Диэлектрик поляризациясы

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Диэлектриктің поляризациясы дегеніміз дипольдің бағытталуы немесе электр өрісінің әсерінен дипольдардың өріс бойымен бағытталуы.
Диэлектриктердің үш түріне байланысты, поляризацияны үш түрге бөледі.
1) Полярлы емес диэлектриктің электронды немесе деформационды поляризациясы дегеніміз электрондық орбитаның диформациясының есебінен диэлектриктің атомдары мен молекулаларында индуцирленген дипольдік моменттің пайда болуы.
2) Полярлы молекулалы диэлектриктің бағытталған, немесе дипольдік поляризациясы дегеніміз молекулада бар дипольдік моментердің өріс бойынша бағытталуы (бұл бағытталу электр өрісінің кернеулігі үлкен болған және температура төмен болған сайын күштірек болады).
3) Ионды кристалды торлы диэлектриктің ионды поляризациясы дегеніміз тор асты оң таңбалы иондардың өріс бойымен, ал теріс таңбалы иондардың өріске қарсы ығысуынан дипольдік моментің пайда болуына әкелуі.
Диэлектрик (dielectric) -- поляризацияға қабілеттілігі негізгі электрлік қасиеті болып табылатын, металлдар мен шалаөткізгіштерге қарағанда электр тогын нашар өткізетін, үлестік электр кедергісі өте үлкен (j = 10^610^16 Ом :: м) қатты, сұйық және газ тәріздес заттар. Газ тәрізді диэлектриктер туралы негізгі мәліметтер Газ тәрізді диэлектриктерге барлық газдар және ауа жатады. Көптеген газдарды газ толтырылған конденсаторларда, жоғары кернеуліктегі ауа ажыратқыштарда және басқа электртехникалық қондырғыларда диэлектриктер ретінде қолданады. Ауа барлық электрлік қондырғыларды айнала қоршайды және диэлектрик сияқты олардың жұмысының сенімділігін анықтайды.
Электр тогын өткізу қабілетіне байланысты барлық материалдар өткізгіштер, диэлектриктер және жартылай өткізгіштер болып бөлінеді. Бұлардың электрлік қасиеттерін салыстырайық. Өткізгіштерде өте көп бос зарядты тасымалдаушы бөлшектер болады. Қатты өткізгіштердің көпшілігін металдар құрайды. Металдардың жоғарғы электр өткізгіштігі олардың кристалдық торының құрылымымен түсіндіріледі.
Сыртқы электр өрісінде диэлектриктегі оң және теріс зарядтардың қайта таралып орналасуы диэлектриктің поляризациясы деп аталады.
Диэлектриктің поляризациясын сандық сипаттау үшін поляризация векторы енгізілген. Бірлік көлемдегі дипольдік моменттердің қосындысын поляризация векторы деп атайды.

Жұмыстың мақсаты: Диэлектрик поляризациясын анықтау
Жұмыстың міндеті: Диэлектрик поляризациясын зерттеп, тәжірбие жүзінде орындау

