Физические процессы в диэлектриках

Содержание

Слайд 2

Поляризация диэлектриков Поляризацией называют состояние диэлектрика, характеризующееся наличием электрического момента у

Поляризация диэлектриков

Поляризацией называют состояние диэлектрика, характеризующееся наличием электрического момента у любого

элемента его объема.
Способоность различных материалов поляризоваться в электриеском поле характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью
, где:
- ёмкость конденсатора с данным диэлектриком;
- ёмкость того же конденсатора в вакууме (т.е. геометрическая ёмкость между электродами).
Количественной характеристикой поляризации служит поляризованность диэлектрика. Поляризованностью Р называют векторную физическую величину, равную отношению электрчиеского момента dр элемента диэлектрика к объёму dV этого элемента и выражаемую в :
где - диэлектрическая восприимчивость.
Слайд 3

Механизмы поляризации Эквивалентная схема диэлектриков сложного состава с различными механизмами поляризации

Механизмы поляризации

Эквивалентная схема диэлектриков сложного состава с различными механизмами поляризации

Слайд 4

Частотная зависимость составляющих комплексной диэлектрической проницаемости.

Частотная зависимость составляющих комплексной диэлектрической проницаемости.

Слайд 5

Кривые температурной зависимости диэлектрической проницаемости при электронной , дипольно-релаксационной и ионно-релаксационной поляризациях.

Кривые температурной зависимости диэлектрической проницаемости при электронной , дипольно-релаксационной и ионно-релаксационной

поляризациях.
Слайд 6

Температурный коэффициент Изменение при изменении температуры характеризуется температурным коэфициентом диэлектрической проницаемости, выражаемым в :

Температурный коэффициент

Изменение при изменении температуры характеризуется температурным коэфициентом диэлектрической проницаемости, выражаемым

в :
Слайд 7

После снятия электрического поля ориентация частиц постепенно ослабевает. Математически такой процесс

После снятия электрического поля ориентация частиц постепенно ослабевает. Математически такой процесс

выражают формулой, отражающей зависимость дипольной составляющей поляризованности диэлектрика от времени:
,где t – время, прошедшее после снятия поля; - постоянная времени (время релаксации).
Таким образом, время релаксации – это промежуток времени в течение которого упорядоченность ориентированных полем диполей после снятия поля уменьшается вследствие наличия теплового движения в 2,7 раза от первоначального значения, т.е. система из неравновесного состояния приближается к равновесному. Время релаксации сильно зависит от температуры. Чем выше температура, тем меньше силы молекулярного сопротивления повороту диполей в вязкой среде, тем меньше время релаксации.
Слайд 8

Классификация диэлектриков по механизмам поляризации В зависимости от влияния напряжённости электрического

Классификация диэлектриков по механизмам поляризации

В зависимости от влияния напряжённости электрического поля

на значение относительной диэлектрической проницаемости материала все диэлектрики подразделяют на линейные и нелинейные.
Для линейных диэлектриков с малыми потерями энергии зависимость заряда конденсатора от напряжения (переменной полярности) имеет вид показанный на рисунке а). Для нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) в этих условиях зависимость заряда от напряжения принимает форму петли гистерезиса - б).

Зависимости заряда конденсатора от напряжения для линейных диэлектриков (а) и для сегнетоэлектриков (б) (по осям абсцисс отложены U и E=U/h, по осям ординат Q,D=Q/S и )

Слайд 9

Линейные диэлектрики Линейные диэлектрики можно подразделить в несколько групп, положив в

Линейные диэлектрики

Линейные диэлектрики можно подразделить в несколько групп, положив в основу

классификации механизмов поляризации.
Неполярными диэлектриками являются газы, жидкости и твёрдые вещества в кристаллическом и аморфном состояниях, обладающие в основном только электронной поляризацией. К ним относятся водород, бензол, парафин, сера, полиэтилен и др.
Полярные (дипольные) диэлектрики – это органические жидкие, полужидкие и твёрдые вещества, имеющие одновременно дипольно-релаксационную и электронную поляризации. К ним относятся нитробензол, кремнийорганические соединения, феноло-формальдегидные смолы, эпоксидные компаунды, хлорированные углеводороды, капрон и др.
Ионные соединения составляют твёрдые неорганические диэлектрики с ионной, электронной, ионно- и электронно-релаксационными поляризациями. В этой группе ввиду существенного различия их электрических характеристик целесообразно выделить две подгруппы материалов: 1) диэлектрики с ионной и электронной поляризациями; 2) диэлектрики с ионной, электронной и релаксационными поляризациями.
К первым преимущественно относятся кристаллические вещества с плотной упаковкой ионов, например, кварц, слюда, корунд (Al2O3), рутил (TiO2), перовскит (CaTiO3) и др. Ко вторым принадлежат неорганические стёкла, многие виды керамики, кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой частиц в решётке.
Слайд 10

Влияние агрегатного состояния на диэлектрическую проницаемость линейных диэлектриков Значение относительной диэлектрической

Влияние агрегатного состояния на диэлектрическую проницаемость линейных диэлектриков

Значение относительной диэлектрической проницаемости

вещества, характеризующее степень его поляризуемости, в первую очередь, определяется механизмами поляризации. Однако величина в большой мере зависит и от агрегатного состояния вещества, так как при переходах из одного состояния в другое существенно меняются плотность вещества, его вязкость и изотропность.
Слайд 11

