Осы шамасы диэлектриктің поляризяциялану векторы деп аталады. Поляризация векторы 1 Кл/м2 – пен өлшенеді.

Дата: 2025-05-21; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Сонымен диэлектриктің беткі жағындағы поляризацияланған заряд: , мұндағы S – жазық пластинаның ауданы, - зарядтың беттік тығыздығы. Егер осы өрнектің екі жағын да l векторына көбетсек: .

Сонда беттік зарядтың векторына көбейтіндісі, яғни диэлектриктің бірлік көлеміндегі электрлік моменті немесе поляризация векторы

. (2.5)

Біртекті поляризацияланған диэлектрикте поляризация векторы тұрақты және диэлектриктегі зарядтың беттік тығыздығы болса, онда зарядтың тығыздығы сан жағынан поляризация векторының нормаль құраушысына тең екенін ескеріп, поляризвция векторын былайша жазамыз:

(2.6)

мұндағы - өлшемсіз шама, оны диэлектрлік өтімділігі деп атайды. Ал - өріс кернеулігінің нормаль құраушысы.

Молекулалардың бағдарлану дәрежесін диэлектрик шегіндегі өріс кернеулігі пропорционал деп алу орынды. Сөйтіп поляризация векторының өріс кернеулігіне пропорционал екенін көреміз. Сонымен поляризацияланған диэлектрик бетінде қандай да бір беттік тығыздығы бар заряд пайда болатын беттік және көлемдік зарядтар байлаулы(связанный) зарядтар, басқа зарядтар еркін зарядтар деп аталады. Байланысқан зарядтар диэлектрик ішінде электр өрісі болғанда пайда болады. Сөйтіп, өрістің бастапқы көзі әрқашан еркін зарядтар болып табылады.

Енді жоғарыда көрсетілген қайта оралайық. Ондағы қорытқы кернеуліктің мәні:

. (2.7)

Жазық конденсаторлар үшін және , мұндағы және - еркін поляризацияланған зарядтардың тығыздықтары. Диэлектриктің өрісі сыртқы алғашқы электр өрісіне қарама-қарсы болғандықтан, өрнек:

(2.8)

немесе екенін ескерсек, онда теңдеуді былайша көрсетуге болады:

. (2.9)

Енді 3 және 6 өрнектерді пайдаланып:

(2.10)

Сонымен өрісті сипаттайтын векторлық шама бізге тыныс электрлік индукция векторы болып есептеледі. Сонда сонғы теңдік:

, (2.11)

мұндағы -өлшемсіз шама, ортаның диэлектрлік өтімділігі деп аталады. Олай болса, сонғы формула:

. (2.11a)

Сөйтіп, соңғы теңдеу (2.13) өрнекке сәйкес болып тұр. Және де e шамасы диэлектриктің электр өрісінде поляризациялануы кезінде диэлектриктің қасиетін сипаттай отырып, электр өрісінің диэлектриктің әсерінен қаншалықты кемитінін көрсетеді.

Байланысқан зарядтардың еркін электрондардан айыпмашылығы, олар құрамына кіретін молекуланың шегін тастап кете алмайды. Қалған жағынан олардың барлық қасиеттері, барлық басқа зарядтардікі сияқты, яғни өрістің векторлық сызықтары әрі еркін, әрі байланысқан зарядтардан басталып және аяқталуы мүмкін. Ал электрлік индукция векторы болса, тек еркін зарядтардан ғана бастап аяқталады.

Сондықтан, тұйықталған бет үшін электрлік индукция векторын есептуеден Остроградский-Гаусс теоремасымен мына түрде

(2.12)

жазып қолданамыз. Тұйықталған бет арқылы электрлік ығысудың векторлық ағыны осы беттің ішіндегі еркін зарядтардың алгебралық қосындысына тең. Енді тұйықталған бет үшін өрістің кернеулік вектор ағынын есептегенде зарядтардың да алгебралық қосындысын есептеу керек. Сондықтан векторы түрі үшін Остроградский-Гаусс теоремасын мына түрде жазайық:

(2.13)

мұндағы және - тұйықталған S бет қамтитын еркін және байланысқан зарядтардың алгебралық қосындысы.

2.1.6 . Сегнетоэлектриктер.

