Неполярных жидкостей

В некоторых диэлектриках при отсутствии внешнего электрического поля молекулы электрически нейтральны, т. е. в них центры положительных и отрицательных зарядов совпадают. Поляризация молекул неполярных диэлектриков заключается в том, что под действием внешнего электрического поля центр положительного заряда молекулы смещается по направлению внешнего поля, а центр отрицательных зарядов — против поля. В результате молекулы становятся диполями, оси

температуры. У неполярных диэлектриков температура на процесс поляризации непосредственно не влияет; электронная поляризуемость а, молекул от температуры не зависит.

Диэлектрики, у которых имеет место только электронная поляризация, называются неполярными диэлектриками. В молекулах неполярных диэлектриков центры положительного и отрицательного зарядов совпадают, -поэтому такие молекулы неполярные. Напри-

Для неполярных диэлектриков диэлектрическая проницаемость кг и коэффициент лучепреломления VD связаны соотношением

стом температуры незначительны. Поэтому ел неполярных диэлектриков при увеличении температуры уменьшается мало. На 5.13 приведен схематический график изменения вг неполярных диэлектриков при увеличении температуры, а в табл. 5.3 — значения ТК ег для некоторых из них.

Диэлектрическая проницаемость неполярных диэлектриков не изменяется с ростом частоты приложенного напряжения вплоть до 10'2—1013 Гц. Это свидетельствует о том, что процесс электронной

На низких частотах диэлектрические потери в полярных жидких диэлектриках в основном определяются электропроводностью, т. е. не изменяющимся с частотой током /ск. Диэлектрические потери от тока /абс намного меньше, так как число поворотов диполей в единицу времени еще мало. С увеличением частоты реактивный ток /р растет, a tg б уменьшается, как у неполярных диэлектриков [см. (5.17)1.

Гомозаряды преобладают у неорганических (керамических) материалов и органических неполярных диэлектриков, гетерозаряды— у органических полярных диэлектриков. Время жизни электретов может достигать в нормальных условиях нескольких лет, но быстро уменьшается с повышением температуры и влажности за счет освобождения и нейтрализации носителей заряда, захваченных ловушками.

Все перечисленные в § 1.1 виды поляризации относятся к твердым диэлектрикам. В неполярных твердых диэлектриках наблюдается электронная поляризация. В этом случае диэлектрическая проницаемость равна квадрату коэффициента преломления. Сюда откосятся валентные кристаллы (алмаз), молекулярные кристаллы, не содержащие полярных групп (нафталин, сера), неполярные полимеры (полиэтилен, политетрафторэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол). Для неполярных диэлектриков температурный коэффициент диэлектрической проницаемости определяется изменением числа молекул в единице объема и может быть вычислен по формуле, применяемой для неполярных жидкостей:

Электреты изготовляют либо из неполярных диэлектриков, либо из полярных. Неполярный диэлектрик (например, пленку из политетрафторэтилена толщиной 5—20 мкм) подвергают в вакууме электронной бомбардировке (электризация внешним полем), при которой электроны внедряются в диэлектрик и захватываются там на ловушках.

Диэлектрическая проницаемость твердых тел зависит от структурных особенностей твердого диэлектрика. В твердых телах возможны все виды поляризации. Для твердых неполярных диэлектриков характерны те же закономерности, что и для неполярных жидкостей и газов. Это подтверждается данными табл. 1-5 и зависимостью е, (t) для парафина, показанной на 1-5. При переходе парафина из твердого состояния в жидкое (температура плавления около

Выбор жидкой диэлектрической среды,' в которую погружается образец, имеет важное значение. Требуется иметь достаточно точные данные о значениях et и tg 81. Поскольку диэлектрическая проницаемость в-i неполярных жидкостей снижается с повышением температуры, необходимо в расчетные формулы подставлять значение Е!, соответствующее температуре в момент измерения, пользуясь температурной зависимостью е ( 4-15). Необходимо также соблюдение условия ег =; ех. Так, например, при испытаниях полиэтилена (EJ = 2,3) по указанным соображениям используют хро-матографический безводный бензол (БХ — 2,28). При испытаниях пенопластов (ех = 1,1 -=- 1,3) в качестве среды используют воздух (е, = 1). Диэлектрическую проницаемость фторопласта-4 определяют в циклогексане или в конденсаторном масле.

