Диэлектрические материалы

Диэлектрические материалы, диэлектрические коврики, например, по сути, являются изоляторами, что означает, что при подаче напряжения через материал не будет протекать ток. Однако определенные изменения действительно происходят в атомном масштабе. Когда напряжение подается на диэлектрический объект, он становится поляризованным. Поскольку атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, поляризация-это эффект, который слегка смещает электроны в сторону положительного напряжения. Они не проходят достаточно далеко, чтобы создать поток тока через материал — сдвиг микроскопический, но имеет очень важный эффект, особенно при работе с конденсаторами. Как только источник напряжения удален из материала, он либо возвращается в исходное неполяризованное состояние, либо остается поляризованным, если молекулярные связи в материале слабые. Разница между терминами «диэлектрик» и «изолятор» не очень хорошо определена. Все диэлектрические материалы являются изоляторами, но хорошим диэлектриком является тот, который легко поляризуется.

Величина поляризации, возникающая при приложении к объекту определенного напряжения, влияет на количество электрической энергии, которая накапливается в электрическом поле. Это описывается диэлектрической проницаемостью материала. Диэлектрическая проницаемость — не единственное свойство диэлектрических материалов. Другие свойства, такие как диэлектрическая прочность и диэлектрические потери, не менее важны при выборе материалов для конденсатора в данном приложении.

Диэлектрическая проницаемость
Диэлектрическая проницаемость материала, также называемая диэлектрической проницаемостью материала, представляет собой способность материала концентрировать электростатические линии потока. В более практическом плане он представляет собой способность материала накапливать электрическую энергию в присутствии электрического поля. Все материалы, включая вакуум, накапливают энергию при помещении в электрическое поле. Диэлектрическая проницаемость вакуума определяется как физическая постоянная ε0, которая приблизительно равна ε0 = 8,854 х 10-12 фарад на метр. Эта константа фигурирует во многих формулах электромагнетизма.

Поскольку большинство конденсаторов не изготовлены из вакуума, имеет смысл определить диэлектрическую проницаемость для каждого материала. Диэлектрическая проницаемость материала определяется как ε=ere0, где ε-абсолютная диэлектрическая проницаемость, а er-относительная диэлектрическая проницаемость. er-это число, которое всегда больше 1, что означает, что все материалы при воздействии электрического поля накапливают больше энергии, чем свободное пространство. Это свойство весьма полезно в приложениях для конденсаторов, и мы объясним это далее в этой статье. Следует отметить, что относительная диэлектрическая проницаемость зависит от многих факторов, таких как температура, давление и даже частота, поэтому в некоторых приложениях предпочтение отдается материалам с более стабильной диэлектрической проницаемостью.

К сожалению, существует ограничение на напряжение, которое изолятор может выдержать перед проведением электричества. Все материалы имеют верхний предел напряжения, называемый напряжением пробоя. Хорошим примером этого является воздух. Он считается изолятором, но при определенных обстоятельствах по нему может течь ток. Именно это и происходит во время удара молнии. После превышения напряженности пробивного поля воздух ионизируется (электроны отрываются от ядра атома), и они начинают двигаться под действием электрического поля, производя электрический ток. Очень важно не превышать максимальное номинальное напряжение конденсатора, чтобы предотвратить повреждение или даже полное разрушение. Диэлектрическая прочность воздуха составляет примерно 3 мегавольта на метр. Для сравнения, диэлектрическая прочность слюды составляет примерно 120 мВ/м. Выбор диэлектрического материала очень важен в некоторых приложениях, где ожидается высокое напряжение или когда толщина диэлектрика очень мала.

Диэлектрические потери
Термин «диэлектрические потери» относится к энергии, которая теряется при нагреве объекта, изготовленного из диэлектрического материала, если к нему прикладывается переменное напряжение. Эти потери происходят потому, что по мере изменения поляризации материала крошечные электронные сдвиги можно рассматривать как крошечный поток переменного тока. Различные материалы имеют разные потери на разных частотах, и эта характеристика должна учитываться в некоторых высокочастотных приложениях.

1,651 просмотров всего, 12 просмотров сегодня

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *