1) în funcție de lățimea zonei interzise

întrebarea


  • conductor - NW (zona liberă) - sunt permise dar nu ocupate niveluri de energie; VZ (banda de valență) - zona energetică în care se află toți electronii de valență; ∆W = 0


  • semiconductor - PZ (zonă interzisă) = ∆W - interval de energie între VZ și SZ, în care nu există niveluri de energie permise. ∆W 3eV

2) valoarea rezistenței specifice ρ [Ω]: conductori αs până la 10 -4 ρ; semiconductori αs de la 10 -4 la 10 8, dielectrici - αs peste 10 8 .

2. Clasificare în funcție de proprietățile magnetice: μr - permeabilitatea relativă a materialului; μr 1 - paramagnetici (nemagnetici); μr >> 1 - feromagneti (magnetici).

III Dependența εr de temperatură:

εrе - când materialul se topește sau fierbe, volumul său crește, ca urmare a căruia scade N;

εrй - odată cu creșterea temperaturii, puterea legăturilor dintre ioni scade și εr crește;

εrd - observăm două procese: 1) cu creșterea temperaturii, puterea legăturilor moleculelor slăbește; 2) odată cu creșterea temperaturii, mișcarea de temperatură a dipolilor crește, ceea ce interferează cu polarizarea.

În dielectricele gazoase există o constantă dielectrică minimă

Întrebarea №4: polarizarea dielectricelor în câmp electric alternativ.
1. Dependența lui εr de frecvența câmpului:


  • constantă dielectrică complexă - εr˙

er˙ =1 + Nα˙, α˙ =α0/1 + jωτ, α˙- polarizabilitatea particulelor complexe; α0 - polarizabilitate la câmp constant; ω - frecvența circulară a câmpului;

partea imaginară determină partea de frecvență a pierderilor. er=1+ (Nα0)/ε0 (1 + ω 2 τ 2)

2. Clasificarea dielectricilor:

1) conform mecanismului de polarizare


  • dielectrici cu polarizări liniare, fără pierderi (polaritate electronică și ionică);

  • dielectrici cu polarizări liniare, cu pierderi (pol dipol);

  • dielectrici cu polarizări neliniare (polarizare spontană)

2) în funcție de structura dielectricului:

  • materiale nepolare - constau din molecule nepolare (polietilenă, dioxid de carbon.)/sex electronic ./

  • dielectrici polari - molecule polare - clorură de polivinil, apă/poli electronici și dipoli/

  • compuși ionici - materiale anorganice cu rețea cristalină ionică. Sexul electronic și cel ionic se manifestă.

  • dielectrice cu compoziție complexă - se manifestă toate tipurile de polarizare.

Întrebarea nr.7: descoperire în materie dielectrică
Rezistența ridicată a izolației materialelor dielectrice este menținută până la o anumită valoare critică a intensității câmpului electric. Dacă intensitatea câmpului depășește această valoare critică, dielectricul își pierde proprietățile dielectrice - se numește acest fenomen descoperire. Tensiunea la care are loc o defecțiune se numește tensiunea de defecțiune Upr, iar intensitatea câmpului corespunzătoare se numește puterea dielectrică Upr. Epr = Upr/d, V/m, unde d este grosimea probei dielectrice. material, m. Rezistența dielectrică a materialelor depinde de structura lor, astfel încât mecanismul de descoperire este determinat de starea lor fizică.

Descoperire în dielectricele gazoase: O caracteristică importantă a descoperirii gazelor este reversibilitatea - după eliminarea impactului electricului, cel puțin dielectricul gazos își recapătă proprietățile dielectrice. Descoperirea gazelor depinde de câmpul uniform sau neomogen. Câmpul neomogen se caracterizează prin linii curbe de forță în locurile de neomogenitate. Câmpul dintre doi electrozi paraleli infinit de lungi cu capete rotunjite este considerat uniform. Energia particulelor încărcate pentru un câmp omogen: W = Eqλср, unde E - intensitatea câmpului, q - sarcina particulelor, λср - lungimea mediei și a intervalului. Descoperirea gazelor depinde de presiunea acestora. Într-un câmp neuniform, tensiunea de rupere depinde de polaritatea tensiunii aplicate. Un câmp puternic neomogen este creat între doi electrozi, dintre care unul este în formă de ac, iar celălalt este plat.