В связи с тем, что плотность жидкостей значительно больше, чем газов, количество молекул в единице объема также больше, чем у газов, 'диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков выше. Величина .диэлектрической проницаемости неполярных жидких диэлектриков; обусловленная в основном электронной поляризацией, близка к значению квадрата коэффициента-преломления света, т. е. е = я2 = = 2 -г- 2,5. Зависимость е неполярных жидкостей от температуры связана с уменьшением плотности и, тем самым, с уменьшением числа молекул в единице объема и уменьшением величины е с ростом температуры.

где f5 .• — температурный коэффициент объемного расширения жидкости: Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости неполярных жидкостей в значительной мере определяется объемным. расширением при нагреве и имеет порядок 10~3 град'л. Как показывает опыт, е неполярных жидкостей не зависит от. частоты.

Но затем, учитывая, что поле, действующее на молекулу в полярных жидкостях, отличается от локального поля, вычисленного Лоренцем, для неполярных жидкостей:

В этом случае Е2 не равно нулю, а величина его имеет порядок 107 в/см. Это уравнение Дебая не следует применять для вычисления величины е неполярных жидкостей.

Все перечисленные в § 1.1 виды поляризации относятся к твердым диэлектрикам. В неполярных твердых диэлектриках наблюдается электронная поляризация. В этом случае диэлектрическая проницаемость равна квадрату коэффициента преломления. Сюда откосятся валентные кристаллы (алмаз), молекулярные кристаллы, не содержащие полярных групп (нафталин, сера), неполярные полимеры (полиэтилен, политетрафторэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол). Для неполярных диэлектриков температурный коэффициент диэлектрической проницаемости определяется изменением числа молекул в единице объема и может быть вычислен по формуле, применяемой для неполярных жидкостей:

что область насыщения, как у газов, отсутствует. Лишь у неполярных жидкостей высокой степени очистки на кривой наблюдается небольшой горизонтальный участок, соответствующий области насыщения. При напряжешюстях порядка 10* -т- 105 в/см начинаются ионизационные процессы в жидких диэлектриках, и проводимость экспоненциально возрастает.

Жидкие диэлектрики отличаются значительно более высокой электрической прочностью, чем газы, несмотря на большую зависимость электрических свойств жидкостей от загрязнений, которые вчгазообраз-ном состоянии почти не изменяют электрической прочности газа. Основной причиной более высокой прочности жидких диэлектриков является их более высокая (в 2000 раз) плотность и значительно меньшие расстояния между молекулами. Однако примеси полярных жидких (эмульсии) или твердых (суспензии) веществ порождают новые формы теплового или ионизационного (в случае газообразных включений) пробоя, которые снижают, пробивное напряжение даже неполярных жидкостей, у которых в чистом виде пробой носит характер ударной , ионизации, как у газов, но вследствие значительно меньшей длины свободного,пробега ионов для развития процесса ударной ионизации требуется более высокое напряжение.

Жидкие диэлектрики могут быть построены из неполярных молекул или из полярных (дипольных). Значения диэлектрической проницаемости неполярных жидкостей невелики и близки к значе-

Зависимость диэлектрической проницаемости неполярной жидкости от температуры ( 1-2) связана с уменьшением числа молекул в единице объема, как это пояснялось на стр. 19. По абсолютному значению ТКег неполярной жидкости приближается к температурному коэффициенту объемного расширения жидкости р. Следует помнить, что ТКеЛ и р отличаются знаком. Значение диэлектрической проницаемости неполярных жидкостей обычно не превыашет 2,5 (табл. 1-4). Поляризация жидкостей, содержащих "дипольные молекулы, определяется одновременно электронной и дипольной поляризациями. Такие жидкости обладают тем большей диэлектрической проницаемостью, чем больше электрический момент диполей и число молекул с единице объема. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости полярных жидкостей ( 1-3) более сложная, чем неполярных.

Диэлектрическая проницаемость полярных жидкостей, использующихся в качестве технических диэлектриков, изменяется в пределах 3,5 — 5, т. е. заметно повышена по сравнению с е,, неполярных жидкостей (см. табл. 1-4).