Диэлектрическая проницаемость газов Газообразные вещества характеризуются весьма малыми плотностями вследствие больших

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 и дипольной, если молекулы газа полярны, однако и в этом случае основное значение имеет электронная поляризация.
Диэлектрическая проницаемость различных газов тем больше, чем больше радиус молекулы газа, и численно близка к квадрату коэффициента преломления света для этого газа.
Зависимость диэлектрической проницаемости газа от температуры и давления определяется числом молекул в единице объёма, которое пропорционально давлению и обратно пропорционально абсолютной температуре.
У воздуха в нормальных условиях относительная диэлектрическая проницаемость равна 1,0006, а её температурный коэффициент имеет значение около – 2*10-6 К-1 .
Слайд 12

Таблица параметров некоторых газов

Таблица параметров некоторых газов

Слайд 13

Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков Жидкие диэлектрики могут состоять из неполярных и

Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков

Жидкие диэлектрики могут состоять из неполярных и полярных

молекул.
Значение относительной диэлектрической проницаемости неполярных жидкостей определяется электронной поляризацией, поэтому оно невелико, близко к значению квадрата показателя преломления света и обычно не превышает 2,5.
Зависимость диэлектрической проницаемости неполярной жидкости от температуры связана с уменьшением числа молекул в единице объёма, т.е. с уменьшением плотности; по абсолютному значению близок к температурному коэффициенту объёмного расширения жидкости . Следует помнить что и отличаются знаком.
Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется одновременно электронной и дипольно-релаксационной составляющими. Такие жидкости обладают тем большей диэлектрической проницаемостью, чем дольше значение электрического момента диполей и чем больше число молекул в единице объёма.
Слайд 14

Параметры неполярных жидких диэлектриков

Параметры неполярных жидких диэлектриков

Слайд 15

Диэлектрическая проницаемость твёрдых диэлектриков Диэлектрическая проницаемость неполярных твёрдых диэлектриков: Значение и ионных кристаллов:

Диэлектрическая проницаемость твёрдых диэлектриков

Диэлектрическая проницаемость неполярных твёрдых диэлектриков:

Значение и ионных

кристаллов:
Слайд 16

Диэлектрическая проницаемость сложных диэлектриков Диэлектрическую проницаемость сложных диэлектриков, представляющих собой смесь

Диэлектрическая проницаемость сложных диэлектриков

Диэлектрическую проницаемость сложных диэлектриков, представляющих собой смесь химически

невзаимодействующих друг с другом компонентов с различными диэлектрическими проницаемостями, можно в первом приближении (при малых различиях ) определить на основании уравнения Лихтенеккера, с помощью которого в общем случае рассчитывают самые различные свойства (например, теплопроводность, показатель преломления и др.): (6.5)
Здесь - соответственно относительные диэлектрические проницаемости смеси и отдельных компонентов; - объёмные концентрации компонентов, величина, характеризующая распределение компонентов и принимающая значения от +1 до -1.
При параллельном включении компонентов х=+1 выражение имеет вид:
При последовательном включении компонентов, когда x=-1:
Если оба компонента распределены хаотически (например,в керамике), то после преобразования уравнения Лихтенеккера и подстановки х=0, получим . (6.6)
Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости сложного диэлектрика определяют дифференцированием (6.6) по температуре:
Слайд 17

h Параллельное соединение y1 y2 и -объемные концентрации y1 y2 + =1(100%)


h

Параллельное соединение

y1

y2

и

-объемные концентрации

y1

y2

+

=1(100%)

Слайд 18

Последовательное соединение S1

Последовательное соединение

S1

Слайд 19

Слайд 20

Слайд 21

Термокомпенсированный конденсатор ТКС* =0 Условия термокомпенсации При параллельном соединении При последовательном соединении

Термокомпенсированный конденсатор

ТКС*

=0

Условия термокомпенсации

При параллельном соединении

При последовательном соединении

Слайд 22

Для случая хаотической смеси условия термокомпенсатора

Для случая хаотической смеси
условия термокомпенсатора

Слайд 23

Особенности поляризации сегнетоэлектриков Наличие доменной структуры и спонтанной поляризации Кристаллическая решётка

Особенности поляризации сегнетоэлектриков Наличие доменной структуры и спонтанной поляризации

Кристаллическая решётка сегнетоэлектриков характеризуется

тем, что даже в отсутствие внешнего поля ионы располагаются несимметрично, образуя макроскопические области (домены), обладающие электрическими моментами. При этом направление ориентации электрических моментов в разных доменах различно. Наложение внешнего поля способствует преимущественной ориентации электрических моментов доменов в направлении поля, что даёт эффект очень сильной поляризации, а следовательно, и сверхвысокое значение (у керамического сегнетоэлектрического материала ВК-2, например, может достигать 50 000).

Титанат бария. tk – точка Кюри.

Наличие точки Кюри.
Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков резко зависит от температуры, причём сегнетоэлектрические свойства большинства наиболее употребительных сегнетоэлектриков проявляются при всех температурах, вплоть до некоторой предельной, при которой происходит изменение структуры материала, после чего сегнетоэлектрические свойства исчезают. Эту температуру называют точкой Кюри.

