Диэлектрическая проницаемость диэлектриков

Основные виды поляризации в некоторых газообразных, жидких и твердых диэлектриках

Материал	диэлектрическая проницаемость	полярность	виды поляризации
Воздух	1.00058	неполярный	электронная
Элегаз	1.00191	неполярный	электронная
Кабельное масло МН-4	2.2	неполярный	электронная
Трихлордифенил	5.9	полярный	электронная, дипольная
Полистирол	2.2 - 2.6	неполярный	электронная
Орг.стекло	4.0	полярное	электронная, дипольно-релаксационная
Фенолоформальдегидная смола	4.5	полярная	электронная, дипольно-релаксационная
Каменная соль	6.0	неполярная	электронная, ионная
Титанат кальция		полярный	электронная,ионная, электронно-релаксационная
Сегнетокерамика ВК-3		полярная	электронная,ионная, спонтанная
Бариевое стекло		полярное	электронная,ионная, ионно-релаксационная

Любой диэлектрик, с нанесёнными на него электродами, можно рассматривать, как конденсатор определённой ёмкости (U–приложенное напряжение, Р–полимеризация, Е–внешняя напряжённость).

Q=CU – заряд конденсатора

С - ёмкость конденсатора

Q = Q₀ + Q_q

Заряд Q при заданном значение приложенного напряжения слагается из заряда Q₀, который присутствовал бы на электродах, если бы их разделял вакуум, и заряда Qq, который обусловлен поляризацией того диэлектрика, который фактически разделяет электроды. Отношение
_r = будет являться основной характеристикой диэлектрика (диэлектрической проницаемостью).

Это отношение заряда, полученного при некотором напряжение на конденсаторе, содержащий данный диэлектрик, к заряду, который можно было получить в конденсаторе тех же размеров при том же напряжение, если бы между ними был вакуум.

e_r = = e_r >1

er =1 для вакуума

Q = e_r Q₀ = C0Uer C₀ – ёмкость конденсатора, если бы он был заполнен вакуумом.

e_r =

Диэлектрическая проницаемость газов

Диэлектрическая проницаемость газов зависит от расстояния молекулами, близка к 1

Газ	Радиус молекулы, нм	_r
Гелий Водород Кислород Азот Углекислый газ	0,112 0,135 0,182 0,191 0,23	1,00072 1,00027 1,00055 1,0006 1,00096

Диэлектрическая проницаемость газов зависит от температуры и давления. При высоких температурах значение диэлектрической проницаемости зависит от влажности газа.

Ткe_r = =

Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков. Для неполярных жидкостей диэлектрическая проницаемость примерно равняется квадрату преломления света в данной жидкости

e_r n²

Зависит от температуры, т. к. при изменение температуры меняется количество молекул в объёме жидкости.

e_r 2,5

Для полярных жидкостей диэлектрическая проницаемость тем больше, чем больше электрический момент диполей и чем больше число молекул в единице объёме жидкости. Диэлектрическая проницаемость полярных жидкостей зависит от частоты, при низкой частоте диполи успе-вают следовать за полем, с повышением частоты диполи не успевают следовать за полем и диэлектрическая прочность падает.

Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты для полярной жидкости – совола.

e_r = 3,5-5

Диэлектрическая проницаемость твёрдых диэлектриков зависит от структурных особенностей диэлектрика, Для неполярных диэлектриков характерны те же особенности, что и для неполярных жидкостей и газов, т. е. зависит от температуры, давления, влажности.

Вещество	n²	_r
Парафин Полистирол Сера Алмаз	2,06 2,4 3,69 5,76	1,9-2,2 2,4-2,6 3,6-4 5,6-5,8

При переходе парафина из твёрдого состояния в жидкое происходит понижение плотности вещества и как следствие уменьшение диэлектрической проницаемости. Твёрдые диэлектрики с кристаллической структурой с неплотной упаковкой молекул имеют невысокие значения диэлектрической проницаемости и относительно большие значения температурного коэффициента диэлектрической проницаемости

Вещество	_r	ТК_r
Каменная соль Корунд Рутин		+150 +100 -750

Для полярных диэлектриков характерно влияние частоты, температуры, влаги на изменение диэлектрической проницаемости.

		_r
Неорганические стёкла	Плавленый кварц Щелочное стекло	4,5 6,5
Органические стёкла	Органическое стекло Формальдегид Смола	4,0 4,5 -
Целлюлоза	-	6,5

Для сегнетоэлектриков диэлектрическая проницаемость высока и зависит от приложенного напряжения и температуры.

Вещество	e_r
Сегнетова соль Титанат бария Титанат бария с добавками	500-600 1500-2000 7000-9000

e_r * 10²

Характерной особенностью для сегнетоэлектриков является наличие у них диэлектрического гистерезиса, т. е. отставание изменения электрического смещения от изменения напряжённости поля. На графике видно, что при Т=125°С (точка Кюри) характерная особенность – резкое возрастание диэлектрической проницаемости. В области выше точки Кюри сигнетоэлектрики теряют свои свойства и превращаются в обычные диэлектрики. Для сегнетоэлектриков характерно выражено электрохимическое старение, т. е. с течением времени значение диэлектрической проницаемости уменьшается, для восстановления этого значения сегнетоэлектрик нагревают, а затем его охлаждают либо воздействуют на него полем высокой напряжённости, сегнетоэлектрические свойства при этом восстанавливаются.