химический каталог




ДИЭЛЕКТРИКИ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ДИЭЛЕКТРИКИ (англ. dielectric, от греческого dia - через, сквозь и англ. electric - электрический), вещества, обладающие электрич. сопротивлением в пределах 1010 — 1020 Ом.м в постоянном электрич. поле при нормальной температуре. Согласно зонной теории, твердые ДИЭЛЕКТРИКИ при 0 К имеют целиком заполненную и совершенно пустую следующую (выше по энергии) разрешенные зоны, а ширина запрещенной зоны, в отличие от полупроводников, достаточно широка (DE3 / 3 эВ) (см. Твердое тело). Если ДИЭЛЕКТРИКИ поместить между пластинами заряженного конденсатора, емкость конденсатора С по сравнению с его емкостью в вакууме С0 увеличится в e раз. Безразмерная величина e называют диэлектрическая проницаемостью, она всегда больше 1 и зависит от химический состава и строения ДИЭЛЕКТРИКИ Увеличение емкости конденсатора в e раз происходит из-за того, что электрич. поле приводит к поляризации ДИЭЛЕКТРИКИ, т.е. возникновению электрич. дипольного момента единицы объема вещества, который направлен вдоль поля и равен векторной сумме диполъных моментов содержащихся в этом объеме частиц (атомов, ионов, молекул). Различают деформационную и ориентационную (тепловую) поляризации. Деформационная поляризация ДИЭЛЕКТРИКИ появляется вследствие квазиупругого смещения под действием поля электронных оболочек относительно атомных ядер (электронная поляризация), смещения разноименно заряженных ионов в противоположных направлениях (в ионных кристаллах) или смещения атомов разного типа в молекуле (атомная поляризация). Обычно атомная поляризация составляет 5-15% от электронной. Деформац. поляризация характерна как для неполярных ДИЭЛЕКТРИКИ, молекулы которых не имеют постоянных дипольных моментов, так и для полярных ДИЭЛЕКТРИКИ; в неполярных ДИЭЛЕКТРИКИ это основные вид поляризации. Она слабо зависит от температуры и устанавливается очень быстро (за 10-14—10-12 с). В не слишком сильных полях деформационные поляризация Рд пропорциональна напряженности поля Е. Для изотропных веществ

где aд - деформационные поляризуемость частиц ДИЭЛЕКТРИКИ, не зависящая от температуры и имеющая размерность объема (см. Поляризуемость), NA - постоянная Авогадро. Ориентационная (тепловая) поляризация ДИЭЛЕКТРИКИ происходит в полярных ДИЭЛЕКТРИКИ из-за ориентации постоянных диполъных моментов молекул или их звеньев вдоль поля. Этот вид поляризации имеет релаксац. характер, т. к. диполи ориентируются в процессе теплового движения за определенное время релаксации t. Значение t зависит от температуры и мол. структуры вещества (подробнее см. ниже). Суммарная поляризация 1 моля вещества РM для неполярных веществ (газов и растворов в неполярных растворителях) связана с диэлектрическая проницаемостью e уравением Клаузиуса-Моссотти:

где М - молекулярная масса вещества, d - егo плотность. Для полярных ДИЭЛЕКТРИКИ справедливо уравение Ланжевена - Дебая:

где k - постоянная Больцмана, Т - температура, m - диполъный момент молекулы. Эти уравения используют для определения диполъных моментов по зависимости e от 1/Т: по углу наклона находят 4pNAm2/9k, по отрезку, отсекаемому на оси ординат, - дeформац. поляризацию PD = 4/3pNAaDE. В переменном поле каждая из трех составляющих поляризации ДИЭЛЕКТРИКИ - электронная, атомная и ориентационная - проявляется в разных областях частотного спектра (рис.).

B диапазоне частот видимого света существенна только электронная поляризуемость aэ; при этом, как установлено Дж. Максвеллом, e = n2, где n - показатель преломления света. Уравнение (2) преобразуется в уравение Лоренца-Лоренца для молярной рефракции R:

