Dielektrikum

Dielektrikum (izolátor) (z jiného řeckého διά "přes; odděleně" a jiného řeckého ἤλεκτρον  - " jantar ") - látka ( materiál ), který relativně špatně vede elektřinu . Elektrické vlastnosti dielektrik jsou určeny jejich schopností polarizace ve vnějším elektrickém poli. Termín zavedl do vědy anglický fyzik M. Faraday [1] .

Koncentrace volných nosičů náboje v dielektriku nepřesahuje 108 cm – 3 . V elektrodynamice je dielektrikum prostředí s malou hodnotou tangens dielektrické ztráty ( ) [2] při uvažované frekvenci , v takovém prostředí je vodivý proud [3] mnohem menší než posuvný proud .

Pod pojmem "ideální dielektrikum" se rozumí médium s hodnotou , ostatní dielektrika se nazývají "skutečné" nebo dielektrika (média) "se ztrátami". Z hlediska pásmové teorie pevného tělesa je dielektrikum látka s zakázaným pásmem větším než 3 eV .

Studium dielektrických vlastností se týká ukládání a rozptylu elektrické a magnetické energie v materiálech [4] [5] . Pojem dielektrika je důležitý pro vysvětlení různých jevů v elektronice, optice, fyzice pevných látek a buněčné biofyzice.

Terminologie

Zatímco termín "izolátor" implikuje nízkou elektrickou vodivost, dielektrikum obvykle znamená materiály s vysokou polarizací . Ten je vyjádřen číslem zvaným relativní permitivita . Termín „izolátor“ se obvykle používá k označení elektrické nevodivosti, zatímco termín „dielektrikum“ se používá ke zdůraznění schopnosti materiálu ukládat energii prostřednictvím polarizace.

Termín "dielektrikum" byl vytvořen Williamem Whewellem v reakci na žádost Michaela Faradaye [6] [7] . Ideálním dielektrikem je materiál s nulovou elektrickou vodivostí [8] .

Fyzikální vlastnosti

Obvykle vodiče zahrnují materiály s elektrickým odporem ρ < 10 −5 Ohm m a dielektrika jsou materiály s ρ > 10 8 Ohm m. Odpor dobrých vodičů může být až 10 −8 ohm m, zatímco u nejlepších dielektrik může přesáhnout 10 16 ohm m. Rezistivita polovodičů se může v závislosti na struktuře a složení materiálů a také na podmínkách prostředí pohybovat v rozmezí 10 −5 -10 8 Ohm m.

Kovy jsou dobrými vodiči elektrického proudu . Ze 105 chemických prvků je pouze 25 nekovů a 12 prvků může vykazovat polovodičové vlastnosti. Ale kromě elementárních látek jsou známy tisíce chemických sloučenin , slitin nebo kompozitů s vlastnostmi vodičů, polovodičů nebo dielektrik. Je poměrně obtížné nakreslit jasnou hranici mezi hodnotami měrného odporu různých tříd materiálů. Například mnoho polovodičů se při nízkých teplotách chová jako dielektrika. Současně mohou dielektrika při silném zahřívání vykazovat vlastnosti polovodičů. Kvalitativní rozdíl je v tom, že pro kovy je vodivý stav základní stav, zatímco pro polovodiče a dielektrika je to excitovaný stav.

Rozvoj radiotechniky si vyžádal vytvoření materiálů, ve kterých se spojí specifické elektromagnetické vlastnosti na rádiových frekvencích s nezbytnými fyzikálními a mechanickými parametry. Takové materiály se nazývají vysokofrekvenční. Pochopení elektrických, magnetických a mechanických vlastností materiálů a také příčin stárnutí vyžaduje znalost jejich chemického a fázového složení, atomové struktury a strukturálních defektů.

Možnosti

Parametry dielektrik určují jejich mechanické ( elasticita , pevnost , tvrdost , viskozita ), tepelné ( tepelná roztažnost , tepelná kapacita , tepelná vodivost ), elektrické ( elektrická vodivost , polarizace , absorpce energie, elektrická pevnost ), magnetické, optické vlastnosti a také určit jejich elektrické, mechanické , tepelné odezvy na působení elektrického pole, mechanické namáhání, teplotu [9] .