I Диэлектрик

Диэлектрик (dielectric) -- поляризацияға қабілеттілігі негізгі электрлік қасиеті болып табылатын, металлдар мен шалаөткізгіштерге қарағанда электр тогын нашар өткізетін, үлестік электр кедергісі өте үлкен (j = 10^610^16 Ом :: м) қатты, сұйық және газ тәріздес заттар. Газ тәрізді диэлектриктер туралы негізгі мәліметтер Газ тәрізді диэлектриктерге барлық газдар және ауа жатады. Көптеген газдарды газ толтырылған конденсаторларда, жоғары кернеуліктегі ауа ажыратқыштарда және басқа электртехникалық қондырғыларда диэлектриктер ретінде қолданады. Ауа барлық электрлік қондырғыларды айнала қоршайды және диэлектрик сияқты олардың жұмысының сенімділігін анықтайды. Сол сияқты, фарфорлы немесе әйнекті изоляторлар көмегімен діңгекке бекітілген жоғары кернеуліктегі электрбергіш сым тораптары бір-бірінен ауа қатпарымен оқшауланған. Кейде ауа қатпарында ашық күлгін жарық - электрлік тәж бақыланады. Электрлік тәж ауаның электризоляциялық қасиеттерінің нашарлауы барысында немесе жоғары кернеуде ауаның әрекет етуі барысында пайда болады және энергияның шығынына әкеледі. Бұл құбылыспен күресу қажет. Әсіресе, жұмыстың жарамсыз жағдайында қатты изоляцияның ішінде газды қосылғыштар (ауа көпіршіктері) пайда болады. Көптеген газдардың диэлектрлі өткізгіші 1-ге жақын, ал қатты диэлектриктердікі 2-8-ге дейінгі аралықта. Мұның нәтижесінде қатты изоляция ішіндегі газды қосылғыштар кернеулер әсерінде болады, бүл олардың иондалуына әкеледі, яғни, электрлік зарядталған бөлшектер көп түзіледі. Бұл изоляцияда тесіктің пайда болуына және электрлі машиналардың, аппараттың, кабельдің істен шығуына әкеледі. Қатты немесе сұйық диэлектриктердің ішіндегі газды қосылғыштарда жергілікті тесік пайда болуын жартылай разряд деп атайды. Қалыпты жұмыс жағдайында газ тәрізді диэлектриктердің өте аз өткізгіштігі және диэлектрлік шығындары болады. Сұйық диэлектриктер туралы негізгі мәліметтер Сұйық диэлектриктерді электртехникалық қондырғыларда кең қолданады. Олармен күш трансформаторларының ішкі кеңістігін толтырады. Электрқұралдарға вакуум астында құйылатын сұйық диэлектриктер оралмалардың кеуекті изоляциясын жақсы сіңіреді. Сонымен қатар сұйык диэлектриктер жылу өткізгіш орта рөлін атқарады. Трансформатордағы изоляциялық май орамаларда қыздырылады, кейіннен трансформатор багының суық қабырғаларына өтіп, оларға алынған жылуды береді. Майлы ажыратқыштарда сұйық диэлектрик тек ток өткізуші бөлшектерді оқшаулап қана қоймай, сонымен бірге электрлік доғаны сөндіретін орта рөлін де атқарады.
Сұйық диэлектриктер ретінде мұнайлы электризоляциялық майлар кең тарап отыр, олар үш топқа бөлінеді.
1. Трансформаторлар және жоғары вольтті ажыратқыштар үшін. 2.Конденсаторлардың қағаз изоляциясын сіңдіру үшін.
3. Жоғары вольтті кабельдер үшін.
Синтетикалық майларды сирек қолданады: 1.Совол.
2.Совтал.
3.Кремний органикалық сұйықтықтар.
Сұйық диэлектриктердің электрлік өткізгіштігі ондағы иондардың орын ауыстыруында, олар диссоциация нәтижесінде пайда болады. Эксплуатациядағы ластанған сұйық диэлектриктер, ионды электрлік өткізгіштен басқа коллоидқа ие. Сұйық диэлектриктердің электрлік беріктігі ондағы судың коллоидты бөлшектеріне байланысты. Электрлі күш әсерінен судың зарядталған бөлшектері немесе қара майлы заттар тізбек түрінде құрылады. Судың коллоидты бөлшектеріне қарай газ көпіршіктері де жүреді. Бұл жағдайда диэлектриктің тесілуі газ каналында жүреді. Сұйық диэлектриктердің электрлі сипаттамаларын арттыру үшін оны түрлі ластанудан және ылғалдан тазалайды, сондай-ақ газсыздандырады.
Әрбір диэлектрик үшін диэлектрикті ойып-тесетін сыртқы электр өрісі кернеулігінің шектік мәні бар. Поляризация түріне қарай диэлектрик екі топқа бөлінеді: активті және пассивті. Активті диэлектриктерге сегнетоэлектриктер, пъезоэлектриктер мен электриктер жатады. Қалған диэлектрик пассивті деп аталады.
Диэлектрик деп кәдімгі жағдайда іс-жүзінде электр тогын өткізбейтін заттарды айтады. Диэлектрикте басқа заттар сияқты атомдар мен молекулалар-дан тұрады, олардың әрқайсысы толығымен электрлі бейтарап болады.
Егер молекуланың ядросының оң зарядын ауырлық центрінде орналасқан +q қосынды зарядпен, ал барлық электронның зарядын -q теріс зарядтардың қосындысымен ауыстырсақ, онда молекулаларды электрлік моменті бар электрлік диполь ретінде қарастыруға болады.
Диэлектриктерді үш түрге бөледі:
1) Полярлы емес молекулалы диэлектриктер,сыртқы өріс әсер етпеген кезде симметриялық молекулалары нолдік дипольдік моментке ие болады (мысалы, N2, H2 , O2, CO2)
2) Полярлы молекулалы диэлектриктер, асимметрия салдарынан молекулары нольдік емес дипольдік момент алады ( мысалы, H2O, NH3,SO2,CO).