Диэлектриктердің сырқы электр өрісі болмағанда өздігіне (спонтанды) белгілі бір температуралар аралығында поляризацияла алатын тобын сегнетоэлектриктер деп атаймыз. Сегнетоэлектриктердің поляризациялану тәртібі ферромагнетиктердің магниттелу тәртібіне ұқсас, сондықтан да сегнетоэлектриктер кейде ферроэлектриктер деп аталады. Дененің сегнетоэлектрлік қасиеті оның температурасына байланысты. ­­Өте жоғары температурада дененің сегнетоэлекртлік қасиеті төмендеп, кәдімгі диэлектрикке айналады. Сондыұтан температураның бұл арқылы нүктесін Кюри нүктесі деп атайды. Сегнет тұзының екі Кюри нүктесі бар (-18^oС және +24^oС).

Сонымен, сегнетоэлектриктердің мынандай ерекше қасиеттерін атап өтуге болады: біріншіден, сегнетоэлектриктердің диэлектрик өтімділігі өте жоғары; екіншуден,өріс кернеулігі электрлік ығысу векторы -ға сызықты байланысты, олай болса e~E екенін байқаймыз; үшіншіден, электр өрісі өзгеретін жағдайларда поляризация векторының мәні өріс кернеулігі -ден кешігетіндігі байқалады. Мұны гистерезис құбылыстарына айқын көругүе болады.

2.1.7. Диэлектриктерді тесу

Диэлектриктер электр оқшаулағыш материал ретінде жоғары кернеулік электрлік аппараттар мен құрал-жабдықтарда қолданылады. Жоғары кернеу электр өріс күш әсерінен зақымдалуы әбден мүмкін осы құбылысты диэлектриктердің тесілуі деп аталады. Мұндай жағдайда диэлектрик оқшаулағыш ретінде іске жарамай қалады. Осы диэлектриктердің тесілу нәтижесінде өзіне берілген кернеуді ұстап тұру (оқшаулау) болмаса өткізбеу мүмкіндігі жойылады. Ал диэлектриктердің қасиеті бұл жоғары кернеулерді шыдамды түрде басқа ортаменен оқшаулау, енді осының сандық мәні электр өрісінің кернеулігіменен сипатталады. Диэлектриктерде жүретін тесілу кернеулігінің шамасын электрлік төзімділік деп атайды. Диэлектриктердің төзімділігі тесілу кернеуінің сол диэлектриктің қалыңдығына қатынасыменен сипатталады, мына формуламенен өрнектеледі:

E_тесілу= (2.14)

Диэлектриктердің тесілуі жоғары температурада қызу нәтижесінде жүреді. Егер диэлектриктер арқылы өлшемнен тыс үлкен ток жүретін болса онда диэлектриктер қызып тесілу процесі болады. Мұндай жағдайда диэлектриктердің кедергісі күрт төмендеп кетеді. Ал кедергісінің төмендеуі оның температурасының көтерілуіне себеп болады.. Мұндай жағдайда ток өте жоғары мәнге жетіп ал диэлектрик еріп кетеді. Диэлектриктердің мұндай тесілуі жылулық тесілу деп аталады. Сонымен қатар диэлектриктердің тесілуі ондағы бос электрондардың санының күрт өсіп кетуінен де болады. Мұндай жағдай диэлектриктердегі өріс кернеулігінің жоғарылауынан пайда болады да нәтижесінде диэлектриктер тесіледі. Диэлектриктердің осы жағдайдағы тесілуі электрлік тесілу деп аталынады. Қарастырылған екі тесу әдісінде де диэлектриктер бойында каналдар пайда болады. Осы каналдар жоғарғы өткізгіштік қасиетке ие болады. Жылулық тесілуде температура жоғарылаған сайын диэлектриктердің төзімділігі төмендей түседі. Бұл айтылғандар келесі суреттерде көрсетілген. Диэлектриктердің температурасының жоғарылауы уақытқа да байланысты. Егер диэлектриктредегі электр өрісінің кернеулігі уақытқа байланысты жоғарылата беретін болса оның тесілу процесі де ұлғая береді. Электрлік тесілу процесі температураға байланысты болмайды, ол сыртқы кернеуге байланысты болады. Электр оқшаулағыш материалдар мынандай негізгі электрлік параметрменен сипатталады.

1. Меншікті көлемдік кедергі –r_u

2. Меншкіті көлемдік өткізгіштік-gu

3. Меншікті беттік кедергі-r_s

4. Меншікті беттік өткізгіштік-g_s

5. Диэлектрлік өтімділік-e

6. Диэлектрлік (потерь) жоғалтудың тангенс бұрышы-tgd

7. Материалдың электрлік төзімділігі-E_{төзімділік}