Слайд 24

а) Элементарная кристаллическая ячейка титаната бария при температуре выше точки Кюри;

а) Элементарная кристаллическая ячейка титаната бария при температуре выше точки Кюри;
б)

Смещение иона титана к одному из ионов кислорода при температуре ниже точки Кюри;
в) Изменение структуры ячейки кристалла титаната бария при температуре ниже точки Кюри;
г) Схема расположения доменов в материале до и после наложения внешнего электрического поля.

Объяснение механизма поляризации титаната бария:

Слайд 25

Общие сведения об электрических свойствах диэлектриков

Общие сведения об электрических свойствах диэлектриков

Слайд 26

Диэлектрик в электрическом поле проявляет совокупность электрических свойств, численно характеризуемых рядом

Диэлектрик в электрическом поле проявляет совокупность электрических свойств, численно характеризуемых рядом

параметров.
Электропроводность.
Свойство материалов проводить не изменяющийся во времени электрический ток под действием не изменяющегося во времени электрического поля называется электропроводностью. Численно электропроводность диэлектриков характеризуют либо удельной объёмной проводимостью и удельной поверхностной проводимостью , либо обратными величинами – удельным объёмным сопротивлением и удельным поверхностным сопротивлением .
Слайд 27

Поляризация. Под поляризацией понимают процесс в веществе, характеризуемый тем, что электрический

Поляризация.
Под поляризацией понимают процесс в веществе, характеризуемый тем, что электрический момент

некоторого объёма этого вещества становится отличным от нуля. Способность диэлектриков поляризоваться оценивают по величине диэлектрической проницаемости .
При работе диэлектриков в знакопеременном поле поляризационные процессы значительно преобладают над процессами электропроводности, т.е. диэлектрик можно рассматривать как ёмкость.
Слайд 28

Диэлектрические потери. Это электрическая мощность, рассеиваемая в диэлектрике, находящемся в электрическом

Диэлектрические потери.
Это электрическая мощность, рассеиваемая в диэлектрике, находящемся в электрическом поле.

Способность диэлектриков к диэлектрическим потерям обычно характеризуют тангенсом угла диэлектрических потерь .
Слайд 29

Пробой. Явление в диэлектрике, приводящее к образованию канала высокой проводимости, называют

Пробой.
Явление в диэлектрике, приводящее к образованию канала высокой проводимости, называют пробоем.

Численной характеристикой стойкости диэлектриков к пробою является электрическая прочность, или пробивная напряжённость электрического поля .
Слайд 30

Вещества, обычно используемые в качестве электрополяризационных материалов и диэлектриков конденсаторов, имеют

Вещества, обычно используемые в качестве электрополяризационных материалов и диэлектриков конденсаторов, имеют

в рабочих условиях следующие значения параметров:

Не ниже 107 ом*м;

Не ниже 107 ом;

От 1 до106;

От 0,0001 до 0,1;

От 106 до 108 в/м;

Слайд 31

Зависимость тока I в диэлектрике от времени воздействия постоянного электрического поля.

Зависимость тока I в диэлектрике от времени воздействия постоянного электрического поля.

Сопротивление

диэлектрика при постоянном напряжении, т.е. сопротивление изоляции Rиз, определяющее величину тока утечки, можно вычислить по формуле:
Где U – приложенное напряжение;
I – наблюдаемый ток;
- сумма токов, вызванных различными видами поляризации.
Слайд 32

Удельное объёмное сопротивление численно равно сопротивлению куба, мысленно вырезанного из исследуемого

Удельное объёмное сопротивление численно равно сопротивлению куба, мысленно вырезанного из исследуемого

материала, если ток проходит через две противоположные грани этого куба. Практически удобно определять для куба с ребром, равным 1см, и выражать в омосантиметрах (ом*см).
В системе СИ определяют для куба с ребром, равным 1м, и выражают в омометрах (ом*м). При этом 1 ом*м=100 ом*см.
Удельное объёмное сопротивление плоского образца при одномерном поле рассчитывают по формуле
где R – объёмное сопротивление образца, ом;
S – площадь электрода, м2;
h – толщина образца, м.
Слайд 33

Удельное поверхностное сопротивление численно равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного

Удельное поверхностное сопротивление численно равно сопротивлению квадрата (любых размеров), мысленно выделенного

на поверхности материала, если ток проходит через две противоположные стороны этого квадрата. Удельное поверхностное сопротивление измеряют в омах и рассчитывают по формуле:
где поверхностное сопротивление образца материала между параллельно поставленными электродами шириной d, отстоящими друг от друга на расстоянии l. В системе СИ удельная объёмная проводимость выражается в сим*м-1, а удельная поверхностная проводимость – соответственно в сим.
Полная проводимость твёрдого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению изоляции Rиз, складывается из объёмной и поверхностной проводимостей; поэтому сопротивление изоляции рассчитывают по формуле:

Размещение электродов 1 на поверхности образца из диэлектрического материала 2 при измерении .

Слайд 34

Объёмная электропроводность диэлектриков в различных агрегатных состояниях Электропроводность газов. Газы при

Объёмная электропроводность диэлектриков в различных агрегатных состояниях

Электропроводность газов. Газы при небольших

значениях напряжённости электрического поля обладают исключительно малой проводимостью. Ток в газах может существовать только при наличии в них ионов или свободных электронов, которые возникают в результате ионизации молекул газа. Ионизация происходит либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений ионов и электронов, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа (ударная ионизация).

