Диэлектрические потери в твердых диэлектриках

Диэлектрические потери в твердых диэлектрикахзависят от структуры диэлектриков.

Твердые диэлектрики обладают разнообразным составом и строением; поэтому в них возможны все виды диэлектрических потерь. Твердые диэлектрики можно подразделить на четыре группы:

- диэлектрики молекулярной структуры;

- диэлектрики ионной структуры;

- сегнетоэлектрики;

- диэлектрики неоднородной структуры.

В диэлектриках молекулярной структуры потери зависят от вида молекул. В случае неполярных молекул, в веществах, не имеющих примесей, диэлектрические потери малы, так как обусловлены только потерями на электропроводность. К таким диэлектрикам относится сера, парафин; неполярные полимеры – полиэтилен, политетрафторэтилен, полистирол и другие. Указанные вещества, в связи с их весьма малыми потерями, находят применение в качестве высокочастотных диэлектриков. Диэлектрики молекулярной структуры с полярными молекулами представляют собой, главным образом, органические вещества, широко используемые в технике. К ним принадлежат материалы на основе целлюлозы (бумага, картон и др.), полярные полимеры: полиметилметакрилат (органическое стекло), полиамиды и полиуретаны; каучуковые материалы (эбонит), фенолоформальдегидные смолы (бакелит и др.), эфиры целлюлозы (ацетилцеллюлоза и др.) – и ряд других материалов. Все они из-за присущей им дипольно-релаксационной поляризации обладают большими потерями. Потери в этих диэлектриках существенно зависят от температуры и частоты внешнего электрического поля (рис. 24а, 24б)

ДП в диэлектриках ионной структуры связаны с особенностями упаковки ионов в решетке. В веществах кристаллической структуры с плотной упаковкой ионов при отсутствии примесей, искажающих решетку, диэлектрические потери обусловлены только электропроводностью и весьма малы. При повышении температуры потери от сквозной электропроводности увеличиваются. К веществам этого типа относятся многочисленные кристаллические неорганические соединения, имеющие большое значение в современном производстве электротехнической керамике, например, корунд (Al₂O₃), входящий в состав ультрафарфора.

В веществах с неплотной упаковкой ионов наблюдается релаксационная поляризация, вызывающая повышенные диэлектрические потери, возрастающие с повышением температуры.

Диэлектрические потери в аморфных веществах ионной

структуры – неорганических стеклах – связаны с явлением поляризации и наличием электропроводности, которая проявляется обычно при температурах 50–100°С.

Диэлектрические потери в сегнетоэлектриках выше, чем у обычных диэлектриков. Особенностью сегнетоэлектриков является наличие в них самопроизвольной (спонтанной) поляризации, проявляющейся в определенном температурном интервале, вплоть до точки Кюри. Диэлектрические потери в сегнетоэлектриках мало изменяются при повышении температуры в области самопроизвольной поляризации и резко уменьшаются при температуре выше точки Кюри, когда сегнетоэлектрические свойства теряются и самопроизвольная поляризация исчезает (разрушается доменная структура).

Диэлектрические потери втвердых веществах неоднородной структуры. К таким диэлектрикам принадлежат материалы,в состав которых входит не менее двух компонентов с разнымиэлектрическими свойствами. К числу неоднородных материалов следует отнести керамику, представляющую собой сложную многофазную систему, а также слюду, обладающую слоистой структурой. К диэлектрикам неоднородной структуры относится также и пропитанная бумага, которая кроме волокон целлюлозы, содержит также пропитывающее вещество и оставшиеся не заполненными при пропитке воздушные включения.