Практикум по химии и физике полимеров - Кузнецов Е.В.
Скачать (прямая ссылка):
Электрической пробой вызывается образованием под действием высокого напряжения электронной лавины. Лавинообразное возрастание носителей тока приводит к пробою диэлектрика. Так как торможение электронов с повышением температуры возрастает, то это приводит к некоторому увеличению электрической прочности с ростом температуры согласно эмиссионной теории, в электрических полях пробой наступает как следствие отрыва связанных электронов при сообщении им энергии поля. Эти электроны становятся способными проводить электрический ток.
Тепловой пробой наступает вследствие прогрессивно нарастающего выделения тепла в дилектрике за счет диэлектрических потерь. Образующееся тепло повышает локальную проводимость, что способствует еще большему нагреву. Так как диэлектрики являются плохими проводниками тепла, нагревание протекает лавинообразно и приводит к тепловому пробою. Высокая начальная температура и большая толщина исследуемых образцов также способствуют его возникновению. Если диэлектрик находится в переменном электрическом поле высокой частоты, то вероятность теплового пробоя возрастает в результате повышенного выделения
Тепла. • ¦ •¦: г-; ^ -^11;
Электрическое старение (электрохимическая форма пробоя) также является разновидностью пробоя. Электрическое старение обусловлено медленными изменениями химического состава и структуры полимерного диэлектрика, происходящими под действием электрического поля или разрядов в окружающей среде. Электрическое старение развивается при гораздо более низких значениях напряжения, чем пробивное напряжение при тепловом и электрическом пробое.
Электрическая прочность полимерного диэлектрика зависит от чистоты полимера, частоты и формы кривой приложенного напряжения, длительности импульса, температуры, формы и матери-
ала электродов. Электрическая прочность при переменном напряжении меньше, чем при постоянном.
9.3. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери
В отсутствие внешнего электрического поля дипольные моменты молекул диэлектрика равны нулю (неполярные молекулы) или распределены по направлениям в пространстве совершенно хаотически (полярные молекулы). В этих случаях суммарный электрический момент диэлектрика равен нулю.
Под действием внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектрика. Это означает, что результирующий электрический момент диэлектрика становится отличным от нуля. Электрический момент единицы объема диэлектрика, равный геометрической сумме электрических моментов всех молекул, находящихся в этом объеме, называется вектором поляризации диэлектрика Р. У большинства диэлектриков в случае сравнительно слабых полей вектор поляризации связан с напряженностью поля в той же точке соотношением
где % — безразмерная не зависящая от E величина , называемая диэлектрической восприимчивостью диэлектрика; Eo — электрическая постоянная.
Электрическое поле в диэлектрике характеризуют с помощью вектора электрического смещения (электрической индукции), который определяется соотношением
D == г0Е + P = E0 (1 + %)Е = е0еЕ
Безразмерную величину є=1+х называют диэлектрической проницаемостью среды. Таким образом:
D = в0еЕ
Под напряженностью поля в диэлектрике понимают значение e1 получающееся усреднением истинного поля по бесконечно малому объему. Истинное (микроскопическое) поле в диэлектрике сильно меняется в пределах межмолекулярных расстояний. Однако действие поля на макроскопическое тело определяется усредненным (макроскопическим значением e).
Если снять внешнее электрическое поле, приложенное к полимерному диэлектрику, то вследствие теплового движения через некоторое время поляризация полимерного образца исчезнет и он вернется в прежнее равновесное состояние.
Такой процесс перехода к равновесию называется диэлектрической релаксацией и характеризуется временем релаксации т. Если к полимерному диэлектрику приложить переменное электрическое поле, то очевидно, что диэлектрические свойства полимера (в том числе и диэлектрическая проницаемость) будут зависеть от соотношения между частотой изменения приложенного электрического поля (о и временем диэлектрической релаксации т.
В случае периодически изменяющихся электрических полей век-
тор электрического смещения D будет отставать по фазе of напряженности электрического поля Е. Существование такого сдвига фаз б приводит к тому, что диэлектрическая проницаемость оказывается комплексной величиной и соотношение между векторами D и E принимает вид:
D = ?0г*Е
где ?* = s' — №
Действительная часть є* называется относительной диэлектрической проницаемостью (є') и определяется процессом поляризации диэлектрика. Величина г' показывает, во сколько раз большее количество энергии запасается в конденсаторе при замене вакуума данным диэлектриком.
Мнимая часть е" комплексной диэлектрической проницаемости в* получила название фактора диэлектрических потерь. Диэлектрические потери представляют собой ту часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты.