Descoperire în dielectricele lichide - Dielectricele lichide au o rezistență dielectrică semnificativ mai mare decât gazele. Cel mai important motiv pentru aceasta este densitatea semnificativ mai mare de lichide, adică. lungimea medie a drumului liber semnificativ mai mică. În dielectricele lichide foarte pure, progresul poate rezulta din uciderea electronilor de către electrozii metalici. În dielectricele lichide pure din punct de vedere tehnic, progresul poate apărea ca urmare a supraîncălzirii parțiale în locurile cu impurități cu conductivitate crescută, fierberea lichidelor în aceste locuri.

Întrebarea №11: Semiconductori de impuritate - proprietăți de bază. Dependența de temperatură a conductivității impurităților.
1. Tipuri de impurități PP: material semiconductor, cu o cantitate semnificativă de impurități strict controlate.

A) Donatori PP: impurități care măresc electronii din VT. Wd - nivelul donatorilor, ∆Wd - energia necesară pentru ca electronii să devină liberi (energia de ionizare a impurităților donatorului). ∆Wд> ∆Wд  În donatorul PP concentrația electronilor este mai mare decât găurile (n> p). PP-urile donatoare sunt numite centrale nucleare.

b) acceptor PP (PPP) - au impurități acceptor, adică. crește concentrația găurilor din VZ. ∆WА - energia necesară pentru trecerea electronilor din VZ (energie de ionizare). VA - nivel acceptor. ∆WА n.

2. Distribuția Fermi - distribuția pentru impuritatea PP nu este simetrică în raport cu mijlocul zonei interzise. Pentru NPP nivelul este deplasat la NW și pentru PPP la VZ. În PP de impuritate avem operatori de curent de bază și non-de bază. Pentru NPP, principalii purtători de curent sunt electronii, iar pentru PPP - găurile. Principalii purtători curenți din NPP sunt furnizați cu n≈√NдNc.exp (-∆Wд/2kT); p≈√NANB.exp (-∆WA/2kT). Nd - concentrația impurităților donatorilor, NA - concentrația impurităților acceptorului.

3. Dependența de temperatură a conductivității impurității - σ =Nuμn+peμp, pentru NPP  σ≈neμn, pentru PPP  σ≈peμp. Scăderea conductivității odată cu creșterea temperaturii în zona impurităților epuizate se datorează scăderii mobilității purtătorilor curenți.

Întrebarea №16: Compuși electroizolați și lacuri.
1. Compuși - masă pentru inundarea elementelor și schemelor pentru a proteja de mediu (în principal de umiditate ridicată). Acestea sunt utilizate în principal pentru locuințe.

Cerințe de bază - rezistență ridicată la izolație Riz, pierderi dielectrice mici tgδ, constantă dielectrică redusă εr, permeabilitate la umiditate, rezistență mecanică ridicată. Se obțin rășini organice (polimeri), întăritori și substanțe suplimentare.

2. Lacuri electroizolante - Sunt un material polimeric dizolvat într-un solvent, care se evaporă după aplicarea lacului. Acestea servesc în principal pentru protecția climei.

Principalele cerințe sunt rezistența ridicată la izolație Riz, pierderi dielectrice mici tgδ, constantă dielectrică scăzută εr, permeabilitate la umiditate, aderență, capacitatea de a aplica un strat subțire, flexibilitate.

Conform aplicării lor, lacurile sunt: ​​de uz general (poliuretan și epoxidic); cu rezistență crescută la căldură (silicon); cu pierderi dielectrice mici (polistiren).

Întrebarea №18: Metale și aliaje cu conductivitate ridicată. Metale pretioase.
1. Dragă (Cu). Principalele proprietăți - rezistență specifică scăzută ρ, fabricabilitate bună (ușor de tras pe fire subțiri și foi), lipire la temperatură scăzută, rezistență bună la coroziune, cost redus. Aplicații - fire pentru folie (metalizare) a plăcilor cu circuite imprimate.

