АКТИВНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
Диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий и использовать эти воздействия для создания функциональных элементов электроники, относятся к группе активных диэлектриков.
К числу активных диэлектриков относятся сегнето-, пьезо- и пироэлектрики; электро-, магнито- и акустооптические материалы, диэлектрические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами и др.
Сегнетоэлектрики — вещества, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических свойств, которые проявляются лишь в определенном диапазоне температур.
Следствием доменного строения сегнетоэлектриков является нелинейная зависимость их поляризованности от напряженности электрического поля, показанная на рис. 3.1.2, которая носит название диэлектрической петли гистерезиса и резко выраженная температурная зависимость е, в которой максимум е достигается при температуре, соответствующей точке Кюри.
В настоящее время известно несколько сотен сегнетоэлектриков, которые по типу химической связи и физическим свойствам принято подразделять на две основные группы: 1) ионные кристаллы, к которым относятся титанат бария (ВаТiOз), титанат свинца (РbТiOз), ниобат калия (КNbOз), барий-натриевый ниобат (Ba2NaNb5O5) или сокращенно БАНАН и др.; 2) дипольные кристаллы, к которым относятся сегнетова соль (NаКС4Н4O6·4Н2O), триглицинсульфат (NH2СНзСООНз)·Н2SСO4 дигидрофосфат калия КН2РO4 и др.
Сегнетоэлектрики находят применение для изготовления малогабаритных низкочастотных конденсаторов с большой удельной емкостью; материалов с большой нелинейностью поляризации для диэлектрических усилителей, модуляторов и др. управляемых устройств; в счетно-вычислительной технике для ячеек памяти, для модуляции и преобразования лазерного излучения, в пьезо- и пироэлектрических преобразователях. Сегнетоэлектрики, петля диэлектрического гистерезиса которых по форме близка к прямоугольной, например, такие как триглицинсульфат (ТГС), можно применять в запоминающих устройствах ЭВМ. Электрооптические свойства сегнетоэлектрических кристаллов используют для модуляции лазерного излучения, осуществляемого электрическим полем, приложенным к кристаллу.
Все cегнетоэлектрики обладают пьезоэлектрическим эффектом, однако обратное не справедливо.
Пьезоэлектрики — это вещества с сильно выраженным пьезоэлектрическим эффектом. Прямым пьезоэлектрическим эффектом называют явление поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. При обратном пьезоэффекте происходит изменение размеров диэлектрика под действием приложенного электрического поля.
В различных пьезопреобразователях используют кристаллы кварца, сульфата лития, сегнетовой соли, ниобата и танталата лития. Широко применяется для изготовления пьезопреобразователей пьезоэлектрическая керамика, изготовляемая в основном на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца (сокращенно ЦТС).
К активным диэлектрикам относятся пироэлектрики, то есть диэлектрики, обладающие пироэлектрическим эффектом. Пироэлектрический эффект состоит в изменении спонтанной поляризованности диэлектриков при изменении температуры. К типичным линейным пироэлектрикам относятся турмалин и сульфит лития. Пироэлектрики спонтанно поляризованы, но, в отличие от сегнетоэлектриков, направление их поляризации не может быть изменено электрическим полем. Пироэффект используется для создания тепловых датчиков и приемников лучистой энергии, предназначенных, в частности, для регистрации инфракрасного и СВЧ-излучения. Значительным пироэффектом обладают некоторые сегнетоэлектрические кристаллы, к числу которых относятся ниобат бария стронция, триглицинсульфат-ТГС, ниобат и танталат лития.
Контрольные вопросы к разделу Диэлектрики
1. Электрической прочностью диэлектрика называют.
а) Напряжениt, при которой происходит пробой
б) напряженность электрического поля, при которой происходит пробой (+)
в) Механическую прочность диэлектрика в сильных электрических полях
2. Какова должна быть наименьшая толщина изоляции, выдерживающая напряжение 40 кВ, если его электрический прочность равна 20 кВ/мм.
а) 2мм (+)
б) 0,5мм.
в) Данных для решения задачи недостаточно.
г) 5мм.
3. В основе электрического пробоя твердых диэлектриков лежит явления:
а) Фотоионизации.
б) Ударной ионизации (+)
в) Тепловой ионизации атомов.
4. Электрический пробой в твердых диэлектриках протекает за время:
а) 1мин.
б) Зависит от природы диэлектрика.
в) 10-8¸10-7с (+)
г) 10-15¸10-14с
5. Какая из приведенных зависимостей Uпрот толщины диэлектрика правильна?
а)
3 а) 3 и 2 (+)
Uпр б) 4 и 2
2 в) только 3
г) только 1
h
6. Какое из приведенных ниже соотношений правильно? Е- электрическая прочность соответственно твердых, жидких и газообразных диэлектриков.
а) Еж > Егаз > Етв
б) Еж Етв < Егаз.
в) Етв Еж > Егаз (+)
г) Етв > Еж > Егаз
7. Пленка диэлектрика при электрическом пробое разрушается при напряжении 1,5кВ. Определите толщину пленки, если её электрическая прочность равна 50кВ/м.