1.1-сурет

3) Ионды диэлектриктер( мысалы, NaCl, KCl ).Ионды кристалдар әртүрлі таңбалы иондар дұрыс алмасып орналасқан кеңістікті тордан тұрады. Сыртқы электр өрісіне диэлектрикті енгізу диэлектрикте нольден өзгеше қорытқы электр моментінің пайда болуына әкеледі

1.1 Негізгі қасиеттері бойынша өткізгіштердің, диэлектриктердің және жартылай өткізгіштердің бір-бірінен айырмашылықтары

1.2 Жартылай өткізгіштердің металдардан және диэлектриктерден айырмашылығы.

Электр тогын өткізу қабілетіне байланысты барлық материалдар өткізгіштер, диэлектриктер және жартылай өткізгіштер болып бөлінеді. Бұлардың электрлік қасиеттерін салыстырайық. Өткізгіштерде өте көп бос зарядты тасымалдаушы бөлшектер болады. Қатты өткізгіштердің көпшілігін металдар құрайды. Металдардың жоғарғы электр өткізгіштігі олардың кристалдық торының құрылымымен түсіндіріледі.
Металдарда барлық кезде өте көп еркін электрондар болады, олар оң зарядталған иондардан тұратын кристалдық тордың ішінде қозғалады. Заттардың электр өткізгіштігі еркін зарядты тасымалдаушылардың концентрациясына n пропорционал, яғни олардың көлем бірлігіндегі санына. Алайда электр өткізгіштік n-нің мәнімен ғана анықталып қоймайды, еркін зарядта тасымалдаушылар, электр өрісінің әсерінен кристалдық тордың ішінде қозғалғанда, сол заттың торы тарапынан кездесетін кедергіге де тәуелді, яғни заттағы осы тасымалдаушылардың қозғалғыштығымен де анықталады.
Металдармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер элексир тогын аз өткізеді, ол сәулелену кезінде жарық энергиясының ағымымен өзгере алады. Радиолампалармен салыстырғанда жартылай өткізгіштер құралдардың көлемі мен салмағы аз, электрлік және механикалық беріктігі жоғары болады, олар ұзақ уақыт қызмет ете алады жәнеэлектр энергиясын аз пайдаланады. Осындай қолайлы қасиеттеріне орай жартылай өткізгіштерді әскери радиотехникалык аппаратураларда жиі қолданады.
Жартылай өткізгіштердің ерекшеліктері. Жартылай өткізгіштердің кәдімгі температурадағы электрөткізгіштігі металдардың электрөткізгішітігі мен салыстырғанда аз. Өте төмен температурада олар диэлектриктерге ұқсайды. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі температура мен жарық әсерінен қатты өзгереді, яғни температура артып және жартылай өткізгіш неғұрлым қатты жарықталынса, оның электрөткізгіштігі де соғұрлым жоғары болады. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігі оның құрамына өте аз шамада қоспалар енгізу жолымен басқарылады.
Өткізгіште қоспаның аздаған мөлшері болуы еркін зарядты тасымалдаушылардың концентрациясын елеулі шамада өзгерте алмайды, бірақ олардың қозғалғыштығына қатты әсер етеді. Металдардың кристалдық торының құрылымының, қоспаның болуының арқасындағы бүлінуі, әдетте электрондардың қозғалғыштығын едәуір азайтып жібереді. Сондықтан, мысалы таза мыстың өткізгіштігі, аздаған қоспасы бар мыстың өткізгіштігіне салыстырғанда едәуір жоғары болады.