Зависимость тока I от напряжения U для газа.

Слайд 35

Электропроводность жидкостей. Электропроводность жидких диэлектриков носит ионный характер. Она тесно связана со строением молекул жидкости.

Электропроводность жидкостей.
Электропроводность жидких диэлектриков носит ионный характер. Она тесно связана со

строением молекул жидкости.
Слайд 36

Электропроводность твёрдых диэлектриков. Электропроводность твёрдых диэлектрических материалов обусловлена главным образом передвижением

Электропроводность твёрдых диэлектриков.
Электропроводность твёрдых диэлектрических материалов обусловлена главным образом передвижением ионов.

У некоторых материалов при определённых рабочих условиях она может быть вызвана также наличием свободных электронов.
При ионной электропроводности число диссоциированных ионов находится в экспоненциальной зависимости от температуры:
где n – общее число ионов в 1 м3;
Эд – энергия диссоциации;
kT – тепловая энергия.

Температурная зависимость удельной проводимости , характеризующая области собственной и примесной электропроводности диэлектрика.
Сплошной линией показана собственная электропроводность, штриховыми линиями – примесная электропроводность (N1>N2>N3>N4, где N – концентрация примеси.)

Слайд 37

Поверхностная электропроводность твёрдых диэлектриков Поверхностная электропроводность обусловлена увлажнением поверхности диэлектрика, а

Поверхностная электропроводность твёрдых диэлектриков

Поверхностная электропроводность обусловлена увлажнением поверхности диэлектрика, а также

её загрязнением твёрдыми проводящими частицами. Вода отличается, как указывалось выше, значительной удельной проводимостью. Достаточно на поверхности диэлектрика появиться тончайшему слою влаги, чтобы возникла заметная проводимость.
Поскольку сопротивление адсорбированной плёнки влаги связано с природой материала, на поверхности которого она находится, поверхностную электропроводность обычно рассматривают как свойство самого диэлектрика.
Слайд 38

Диэлектрические потери При постоянном напряжении, приложенном к диэлектрику, электрические потери Pa

Диэлектрические потери

При постоянном напряжении, приложенном к диэлектрику, электрические потери Pa обусловлены

явлением сквозной электропроводности и могут быть определены из выражения:
Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90о угол сдвига фаз между напряжением, приложенным к диэлектрику, и протекающим в нём током. В идеальном диэлектрике угол равен нулю. Чем больше рассеиваемая в диэлектрике мощность, тем больше угол диэлектрических потерь.
Слайд 39

Параллельная и последовательная эквивалентные схемы диэлектрика с потерями Для параллельной схемы: Для последовательной схемы:

Параллельная и последовательная эквивалентные схемы диэлектрика с потерями

Для параллельной

схемы:
Для последовательной схемы:
Слайд 40

Для доброкачественных диэлектриков можно пренебречь значением (оно очень мало по сравнению

Для доброкачественных диэлектриков можно пренебречь значением (оно очень мало по сравнению

с 1) и считать . Выражения для мощности, рассеиваемой в диэлектрике, в этом случае будут также одинаковы для обеих схем:
вт,
где U – напряжение, в;
– угловая частота, сек-1;
С – ёмкость, ф.
Слайд 41

Если потери в конденсаторе или изоляторе обусловлены главным образом сопротивлением проводящих

Если потери в конденсаторе или изоляторе обусловлены главным образом сопротивлением проводящих

и соединительных проводов, а также сопротивлением самих электродов (обкладок), то для расчёта можно применить последовательную схему, и рассеиваемая мощность будет возрастать пропорционально квадрату частоты:
Из последнего выражения следует весьма важный практический вывод: у конденсаторов и изоляторов, предназначенных для работы на высокой частоте, сопротивление электродов, соединительных проводов и переходных контактов должно быть по возможности мало.
Слайд 42

Виды диэлектрических потерь Изучение физической природы и особенностей диэлектрических потерь позволило

Виды диэлектрических потерь

Изучение физической природы и особенностей диэлектрических потерь позволило подразделить

их на три основных вида:
1) Потери сквозной электропроводности;
2) Поляризационные (релаксационные) потери;
3) Ионизационные потери.
4)Резонансные потери
Слайд 43

Потери сквозной электропроводности если известны значения и , измеренные: первое на

Потери сквозной электропроводности
если известны значения и , измеренные: первое на постоянном

токе, второе при данной частоте.
где А и b – постоянные материала.

Частотные (а) и температурные (б) зависимости потерь сквозной электропроводности.

Слайд 44

Поляризационные (релаксационные) потери. Меньшего значения времени релаксации, необходимого для получения максимума

Поляризационные (релаксационные) потери.

Меньшего значения времени релаксации, необходимого для получения максимума угла

потерь, а для уменьшения времени релаксации необходимо снижение вязкости, т.е. повышение температуры.

Поляризационные (релаксационные) потери в диэлектриках: а – положение минимумов тангенса угла диэлектрических потерь в зависимости от температуры Т при различных частотах (f1б – положение максимумов тангенса угла диэлектрических потерь в зависимости f при различных температурах (Т1<Т2); для температуры Т2 дополнительно показана кривая затраченной мощности.

Слайд 45

Диэлектрические потери в газах Кривую часто называют кривой ионизации. Зависимость тангенса

Диэлектрические потери в газах

Кривую часто называют кривой ионизации.