а) 0,03 мм (+)
б) 0,3 мм
в) 3 мм
г) 33,3 мм
8. На рисунке представлены зависимости Uпр от температуры окружающей среды для электрического и теплового пробоя. Какой вид пробоя будет наблюдаться температуре Т1 и Т2?
а) при Т1 - электрический
Uпр. при Т2 – тепловой (+)
б) при Т1 - тепловой
при Т2 - электрический
в) одновременно и
электрический и тепловой
Т1 Т2. Т
9. Влияет ли наличие газообразных включений на электрическую прочность изоляции?
а) да, присутствие газообразных включений увеличивает её электрическую прочность
б) нет, не влияет
в) да, уменьшает электрическую прочность (+)
10. С какой целью твердую изоляцию пропитывают жидкими диэлектриками?
а) чтобы уменьшить потери
б) чтобы увеличить электрическое сопротивление
в) чтобы увеличить электрическую прочность (+)
11. В однородных электрических полях с уменьшением площади электродов электрическая прочность диэлектрика:
а) растёт
б) уменьшается (+)
в) остается неизменной
12. С изменением температуры окружающей среды Uпр при электрическом пробое:
а) значительно уменьшается
б) значительно увеличивается
в) практически не меняется (+)
13. Единицей измерения электрической прочности диэлектрика в системе Си является:
а) кВ/мм
б) В/м (+)
в) Мв/м
14. Какие диэлектрики относится к полярным?
а) которые имеют два полюса
в) ток, через которые в прямом и обратном направление различен
г) молекулы которых имеют электрический момент (+)
15. В неполярных диэлектриках основным видом поляризации является:
а) спонтанный вид поляризации
б) электронный вид поляризации (+)
в) дипольно-релаксационный вид поляризации
16. Диэлектрическая проницаемость это величина, характеризующая:
а) интенсивность процессов поляризации (+)
б) степень проникновения электрического поля в диэлектрик
в) потери в диэлектриках
17. Какой вид потерь является преобладающим в полярных диэлектриках в слабых электрических полях?
а) потери на электропроводность
б) потери на поляризацию (+)
в) потери на ионизацию
18. Угол диэлектрических потерь, это угол, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением.
а) в емкостной цепи до 180о градусов
б) в индуктивной цепи до 90о градусов
в) в емкостной цепи до 90о градусов (+)
19. К упругой поляризации относятся:
а) электронная и дипольно-релаксационная
б) спонтанная и дипольная
в) электронная и ионная (+)
20. Изменение диэлектрической проницаемости полярных диэлектриков от температуры объясняется:
а) изменением времени релаксации частиц, участвующих в поляризации (+)
б) изменением объема вещества
в) изменением скорости движения электронов
21. Как изменяется емкость плоского конденсатора, если в качестве диэлектрика в нем использовать не плёнку из фторопласта с ε=2, а пластику слюды тех же габаритов: но с ε=8.
а) останется неизменной
б) уменьшится в 4 раза
в) увеличится в 4 раза (+)
22. Уменьшение диэлектрической проницаемости неполярных диэлектриков с увеличением температуры объясняется:
а) изменением концентрации частиц при тепловом расширении вещества (+)
б) изменением времени релаксации диполей
в) изменением скорости движения электронов
23. В неполярных диэлектриках зависимость тангенса угла диэлектрических потерь определяется:
а) зависимостью активной составляющей электропроводности от температуры (+)
б) потерями на поляризации
в) изменением реактивной составляющей тока, протекавшего через диэлектрик
24. Какие виды потерь присутствуют в полярных диэлектриках, в слабых электрических полях?
а) потери на поляризацию
б) потери на электропроводность
в) потери на поляризацию и электропроводность (+)
25. Зависимость ε от частоты для неполярных и полярных диэлектриков имеет вид, соответственно:
ε а) 1 и 2
б) 2 и 1
3 в) 2 и 3
г) 3 и 1 (+)
1 2
f
26. Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует потери
в диэлектриках
а) при постоянном напряжении
б) в переменных электрических полях (+)
в) при импульсной нагрузке диэлектрика
27. Потери на электропроводность и поляризацию описываются, соответственно графиками:
а) 1 и 3
б) 1 и 2
3 2 в) 3 и 2 (+)
г) 2 и 3
1
t
28. Какой из перечисленных материалов можно использовать, в качестве высокочастотной гибкой изоляции при температуре 150оС?
а) гетинакс, текстолит
б) поливинилхлорид
в) фторопласт –4 (+)
29. Для работы в области высоких частот по приведенным значениям ε и наиболее подходит материал с:
а) ε=1,9.
=0,001. (+)
б) ε=5,5
=0,004.
в) ε=17.
=0,1.
30. В каком случае при измерении диэлектрической проницаемости была допущена ошибка?
а) ε=2500.
б) ε=5.
в) ε=0,5. (+)
Дата добавления: 2021-12-14; просмотров: 774;