m, og dielektrika er materialer med ρ > 10 8 Ohm m. Resistiviteten af ​​gode ledere kan være så lav som 10 −8 ohm m, mens den for de bedste dielektrikum kan overstige 10 16 ohm m. Resistiviteten af ​​halvledere , afhængigt af strukturen og sammensætningen af ​​materialer, samt af miljøforhold, kan variere inden for 10 −5 -10 8 Ohm m.

Metaller er gode ledere af elektrisk strøm . Af de 105 kemiske grundstoffer er kun 25 ikke-metaller, og 12 grundstoffer kan udvise halvlederegenskaber. Men ud over elementære stoffer kendes tusindvis af kemiske forbindelser , legeringer eller kompositter med egenskaberne som ledere, halvledere eller dielektriske stoffer. Det er ret svært at trække en klar grænse mellem resistivitetsværdierne for forskellige klasser af materialer. For eksempel opfører mange halvledere sig som dielektriske stoffer ved lave temperaturer. Samtidig kan dielektrika under stærk opvarmning udvise halvlederes egenskaber. Den kvalitative forskel er, at for metaller er den ledende tilstand grundtilstanden, mens det for halvledere og dielektrikum er den exciterede tilstand.

Udviklingen af ​​radioteknik krævede skabelsen af ​​materialer, hvor specifikke elektromagnetiske egenskaber ved radiofrekvenser kombineres med de nødvendige fysiske og mekaniske parametre. Sådanne materialer kaldes højfrekvente. Forståelse af materialers elektriske, magnetiske og mekaniske egenskaber, samt årsagerne til ældning, kræver viden om deres kemiske og fasesammensætning, atomare struktur og strukturelle defekter.

Indstillinger

Parametrene for dielektriske stoffer bestemmer deres mekaniske ( elasticitet , styrke , hårdhed , viskositet ), termiske ( varmeudvidelse , varmekapacitet , termisk ledningsevne ), elektriske ( elektrisk ledningsevne , polarisering , energiabsorption, elektrisk styrke ), magnetiske, optiske egenskaber og også bestemme deres elektriske, mekaniske, termiske reaktioner på virkningen af ​​et elektrisk felt, mekanisk stress, temperatur [9] .

Eksempler

Dielektriske stoffer omfatter forskellige gasser, væsker, for eksempel olier, glas , forskellige harpikser , plastik osv.

Den specifikke modstand af deioniseret vand (se også: bidistillat ) - 18 MΩ cm.

Dielektriske stoffer omfatter også paraelektriske stoffer - ikke-lineære dielektrika, der ikke har spontan polarisering, hvis relative permittivitet falder med stigende temperatur (strontium, kalium, cadmiumtitanater; ferroelektrik over Curie-temperaturen).

En række dielektrika udviser interessante fysiske egenskaber. Disse omfatter elektreter , piezoelektrik , pyroelektrik , ferroelastik , ferroelektrik , relaxorer og ferroelektrik .

Brug

Ved brug af dielektrikum af en af ​​de mest omfattende klasser af elektriske materialer var behovet for at bruge både passive og aktive egenskaber ret klart defineret.

Dielektriske materialer bruges ikke kun som isoleringsmaterialer .

Passives

Dielektriske materialers passive egenskaber udnyttes, når de anvendes som elektriske isoleringsmaterialer og som dielektriske materialer i konventionelle typer kondensatorer . Elektriske isoleringsmaterialer kaldes dielektriske stoffer, der ikke tillader lækage af elektriske ladninger, det vil sige, med deres hjælp adskiller de elektriske kredsløb fra hinanden eller strømførende dele af apparater, instrumenter og apparater fra ledende, men ikke strømførende dele (fra kroppen, fra "jorden"). I disse tilfælde spiller materialets dielektriske konstant ikke en særlig rolle, eller den skal være så lille som muligt for ikke at indføre parasitære kapacitanser i kredsløbene . Hvis et materiale anvendes som dielektrikum af en kondensator med en vis kapacitet og af de mindste dimensioner, så er det alt andet lige ønskeligt, at dette materiale har en stor dielektrisk konstant.

Aktive egenskaber ved dielektriske stoffer

Aktive dielektrika, hvis dielektriske egenskaber afhænger af den påførte spænding, påvirkningen af ​​det ydre miljø er ferroelektrik , piezoelektrik , pyroelektrik , elektroluminoforer , materialer til emittere og lukkere i laserteknologi, elektreter osv.

Noter

  1. ↑ Levanyuk A.P. Dielectrics // Physical Encyclopedia / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M .: Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1. - S. 694-698. - 704 s. — 100.000 eksemplarer.
  2. ↑ Nikolsky V.V., Nikolskaya T.I. Elektrodynamik og udbredelse af radiobølger. Moskva: Nauka, 1989.
  3. ↑ Ledningsstrøm - rettet bevægelse af elektriske ladninger
  4. ↑ Thoms, E.; Sippel, P.; et., al. Dielektrisk undersøgelse af blandinger af ioniske væsker   // Sci . Rep. : journal. - 2017. - Bd. 7 , nr. 1 . — S. 7463 . - doi : 10.1038/s41598-017-07982-3 . - . - arXiv : 1703.05625 . — PMID 28785071 .
  5. ↑ Belkin, A.; Bezryadin, A.; Hendren, L.; Hubler, A. Genopretning af alumina nanokondensatorer efter højspændingsnedbrud   // Sci . Rep. : journal. - 2017. - Bd. 7 , nr. 1 . — S. 932 . - doi : 10.1038/s41598-017-01007-9 . - . — PMID 28428625 .
  6. ↑ Daintith, J. Biographical Encyclopedia of Scientists. - CRC Press , 1994. - S. 943. - ISBN 978-0-7503-0287-6 .
  7. ↑ James, Frank AJL, redaktør. The Correspondence of Michael Faraday, bind 3, 1841-1848, brev 1798, William Whewell til Faraday, s. 442. (utilgængeligt link) . Hentet 18. maj 2012. Arkiveret fra originalen 23. december 2016.   The Institution of Electrical Engineers, London, Storbritannien, 1996. ISBN 0-86341-250-5
  8. ↑ [ [1]  i Google Books Microwave Engineering – RS Rao (Prof.)]  (eng) .
  9. ↑ Res, 1989 , s. atten.

Links

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
 Ledende materialer