Комбинируя измерения e в радиодиапазоне и n в видимой области спектра, можно, используя уравения (1)-(3), найти значения всех трех составляющих поляризации ДИЭЛЕКТРИКИ Рефракция, являясь величиной аддитивной, практически не зависит от температуры, давления и агрегатного состояния вещества и используется для химический анализа газов, жидкостей и их смесей, изучения строения сложных органическое и неорганическое молекул (см. Рефрактометрия). Некоторые кристаллич. ДИЭЛЕКТРИКИ обладают самопроизвольной (спонтанной) поляризацией в отсутствие электрич. поля, что связано с достаточно низкой симметрией кристаллов (см. Пироэлектрики). Особая группа пироэлектриков - сегнетоэлектрики, у которых величина спонтанной поляризации резко меняется с температурой и при определенной температуре исчезает (фазовый переход 2-го рода, см. Кюри точка).
Диэлектрические потери. В переменном электрич. поле ориентация по полю полярных молекул (или полярных звеньев макромолекул) отстает по фазе от вектора напряженности приложенного поля на угол d. В зависимости от соотношения между t и циклический частотой поля w диэлектрическая проницаемость меняется от e: (при wt >> 1) до e0 (при wt << 1). При wt ~ 1 значение e заметно зависит от частоты и температуры и наблюдается значительной поглощение энергии поля, которая превращается в тепло. Диэлектрич. проницаемость в этом случае характеризуется комплексной величиной e = e« — ie: (i - мнимая единица). Действительная часть e« соответствует диэлектрическая проницаемости ДИЭЛЕКТРИКИ, мнимая часть e: - коэффициент диэлектрическая потерь. Отношение e:/e« = tgd называют тангенсом угла диэлектрическая потерь; оно численно равно отношению двух составляющих тока, проходящего через заполненный данным ДИЭЛЕКТРИКИ конденсатор, - активной и реактивной, или емкостной. Измерение tgd в зависимости от w и температуры используется для изучения вращательное движений полярных частиц в среде (метод диэлектрическая релаксации). При этом используют формулу Дебая:

При частоте или при температуре, соответствующей времени релаксации , кривая зависимости tgdw (при Т= const) или от T (при w = const) проходит через максимум. Значения tgd зависят от химический строения ДИЭЛЕКТРИКИ, мол. структуры (для полимеров - и надмолекулярной структуры), а также от ряда внешний факторов, например, давления. Зависимость tgd от T позволяет фиксировать релаксационные и фазовые переходы в веществах, в частности в полимерах.
Электрическая прочность. При увеличении напряженности поля происходит пробой ДИЭЛЕКТРИКИ, т. е. ДИЭЛЕКТРИКИ разрушается, теряет свои свойства и превращается в проводник. Миним. напряженность поля Eпр, при которой наблюдается пробой ДИЭЛЕКТРИКИ, называют электрич. прочностью вещества. Различают тепловой пробой - из-за разогрева образца проходящим током или из-за диэлектрическая потерь - и внутренний (или истинный) электрич. пробой - в результате лавинной ионизации, вызванной электрич. полем внутри ДИЭЛЕКТРИКИ Значение Епр при тепловом пробое зависит от условий теплообмена образца с окружающей средой, т. е. от разности температур, теплопроводности и удельная теплоемкости, от размеров и формы образца, длительности действия электрич. напряжения. Значение Епр при внутр. пробое определяется главным образом строением ДИЭЛЕКТРИКИ, наличием трещин, примесей и др., если они вызывают перераспределение напряженности поля внутри ДИЭЛЕКТРИКИ Длит. воздействие внешний электрич. поля снижает Епр. Изучение зависимости Епр от Е, Т и др. факторов служит для прогнозирования надежности электрич. изоляции. В таблице сопоставлены диэлектрическая свойства некоторых электроизоляц. материалов.

Применение. ДИЭЛЕКТРИКИ применяют в приборостроении, электротехнике, радиотехнике, опто-, микроэлектронной и лазерной технике. В зависимости от назначения различают электроизоляционные (пассивные) и управляемые (активные) ДИЭЛЕКТРИКИ В качестве электроизоляц. материалов используют природные ДИЭЛЕКТРИКИ -вакуумное пространство, чистую воду, воздух, др. газы; нефтяные масла (трансформаторное, конденсаторное), др. продукты переработки нефти; лаки на основе льняного и тунгового масел; древесину, изделия на основе целлюлозы (бумагу, картон, ткани), натуральный шелк, каучук, парафины, церезин, минералы (алмаз, кварц, слюда, сера, асбест, мрамор и др.), а также искусств. ДИЭЛЕКТРИКИ - полимеры, стекла, ситаллы, сапфир, керамику и др. В зависимости от применения и условий эксплуатации ДИЭЛЕКТРИКИ должен обладать совокупностью необходимых механические свойств: твердостью, гибкостью, эластичностью, большим сопротивлением на разрыв. Электроизоляц. материалы могут подвергаться воздействию высоких или, наоборот, низких температур, света, влаги, окислителей, жидких нефтепродуктов и т. п. В каждом из этих случаев подбирают ДИЭЛЕКТРИКИ, обладающие соответствующим строением и физических-химический свойствами. В качестве управляемых ДИЭЛЕКТРИКИ используют сегнетоэлектрики (титанат бария, ниобат лития, сегнетокерамика и др.). В микроэлектронных устройствах на полупроводниках, в частности больших и сверхбольших интегральных схемах на кремнии и арсениде галлия, используются в качестве как пассивных, так и активных элементов тонкие (0,002-2,0 мкм) аморфные диэлектрическая пленки SiO2, Si3N4, бор- и фосфорсиликатных стекол. Перспективными являются диэлектрическая пленки оксида алюминия, нитридов бора и галлия.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
цветы 101
Компания Ренессанс: лестницы металлокаркас - качественно и быстро!
кресло 993
аренда боксов для хранения вещей строгино

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(11.12.2016)