Зависимость тангенса угла диэлектрических

потерь твёрдой изоляции с воздушными включениями от напряжения U.
Слайд 46

Диэлектрические потри в жидких диэлектриках В нейтральных жидкостях, не содержащих примесей

Диэлектрические потри в жидких диэлектриках

В нейтральных жидкостях, не содержащих примесей с

дипольными молекулами, диэлектрические потери обусловлены только электропроводностью.
Полярные жидкости в определённых температурных и частотных условиях могут обладать заметными потерями, обусловленными не только электропроводностью, но и дипольно-релаксационной поляризацией.

Суммарные релаксационные потери в дипольных диэлектриках

Слайд 47

Диэлектрические потери в твёрдых диэлектриках Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь конденсаторной

Диэлектрические потери в твёрдых диэлектриках

Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь конденсаторной бумаги,

пропитанной компаундом, от температуры t.
Состав компаунда: 80% канифоли и 20% трансформаторного масла.
Слайд 48

Пробой газов Схематическое изображение распространения стримера при пробое газа

Пробой газов

Схематическое изображение распространения стримера при пробое газа

Слайд 49

Зависимость электрической прочности газа от давления Зависимость пробивного напряжения воздуха от

Зависимость электрической прочности газа от давления

Зависимость пробивного напряжения воздуха от расстояния

между электродами в неоднородном поле
Слайд 50

Зависимость пробивного напряжения воздуха от расстояния между электродами при различных частотах.

Зависимость пробивного напряжения воздуха от расстояния между электродами при различных частотах.

Слайд 51

Пробой жидких диэлектриков Зависимость электрической прочности от содержания воды в масле

Пробой жидких диэлектриков

Зависимость электрической прочности от содержания воды в масле

Слайд 52

Пробой твёрдых диэлектриков Различают четыре вида пробоя твёрдых диэлектриков: 1) Электрический

Пробой твёрдых диэлектриков

Различают четыре вида пробоя твёрдых диэлектриков:
1) Электрический пробой макроскопически

однородных диэлектриков;
2) Электрический пробой неоднородных диэлектриков;
3) Тепловой (электротепловой) пробой;
4) Электрохимический пробой.

а)

Слайд 53

Тепловой и электрический пробой

Тепловой и электрический пробой

Слайд 54

Тепловой и электрический пробой Тепловой пробой сводится к разогреву материала в

Тепловой и электрический пробой

Тепловой пробой
сводится к разогреву материала в электрическом поле

до температур , соответствующих хотя бы местной потере электроизоляционных свойств, связанной с чрезмерным возрастанием сквозной электропроводности или диэлектрических потерь

Электрический пробой
Является чисто электронным процессом, в котором основную роль играет ударная ионизация .Имеет место в тех случаях, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь, обусловливающих нагрев диэлектрика .Пробивная напряженность является воспроизводимой характеристикой электрической прочности самого вещества.

Слайд 55

Значения электрической прочности некоторых твёрдых диэлектриков в однородном поле при частоте 50 Гц

Значения электрической прочности некоторых твёрдых диэлектриков в однородном поле при частоте

50 Гц
Слайд 56

Тепловой пробой Электротепловой (сокращённо тепловой) пробой сводится к разогреву материала в

Тепловой пробой

Электротепловой (сокращённо тепловой) пробой сводится к разогреву материала в электрическом

поле до температур, соответствующих хотя бы местной потере им электроизоляционных свойств, связанной с чрезмерным возрастанием сквозной электропроводности или диэлектрических потерь.
Если считать, что всё изменение температуры происходит вне диэлектрика, то рабочее напряжение можно найти, приравняв тепловыделение количеству тепла, отводимого при заданной температуре с поверхности изолятора:
где U – напряжение, В; - реактивная мощность, В*А;
- угловая частота, с-1; С – ёмкость изолятора, Ф; - тангенс угла потерь при рабочей температуре; - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2*К); S – поверхность изолятора, м2; tраб и t0 – температуры поверхности изолятора и окружающей среды, К.
Слайд 57

Кривые зависимости Ра (1 и 2) от температуры при разном приложенном

Кривые зависимости Ра (1 и 2) от температуры при разном приложенном

к изолятору напряжении (U1

По кривой 1 можно рассчитать допустимое рабочее напряжение:
где соответствует .
По кривой 2 может быть рассчитано пробивное напряжение изолятора. В данном случае критическая температура совпадает с рабочей и напряжение на изоляторе должно рассматриваться как критическое, т.е. пробивное:
где значение соответствует критической температуре .
Для плоского конденсатора при толщине диэлектрика h и отводе тепла через электроды, температуру которых принимаем равной t0, находим (в киловольтах)

Слайд 58

Сравнительные характеристики электрического и теплового пробоя Электрический пробой Малое время развития

Сравнительные характеристики электрического и теплового пробоя

Электрический пробой
Малое время развития пробоя
Малая зависимость

электрической прочности от частоты приложенного напряжения
Малая зависимость электрической прочности от температуры
Сравнительно маловыраженная зависимость эл. прочности отразмеров диэлектрика и электродов
Электрический пробой возникает у краев электродов ,в области наибольшего сгущения линий электрического поля