2. Aluminiu (Al). Rezistență specifică scăzută ρ, greutate redusă; conductivitate termică ridicată; se oxidează foarte repede și este acoperit cu un strat subțire de Al2O3, care are proprietăți dielectrice și mecanice excelente (pe de o parte acest strat protejează metalul de coroziune, dar pe de altă parte face foarte dificilă lipirea Al); Al este un metal al supapei. Folosit pentru condensatoare electrolitice și radiatoare.

Întrebarea nr.22: Metale și aliaje magnetice moi - tipuri, proprietăți și aplicare.
Principalele proprietăți: conductivitate magnetică ridicată μr, intensitate coercitivă scăzută Hc, inducție de saturație ridicată Bs, rezistență specifică mică ρ, pierderi mari de curent turbionar (pot fi utilizate numai în câmpuri magnetice cu frecvență joasă sau constantă).

Tipuri: Fier (Fe) - componentă principală a majorității materialelor și aliajelor magnetice, dar ca orice metal are o rezistență specifică mică ρ, ceea ce duce la pierderi mari de curenți turbionari și limitează sever aplicarea acestuia în câmpuri magnetice alternative.

Tablă de oțel electrotehnică - oțel aliat cu Si. Pentru a reduce pierderile de curenți turbionari, suprafața oțelului este lăcuită (pentru a crește ρ), iar grosimea sa este redusă. Datorită prețului său redus, este utilizat în principal pentru conductoare magnetice pentru transformatoare de rețea (frecvență joasă 50Hz).


Întrebarea nr.3: Polarizarea dielectricelor - tipuri, dependență de temperatură.
I Definiții de bază


  • rezistență specifică ridicată - nu scurge electricitate și sunt utilizate ca izolație;

  • au capacitatea de a acumula taxe;

  • au aplicații în condensatoare;

1. Constanta dielectrică relativă εr, C0 = ε0.S/d, unde capacitatea C0, d-distanța dintre electrozi; Zona S a electrozilor; ε0-constantă dielectrică (constantă dielectrică absolută); C = εrC0 ->C =ε0.S/d; εr=C/C0 = QU/Q0U = Q/Q0, unde Q este sarcina acumulată în prezența unui dielectric și Q0 este sarcina atunci când nu există dielectric. εr> 1

Se numește procesul de deplasare a încărcăturilor conectate în dielectric, sub influența unui câmp electric extern polarizare.

2. Polarizarea P: ca urmare a polarizării, fiecare bloc de construcție al dielectricului are un moment electric. P = εpi/V, unde V este volumul materialului, moment pi - dielectric al particulei materialului. Intensitatea câmpului electric E este inducția: D0 = ε0E - inducția câmpului în vid.; D = εrε0E, P = D-D0 = ε0 (εr-1) E = ε0ærE, unde sensibilitatea ær-dielectrică.

3. Definiții de polarizare:


  • ca stare - o stare a dielectricului, care se caracterizează prin faptul că momentul electric al unei părți a acestuia este diferit de 0;

  • proces de deplasare a sarcinilor conectate elastic într-un dielectric.

II Tipuri de polarizări:

Întrebarea №6: Pierderi în materiale dielectrice.

Pierderile de energie din materialele dielectrice sunt determinate de procesele care au loc în ele sub influența unui câmp electric, principalul fiind polarizarea. Într-un câmp electric constant, polarizarea are loc o dată și energia necesară pentru aceasta este consumată și o dată. Într-un câmp electric alternativ, materialul este polarizat continuu în timp cu schimbarea direcției intensității câmpului (frecvență). Pierderile de energie din polarizare într-un câmp electric alternativ cresc semnificativ atunci când perioada de schimbare a intensității câmpului devine proporțională cu timpul necesar stabilirii polarizării.

Pierderi dielectrice - energie electrică consumată pentru încălzirea unui dielectric atunci când se află într-un câmp electric. Se folosește unghiul δ, numit unghiul de pierdere. Reprezintă unghiul complementar cu unghiul de fază de 90 ° φ dintre curent și tensiune într-un circuit capacitiv.

Circuit echivalent paralel: Rezistența activă R este egală cu pierderile dielectrice. δ = 90 o -φ; tgδ = IR/Ic = U/R.1/UωC = 1/ωCR, unde C este capacitatea și ω este frecvența circulară a tensiunii aplicate.