Příklady

Dielektrika zahrnují různé plyny, kapaliny, například oleje, skla , různé pryskyřice , plasty atd.

Měrný odpor deionizované vody (viz také: bidestilát ) - 18 MΩ cm.

Mezi dielektrika patří také paraelektrika - nelineární dielektrika, která nemají spontánní polarizaci, jejichž relativní permitivita klesá s rostoucí teplotou (titanáty stroncia, draslíku, kadmia; feroelektrika nad Curieovou teplotou).

Řada dielektrik vykazuje zajímavé fyzikální vlastnosti. Patří sem elektrety , piezoelektrika , pyroelektrika , feroelastika , feroelektrika , relaxory a feroelektrika .

Použití

Při použití dielektrik jedné z nejrozsáhlejších tříd elektromateriálů byla zcela jasně definována potřeba využití pasivních i aktivních vlastností.

Dielektrika se nepoužívají pouze jako izolační materiály .

Pasiva

Pasivní vlastnosti dielektrických materiálů se využívají, když se používají jako elektrické izolační materiály a jako dielektrika v konvenčních typech kondenzátorů . Elektroizolační materiály se nazývají dielektrika, která neumožňují únik elektrického náboje, to znamená, že s jejich pomocí oddělují elektrické obvody od sebe nebo části přístrojů, přístrojů a přístrojů, které vedou proud, od částí vodivých, ale nevodivých. (z těla, ze "země"). V těchto případech nehraje dielektrická konstanta materiálu zvláštní roli, nebo by měla být co nejmenší, aby se do obvodů nezanášely parazitní kapacity . Je-li jako dielektrikum kondenzátoru určité kapacity a nejmenších rozměrů použit materiál, je za jinak stejných okolností žádoucí, aby tento materiál měl velkou dielektrickou konstantu.

Aktivní vlastnosti dielektrik

Aktivní dielektrika, jejichž dielektrické vlastnosti závisí na použitém napětí, vlivu vnějšího prostředí jsou feroelektrika , piezoelektrika , pyroelektrika , elektroluminofory , materiály pro zářiče a clony v laserové technice, elektrety atd.

Poznámky

  1. ↑ Levanyuk A.P. Dielectrics // Fyzikální encyklopedie / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M .: Sovětská encyklopedie , 1988. - T. 1. - S. 694-698. - 704 s. — 100 000 výtisků.
  2. ↑ Nikolsky V.V., Nikolskaya T.I. Elektrodynamika a šíření rádiových vln. Moskva: Nauka, 1989.
  3. ↑ Vodivostní proud - usměrněný pohyb elektrických nábojů
  4. ↑ Thoms, E.; Sippel, P.; et., al. Dielektrické studium směsí iontových kapalin   // Sci . Rep. : deník. - 2017. - Sv. 7 , č. 1 . — S. 7463 . - doi : 10.1038/s41598-017-07982-3 . - . - arXiv : 1703.05625 . — PMID 28785071 .
  5. ↑ Belkin, A.; Bezryadin, A.; Hendren, L.; Hubler, A. Recovery of Alumina Nanocapacitors after High Voltage Breakdown   // Sci . Rep. : deník. - 2017. - Sv. 7 , č. 1 . — S. 932 . - doi : 10.1038/s41598-017-01007-9 . - . — PMID 28428625 .
  6. ↑ Daintith, J. Biografická encyklopedie vědců. - CRC Press , 1994. - S. 943. - ISBN 978-0-7503-0287-6 .
  7. ↑ James, Frank AJL, editor. The Correspondence of Michael Faraday, Volume 3, 1841-1848, Letter 1798, William Whewell to Faraday, p. 442. (nepřístupný odkaz) . Získáno 18. 5. 2012. Archivováno z originálu 23. 12. 2016.   The Institution of Electrical Engineers, Londýn, Spojené království, 1996. ISBN 0-86341-250-5
  8. ↑ [ [1]  v Google Books Microwave Engineering – RS Rao (Prof.)]  (eng) .
  9. ↑ Res, 1989 , str. osmnáct.

Odkazy

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
 Vodivé materiály