Тепловой пробой
Электрическая прочность зависит от частоты ,уменьшаясь с ростом частоты
Электрическая прочность зависит от температуры, уменьшаясь с её ростом
Электрическая прочность зависит от времени приложения напряжения
Электрическая прочность определяется коффициентом теплопроводности, коэффициентом потерь, и температурным коэффициентом потерь
При тепловом пробое велика вероятность у средней части электродов, где наиболее трудные условия охлаждения

Слайд 59

Электрохимический пробой Этот вид пробоя обусловлен медленными изменениями химического состава и

Электрохимический пробой

Этот вид пробоя обусловлен медленными изменениями химического состава и структуры

диэлектрика , которые развиваются под действием электрического поля или разрядов в окружающей среде.
Этот вид пробоя имеет большое значение при повышенных температурах и высокой влажности
Слайд 60

Функции диэлектриков в РЭА

Функции диэлектриков в РЭА

Слайд 61

Подзатворный диэлектрик МОП транзистора , а) И – исток, З – затвор, С – сток.

Подзатворный диэлектрик МОП транзистора , а)

И – исток, З – затвор,

С – сток.
Слайд 62

Защита p-n-переходов,б) К – коллектор, Э – эмиттер, Б - база

Защита p-n-переходов,б)

К – коллектор, Э – эмиттер, Б - база

Слайд 63

Межэлементная изоляция,в)

Межэлементная изоляция,в)

Слайд 64

Подложки,г)

Подложки,г)

Слайд 65

Химический состав и свойства оксидных стёкол

Химический состав и свойства оксидных стёкол

Слайд 66

Технические марки стёкол

Технические марки стёкол

Слайд 67

Слайд 68

Виды и применение керамики Виды Керамики Грубая Тонкая Строительная Огнеупорная Пористая

Виды и применение керамики

Виды Керамики

Грубая

Тонкая

Строительная

Огнеупорная

Пористая
(фаянс)

Плотная
(фарфор)

Установочная

Конденсаторная (TiO2)

Пьезо (ТБ)

Вакуумплотная
(поликор), ГИС СВЧ

Детали ЭВП,

Компоненты

Подложки, ГИС

Слайд 69

Слоистые пластики – материалы диэлектрических оснований печатных плат Печатные платы (ПП)

Слоистые пластики – материалы диэлектрических оснований печатных плат

Печатные платы (ПП) являются

типовыми несущими конструкциями современной РФА и ЭВА. Печатная плата представляет собой слоистую структуру, в состав которой входит диэлектрическое основание и печатные проводники (медная фольга). Основания ПП изготавливают из слоистых пластиков - композиций, состоящих из волокнистого листового наполнения – бумаги, ткани, стеклоткани, пропитанных и склеенных между собой различными полимерными связующими. Слоистые пластики отличаются от других материалов тем, что применяемый наполнитель располагается параллельными слоями. Такая структура обеспечивает Высокие механические характеристики, а использование полимерных связующих – достаточно высокое удельное электрическое сопротивление, электрическую прочность и малое значение .
Слайд 70

Типы слоистых пластиков

Типы слоистых пластиков

Слайд 71

Качество печатных плат характеризуется следующими свойствами Прочность является одним из основных

Качество печатных плат характеризуется следующими свойствами

Прочность является одним из основных свойств,

поскольку печатные платы выполняют роль не только диэлектрического основания, но и несущей конструкции. Часто требуется вибропрочность, которой, особенно при больших размерах плат, стеклотекстолит не обладает.
Нагревостойкость фольгированных слоистых пластиков определяется по отсутствию вздутий, расслаивания и отклеивания фольги, возникающих при пайке. Критерием является время, в секундах, в течение которого разрушения не наблюдаются при нагреве от 533 К (260о). Минимальная нагревостойкость – 5с, у лучших марок – 20с.
Стабильность размеров – изменение длины при смене температур в процессе пайки, когда вся плата перегревается примерно до 393 К (120о) ; ТКЛР стеклотекстолита при толщине 1,5 мм составляет 8*10-6 К-1, т. е. отличается от ТКЛР меди более чем в 2 раза, поэтому при больших размерах плат возможен обрыв или отслоение фольги.
Электрическая прочность стеклотекстолита анизотропна: в продольном направлении она в несколько раз выше, чем в направлении толщины. Причина этому – анизотропия самого материала и наличие микротрещин, уменьшающих эффективную толщину, но не длину и ширину. С увеличением толщины электрическая прочность падает. Так, для плат толщиной - 0,5 и 10 мм значение Епр соответственно 30 и 10 кВ/мм.
Слайд 72

Печатные платы на термопластах Применение термопластов для изготовления ПП имеет следующие

Печатные платы на термопластах

Применение термопластов для изготовления ПП имеет следующие преимущества:
Повышение

нагревостойкости до 700 К.
Возможность применения в СВЧ-аппаратуре благодаря малым значениям .
Упрощение технологии изготовления переходных процессов отверстий, возможность формовки углублений, монтажных фланцев. Лучшим материалом для этой цели является фторопласт, армированный стеклотканью и фольгированный с двух сторон. Его выпускают в виде листов толщиной 0,5 мм под маркой фторопласт-4Д армированный, фольгированный (ТУ 6-05-164-78). Он нагревостоек до Т=520 К, имеет =0,0007 при частоте 1010 Гц и пригоден для СВЧ-техники
Слайд 73

Магнитные свойства материалов

Магнитные свойства материалов

Слайд 74

Общие сведения о магнитных свойствах материалов Намагниченность тела J характеризуется величиной