Pierderile active P în material sunt: ​​P = UIR = U 2/R = U 2 ωCtgδ, W;

Pierderi specifice Pv (pierderi pe unitate de volum): Pv = P/V = ​​(U 2 ωCtgδ)/Sd = E 2 ωε0εr, W/m 3, unde V = Sd este volumul probei dielectrice. C = ε0εrS/d - capacitatea probei.

Dacă R = 1/σ.S/d și C = ε0εrS/d -> tgδ = σ/ωε0εr, raportul dintre imaginar și partea reală, adică tgδ = ε ”r/ε'r -> partea imaginară este: ε ”R = ε'rtgδ sau ε. r = εr-jεrtgδ.

Pierderi de polarizare: Polarizările de relaxare sunt însoțite de pierderi de energie și sunt deseori numite pierderi de relaxare. Ele sunt observate numai în alternanță de electricitate, cel puțin, iar dependența lor de frecvență este descrisă de partea imaginară a constantei dielectrice complexe. εrtgδ = (Nα0ωτ)/[ε0 (1+ ω 2 τ 2)]: 1) pentru ω0, εrtgδ0, dar εr 1 + Nα0/ε0 => tgδ0; 2) pentru ω∞, εrtgδ0, dar εr1 => tgδ0; 3) pentru ω ω0 (ω0 = 1/τ), εrtgδ0, εrNα0/ε0, dar εr = 1 + Nα0/ε0 => tgδ = Nα0/2ε0 + Nα0; Cu un câmp constant, nu există pierderi de polarizare. La frecvențe foarte mari, polarizarea nu poate avea loc și nu vor exista pierderi. Pierderile maxime apar atunci când frecvența câmpului coincide cu frecvența determinată de timpul de relaxare. În dielectricele polare se observă polarizări mai lente decât în ​​cele nepolare, din cauza cărora pierderile maxime apar la frecvențe mai mici. Dependența de temperatură a tgδ este determinată de dependența de temperatură a timpului de relaxare τ. Timpul de relaxare scade odată cu creșterea temperaturii.

Pierderi de conductivitate: Aceste pierderi în dielectricii buni sunt mici. Acestea se caracterizează prin faptul că nu depind de frecvență. Rezistența izolației este omnică (nu depinde de frecvența câmpului). Pierderi de conductivitate activă: P = U 2/Ry, unde U este tensiunea, Ry este rezistența de izolație. Pierderile de conductivitate sunt un tip major de pierderi dielectrice într-un câmp electric constant. Acestea sunt dependente de temperatură, deoarece rezistența izolației depinde de temperatură. Riz = 1/σ.d/S, unde σ - conductivitatea electrică specifică a materialului; d - grosimea probei; Secțiunea S a eșantionului. Riz = 1/Aexp (-b/T) .d/S = A’exp (b/T) -> rezistența izolației scade exponențial odată cu creșterea temperaturii. P = U 2/A’exp (-b/T).

Pierderi de ionizare: observate la dielectrici gazoși sau solizi cu fază gazoasă (poroasă). Pyon = Bf (U-Uion) 3, unde coeficientul B, f - frecvența tensiunii aplicate, U - tensiunea aplicată, tensiunea de ionizare Uion; U> Ujon. La frecvențe ridicate, pierderile de ionizare din materialele poroase pot fi atât de mari încât să provoace încălzirea inacceptabilă a materialului.

Schema echivalentă secvențială: În acest circuit, rezistența activă echivalentă cu pierderea dielectrică este conectată în serie la capacitate. tgδ = Ur/UCs = Ir/(I/ωCs) = ωrCS și P = UI = I 2 r = U 2 r/[(1/ωCS) 2 + r 2] = U 2 ωCStgδ/1 + tg 2 δ, unde capacitatea CS a probei dielectrice într-un circuit de serie, rezistență la pierderi echivalentă cu r. Pierderile dielectrice din materiale sunt determinate de structura și condițiile de mediu și nu pot depinde de alegerea subiectivă a schemei echivalente. Condițiile trebuie îndeplinite: (tgδ) par = (tgδ) posl și (P) par = (P) posl.

1/ωCR = ωCSr și U 2 ωCtgδ = (U 2 ωCStgδ)/(1 + tg 2 δ); C = CS/(1 + tg 2 δ) și R = r (1 + 1/tg 2 δ).