ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрические свойства полимеров из "Физико-химия полимеров 1963" Электрические свойства диэлектриков характеризуются величинами удельного электрического сопротивления, электрической прочности (прочности на пробой), диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь. Знание этих характеристик и их зависимости от температуры и частоты электрического поля определяет выбор диэлектрика. [c.246] Удельное электрическое сопротивление, или обратная ему величина — удельная электропроводность, определяется наличием свободных зарядов (электронов или ионов) и их подвижностью. В диэлектрике обычно свободных зарядов очень мало, поэтому диэлектрик обладает малой величиной удельной электропроводности (порядка 10 ом -см ). С повышением температуры вследствие увеличения подвижности свободных зарядов электропроводность диэлектрика возрастает. [c.246] Диэлектрическая проницаемость вещества (е ) определяется отношением емкости электрического конденсатора, заполненного диэлектриком, к емкости того же конденсатора в вакууме. [c.247] Под диэлектрическими потерями понимают часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в форме теплоты. [c.247] Диэлектрическая проницаемость связана с процессом поляризации, т. е. с возникновением определенного электрического момента в единице объема диэлектрика при внесении его в электрическое поле. Электрический момент единицы объема равен геометрической сумме моментов диполей, которые входят в рассматриваемый объе.м Диполи могут быть постоянными (перманентными) и наведенными (индуцированными). [c.247] Молекула обладает постоянным дипольным моментом,. если центры распределения положительных и отрицательных зарядов смещены относительно друг друга. Такой диполь существует и в отсутствие электрического поля. [c.247] В жидкости или газе дипольные молекулы, вследствие теплового движения, расположены хаотически. В электрическом поле происходит ориентация дипольных молекул преимущественно в направлении поля (при этом потенциальная энергия диполя минимальна) и суммарный электрический момент всех диполей оказывается отличным от нуля — создается так называемый ориентационный момент. [c.247] Электрический момент, возникающий вследствие смещения зарядов, называется деформационным моментом. Последний может появляться за счет деформации электронных оболочек (электронный момент) и смещения атомных ядер (атомный момент). [c.248] Момент, обусловленный упругой деформацией электронных оболочек или упругим смещением атомов, составляющих молекулу, устанавливается почти мгновенно (в течение 10 —lO се/с). Величина диэлектрической проницаемости, связанная лишь с установлением электрического момента этого вида, определяется известным соотношением Максвелла г =п (п — оптический показатель преломления). Это основной вид поляризации в неполярных диэлектриках. [c.248] Ориентационная доля общего электрического момента, превалирующая в полярных диэлектриках, устанавливается значительно медленнее, причем требующееся для этого время зависит от температуры, т. е. от интенсивности молекулярного движения. С повышением температуры лодвижность молекул увеличивается, поэтому ориентация полярных молекул в направлении внешнего электрического поля происходит с большей скоростью. [c.248] Вместе с тем усиливается тепловое движение диполей, которое нарушает их ориентацию. Поэтому величина ориентационного момента уменьшается с повышением температуры. [c.248] Если действие внешнего поля прекращается, то через некоторое время диполи, вследствие теплового движения, вновь оказываются расположенными хаотически, а электрический момент единицы объема становится равным нулю. Время, в течение которого ориентационный момент диэлектрика после внезапного удаления внешнего поля уменьшается в е раз, называется временем релаксации т (глава IX). [c.248] от скорости восстановления статистически равновесного взаиморасположения молекул. [c.249] Как известно, время релаксации меняется с температурой по экспоненциальному закону [уравнение (2), глава VI]. Если температура образца недостаточно высока (т велико) или период приложенного поля слишком мал (со имеет высокие значения), т. е. сот 1, то ориентационный момент не успевает развиться и диэлектрик ведет себя как неполярный при этом наблюдается только деформационный момент. При высоких температурах и низких частотах, когда сотVI, ориентационный момент в каждый момент времени является полностью установившимся и достигает своей максимальной статической величины. [c.249] В температурно-частотном диапазоне, где сог=1, между приложенным в данный момент напряжением и ориентационным моментом, точнее вектором электрического смешения, наблюдается сдвиг фаз, в результате которого момент следует за приложенным напряжением с некоторым запаздыванием. Этот сдвиг фаз является результатом рассеивания части энергии в виде теплоты. Величину сдвига фаз принято характеризовать углом 6. Так как энергия, которая рассеивается в единице объема диэлектрика в виде теплоты (диэлектрические потери), пропорциональна частоте поля и то угол б обычно называют углом диэлектрических потерь. Качество диэлектрика характеризуют тангенсом угла потерь или коэффициентом потерь е = е 1 5, где е — диэлектрическая проницаемость данного материала. [c.249] Диэлектрическая проницаемость при этом достигает максимальной статической величины 80. [c.250] При (от=1 на кривой зависимости e =/(lg o) появляется перегиб, а на кривой зависимости tg6=/(Igи)—максимум (рис. 99). Положение этого максимума зависит от температуры и от частоты приложенного поля чем выше температура, тем больше сдвинут максимум в сторону высоких частот. [c.250] Из уравнения видно, что энергия, рассеиваемая в неполярном диэлектрике, не зависит от частоты тюля, и поскольку х имеет очень малые значения, то и величина W, согласно уравнению (10), невелика. [c.251] Удельная электропроводность. Удельная электропроводность, полимера я опреде тяется наличием свободных ионов, химически не связанных с макромолекулами. Собственно полимерная цепь в переносе электрических зарядов не участвует. Поэтому электропроводность полимеров в значительной степени зависит от присутствия низкомолекулярных примесей, которые могут служить источником воз1никновения ионов. Влияние химического строения поли.меров сказывается на подвижности ионов лишь косвенно. [c.251] При температуре, превышающей температуру стеклования вследствие значительной подвижности звеньев цепи, подвижность ионов увеличивается и электропроводность возрастает. [c.251] Вернуться к основной статье