Общие сведения о магнитных свойствах материалов

Намагниченность тела J характеризуется величиной магнитного

момента единицы объёма, равного сумме магнитных моментов атомов (молекул), отнесённой к этому объёму. Намагниченность J связана с напряжённостью магнитного поля H соотношением
а/м
Где - магнитная восприимчивость материала.
Слайд 75

Напряжённость магнитного поля Н имеет ту же размерность, что и J,

Напряжённость магнитного поля Н имеет ту же размерность, что и J,

поэтому оказывается безразмерной величиной. Магнитное поле в материале характеризуется магнитной индукцией
тл,
где магнитная постоянная, или магнитная проницаемость вакуума;
индукция магнитного поля в вакууме;
магнитная индукция, обусловленная намагниченностью материала.
Слайд 76

где - магнитная проницаемость данного вещества, показывающая, во сколько раз магнитная

где - магнитная проницаемость данного вещества, показывающая, во сколько раз магнитная

индукция в материале отличается от магнитной индукции в вакууме;
абсолютная магнитная проницаемость.
Слайд 77

С изменением напряжённости Н внешнего магнитного поля суммарная индукция также меняется.

С изменением напряжённости Н внешнего магнитного поля суммарная индукция также меняется.

На рисунке приведены типичные зависимости для диа-, пара- и ферромагнетика. Для ферромагнетика, кроме того, приведена зависимость . В слабых полях (при малых Н) В в ферромагнетике быстро возрастает с ростом Н, вследствие быстрого роста J. В сильных полях (при больших значениях Н), где J достигает насыщения ( ), В растёт только за счёт увеличения Н.

Зависимость индукции В от напряжённости Н внешнего магнитного поля для диамагнетика (1), парамагнетика (2), и ферромагнетика (3); кривая 4 – зависимость намагниченности J ферромагнетика от напряжённости поля.

Слайд 78

Диамагнетизм К диамагнетикам относят материалы, у которых магнитный момент каждого атома

Диамагнетизм

К диамагнетикам относят материалы, у которых магнитный момент каждого атома равен

нулю. Во внешнем магнитном поле в атомах диамагнетика возникают магнитные моменты (так называемые диамагнитные добавки), направленные против внешнего поля, из-за чего явление диамагнетизма иногда называют антимагнетизмом. Образец диамагнитного материала выталкивается из зазора между полюсами магнита (если магнитное поле неоднородно). Из-за незначительной величины диамагнитной добавки, направленной противоположно внешнему магнитному полю, у диамагнетиков магнитная восприимчивость является малым отрицательным числом ( ).
Слайд 79

Парамагнетизм В парамагнетиках (слабомагнитных веществах) магнитные моменты в атомах отличны от

Парамагнетизм

В парамагнетиках (слабомагнитных веществах) магнитные моменты в атомах отличны от нуля,

но в макрообъёме при отсутствии внешнего магнитного поля они компенсируют друг друга. Под действием внешнего поля создаётся преимущественное направление в расположении элементарных магнитных моментов и тело оказывается намагниченным в направлении поля. У парамагнетиков магнитная восприимчивость больше нуля, но также мала по величине ( ).
Для диа- и парамагнетиков при определённой температуре практически не зависит от напряжённости поля, а с изменением температуры меняется несущественно.
Из-за слабого взаимодействия с магнитным полем диа- и парамагнетики относят к немагнитным материалам.
Слайд 80

Ферромагнетизм В ферромагнетиках (веществах, подобных железу), имеющих особую структуру электронных оболочек

Ферромагнетизм

В ферромагнетиках (веществах, подобных железу), имеющих особую структуру электронных оболочек атомов

(не все внутренние оболочки заполнены), существуют сильные поля, которые стремятся расположить магнитные моменты отдельных атомов в определённом порядке. Магнитная восприимчивость их значительно больше нуля и достигает значений 105 – 106. Для них характерна определённая температура (точка) Кюри, выше которой они теряют ферромагнитные свойства и становятся парамагнетиками. Именно эти вещества на практике относят к магнитным материалам.
Слайд 81

Ферримагнетики Для ряда кристаллических веществ наиболее устойчивому состоянию отвечает антипараллельное расположение

Ферримагнетики

Для ряда кристаллических веществ наиболее устойчивому состоянию отвечает антипараллельное расположение спинов

с некоторым преобладанием одного направления над другим. Эти материалы называют ферримагнетиками. Они обладают доменной структурой, точкой Кюри, к ним применимы все характеристики, которые были введены для ферромагнитных веществ. Ферримагнетиками являются сложные оксидные материалы, получившие в практике название ферритов.
Слайд 82

Антиферримагнетики Это полностью скомпенсированный ферримагнетик. На рисунке представлены типы атомных магнитных

Антиферримагнетики

Это полностью скомпенсированный ферримагнетик. На рисунке представлены типы атомных магнитных порядков,

соответствующих ферромагнетику, антиферромагнетику и ферримагнетику

Типы атомных магнитных порядков с направлениями спинов, соответствующими ферромагнетику (а), антиферромагнетику (б) и ферримагнетику (в).

Слайд 83

Изменение доменной структуры магнетика в процессе снятия основной кривой намагничивания.

Изменение доменной структуры магнетика в процессе снятия основной кривой намагничивания.