Диэлектриктерде еркін зарядты тасымалдаушылар тіптен болмайды. Олардың барлық электрондары белгілі бір атомдармен байланысқан болады, және электронды атомнан бөліп алу үшін едәуір энергия жұмсау керек болады. Жылулық қозғалыстың әсерінен кейбір электрондар атомдардан бөлініп шығуы мүмкін, бірақ ондай электрондардың саны диэлектриктерде өте аз болады.
Диэлектриктердің электр өткізгіштігі негізінен онда бөгде қоспалардың барлығымен анықталады. Диэлектрикте, электронын жеңіл беретін бөгде атом болса, онда еркін зарядты тасымалдаушылар пайда болады, яғни олардың концентрациясын n арттырады. Сонымен, диэлектрикке қоспа ендіру әдетте оның электр өткізгіштігінің едәуір артуына алып келеді.
Жартылай өткізгіштер өткізгіштер мен диэлектриктердің аралық жағдайын алып жатады. Таза жартылай өткізгіштерде диэлектриктерден принципиалдық айырмашылығы жоқ. Себебі бұл екеуінде де еркін зарядты тасымалдаушылар жоқ, оларды пайда ету үшін (электрондарды атомдардан жұлып алу үшін) кейбір энергия жұмсау керек. Бірақ егер бұл энергия диэлектриктер үшін өте үлкен болса, ал жартылай өткізгіштер үшін ол аз шама.
Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі олардың тазалығына өте күшті тәуелді. Диэлектриктердегі сияқты, жартылай өткізгіштерде бөгде қоспалардың болуы, мысалы басқа элементтің аздаған атомының болуы, оның электр өткізгіштігін едәуір арттырады.

1.3 Жартылай өткізгіштердің меншікті кедергілерінің температураға тәуелділігі

Өзінің меншікті кедергісі ρ бойынша жартылай өткізгіштер металдармен ( ρ = 10-7 - 10-8 Ом.м) және диэлектриктердің (ρ 1∙ 108 Ом.м) аралығын ала жатады. Меншікті кедергі бағанасында, кейбір металдардың, жартылай өткізгіштердің және диэлектриктердің алатын орны 1.2 - суретте бейнеленген.

1.2 - сурет

Алайда, меншікті кедергісі бойынша заттарды топтау едәуір шартты болып саналады, өйткені бірқатар факторлардың әсерінен (температура, сәулелену, қоспалар) көптеген заттардың меншікті кедергісі өзгереді, ал оның үстіне жартылай өткізгіштерде ол қатты өзгереді. Сондықтан, жартылай өткізгіштерді металдардан ажырату үшін жалпы белгілер бойынша қарастыру керек және алдымен температураға байланысты меншікті кедергінің тәуелділік сипаты бойынша. Жартылай өткізгіштерде температура өскен сайын меншікті кедергі азаяды (1.3-сурет.), ал металдарда температура артқан сайын меншікті кедергі артады (1.4-сурет.).

1.3 - сурет 14 - сурет

Енді температураның зттардың электр өткізгіштігіне әсерінің табиғатын ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.