Слайд 84

Гистерезисные циклы при различных предельных значениях величины напряжённости внешнего магнитного поля

Гистерезисные циклы при различных предельных значениях величины напряжённости внешнего магнитного поля

Н1, Н2, Н3.

0,1,2,3 – точки, лежащие на основной кривой намагничивания.

Слайд 85

Слайд 86

Схематическое представление собственной электропроводности полупроводника

Схематическое представление собственной электропроводности полупроводника

Слайд 87

Слайд 88

Слайд 89

Слайд 90

Слайд 91

Слайд 92

Слайд 93

Кристаллическая структура типа сфалерита

Кристаллическая структура типа сфалерита

Слайд 94

Слайд 95

Механизм образования энергетических зон

Механизм образования энергетических зон

Слайд 96

Механизм образования энергетических зон

Механизм образования энергетических зон

Слайд 97

Слайд 98

Компоненты радиоэлектронной аппаратуры

Компоненты радиоэлектронной аппаратуры

Слайд 99

Компоненты радиоэлектронной аппаратуры Активные приборы Полупроводниковые Пассивные компоненты: Монтажные платы Дискретные:

Компоненты радиоэлектронной аппаратуры

Активные приборы

Полупроводниковые

Пассивные компоненты:

Монтажные платы

Дискретные:

Электро-
вакуумные

Диоды
Транзисторы
Оптоэлектронные (транзисторы, солнечные батареи, фоторезисторы, лазеры,

оптопары

Интегральные:

Логические,
Линейные ИС,
Матрицы
Фотоприемн-иков
и
излучателей

Конденсаторы,
Резисторы,
Трансформаторы,
Пьезопреобра-зователи,
Индикаторы,

Несущие,
Конструкционные

Слайд 100

Образец L 1 2 3 4 Источник постоянного тока Измеритель напряжения

Образец

L

1

2

3

4

Источник постоянного тока

Измеритель напряжения

Схема измерения удельного сопротивления четырехзондовым методом:
1, 2, 3,

4 - зонды
Слайд 101

Образец Измерительный блок А Зонд Схема измерения удельного сопротивления однозондовым методом (методом движущегося зонда)

Образец

Измерительный блок

А

Зонд

Схема измерения удельного сопротивления однозондовым методом (методом движущегося зонда)

Слайд 102

Н 1 2 3 4 Датчик Холла I

Н

1

2

3

4

Датчик Холла

I

Слайд 103

Схема установки для выращивания монокристаллов по Чохральскому

Схема установки для выращивания монокристаллов по Чохральскому

Слайд 104

СВЧ / техника GaAs Оптоэлектроника Полевые транзисторы с эффектом шотки ИС

СВЧ / техника

GaAs

Оптоэлектроника

Полевые транзисторы с эффектом шотки

ИС на ПТШ

Диоды Ганна

Туннельные диоды

Лавинно-пролетные

диоды

Светоизлучающие диоды

Солнечные батареи

Фотоприемные диоды и гетероструктуры

Оптопары

Светодиоды для интегральной оптики

Полупроводниковые лазеры

Области применения GaAs

Слайд 105

Кварцевое сырье Кокс Восстановление в электропечи Технический кремний Хлорирование Производство моносилана

Кварцевое сырье

Кокс

Восстановление в электропечи

Технический кремний

Хлорирование

Производство моносилана

Ректификация

Низкотемпературная ректификация

Восстановление

Пиролиз

Выращивание по Чохральскому

Бестигельная зонная плавка

Монокристаллы

Резка,

шлифовка, полировка

Пластины подложки

Производство ИС и приборов

Упрощенная схема производства полупроводникового кремния

Слайд 106

Слайд 107

Слайд 108

- Предыдущая
Полупроводниковые диоды
Следующая -
Продуктивная творческая деятельность на уроках музыки в начальной школе

Похожие презентации

Движение по окружности
Физика - наука о природе
Электрическое поле в диэлектриках. Тема 5
Вертолет Ми-8МТВ. Противообледенительная система
Повторение по физике за 7 класс
Тесты по физике. Темы: Давление. Давление в жидкости и газе. Сообщающиеся сосуды
Тепловые двигатели и нагнетатели. Многоступенчатый компрессор
Лекция №3 (3 ). Волновые уравнения электродинамики
Способы соединения сопротивлений
Лампы накаливания и электрические нагревательные приборы
Рентгеновские методы спектрального анализа ( основы методов )
Работу выполнила учитель физики МОУ «Пайская основная школа №8» Перчикова Антонина Васильевна
Критичность ограниченных размножающих сред
Урок контроля знаний по физике «Мы изучили электричество» Учитель высшей категории МБОУ СОШ №21 Николаева О.И.
Феромагнетики. Феромагнітне тіло
Диэлектрики в электростатическом поле
Теплоемкость. Модель Дебая. Закон Дебая. Экспериментальные методы исследований фононного спектра
Специальные методы микроскопии
Фізика у професіях
Реактивное движение
Цель крутого восхождения. Лекция 10.1
Колебания. Общие понятия
Медициналық интроскопияның негізгі техникалық құралдары. Фотоэлектрлік түрлендіргіштер
Библиотека физических задач (на тепловые явления)
Твердотельная и оптическая электроника
Плотность вещества
Счастливый случай: Три слагаемых успеха
Верификация модели
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть