Високочастотний коаксіальний кабель довжиною l = 14cм
розташований на поверхні металевого корпусу блоку (рис. 2), де цифрами позначено:
1 - внутрішній мідний провідник діаметром D1 = 0,9 мм;
2 - внутрішня ізоляція з поліетилену (# 949; 2 = 2,3; # 961; 2 = 10 14 Ом · м);
3 - мідна сітчаста обплетення з внутрішнім діаметром D2 = 5,7 мм і товщиною # 948; = 0,3 мм;
4 - зовнішній ізолюючий шар товщиною h = 0,9мм, виготовлений з полівінілхлоридного пластикату
Розрахувати ємність і опір ізоляції:
а) між внутрішнім провідником і опліткою, якщо кабель розімкнути на кінцях;
б) між опліткою кабелю і корпусом блоку, вважаючи, що поверхня кабелю стикається з корпусом 5 на ділянці розміром a = 1 мм.
а) У перетині кабелю (рис. 2) виділимо в поліетиленовій ізоляції 2 ділянку нескінченно малої товщини dx, що має координату х, відлічувану від центру кабелю. Довжину кола з радіусами х і x + dx можна вважати однаковою.
Тоді опір ділянки ізоляції товщиною dx (з координатою х) току витоку Iут одно
Електрофізичні властивості діелектриків.
Питання №5: Поляризація діелектриків. Види поляризації.
Речовина, внесена в електричне поле, може істотно змінити його. Це пов'язано з тим, що речовина складається з заряджених частинок. Під час відсутності зовнішнього поля частинки розподіляються всередині речовини так, що створюване ними електричне поле в середньому за обсягами, що включає велику кількість атомів або молекул, дорівнює нулю. При наявності зовнішнього поля відбувається перерозподіл заряджених частинок, і в речовині виникає власне електричне поле. Повний електричне поле складається відповідно до принципу суперпозиції з зовнішнього поля і внутрішнього поля створюваного зарядженими частинками речовини.
На відміну від провідників, в діелектриках (ізоляторах) немає вільних електричних зарядів. Вони складаються з нейтральних атомів або молекул. Заряджені частинки в нейтральному атомі пов'язані один з одним і не можуть переміщатися під дією електричного поля по всьому об'єму діелектрика.
При внесенні діелектрика в зовнішнє електричне поле в ньому виникає певний перерозподіл зарядів, що входять до складу атомів або молекул. В результаті такого перерозподілу на поверхні діелектричного зразка з'являються надлишкові нескомпенсовані пов'язані заряди. Все заряджені частинки, що утворюють макроскопічні пов'язані заряди, як і раніше входять до складу своїх атомів.
Пов'язані заряди створюють електричне поле яке всередині діелектрика направлено протилежно вектору напруженості зовнішнього поля. Цей процес називається поляризацією діелектрика. В результаті повне електричне поле всередині діелектрика виявляється по модулю менше зовнішнього поля
Фізична величина, що дорівнює відношенню модуля напруженості зовнішнього електричного поля в вакуумі до модуля напруженості повного поля в однорідному діелектрику, називається діелектричною проникністю речовини.
Існує кілька механізмів поляризації діелектриків. Основними з них є орієнтаційна і електронна поляризації. Ці механізми проявляються головним чином при поляризації газоподібних і рідких діелектриків.
Орієнтаційна або дипольна поляризація виникає в разі полярних діелектриків, що складаються з молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не збігаються. Такі молекули являють собою мікроскопічні електричні диполі - нейтральну сукупність двох зарядів, рівних по модулю і протилежні за знаком, розташованих на деякій відстані один від одного. Дипольниммоментом володіє, наприклад, молекула води, а також молекули ряду інших діелектриків (H2 S, NO2 і т. Д.).
При відсутності зовнішнього електричного поля осі молекулярних диполів орієнтовані хаотично через теплового руху, так що на поверхні діелектрика і в будь-якому елементі обсягу електричний заряд в середньому дорівнює нулю.
При внесенні діелектрика в зовнішнє поле виникає часткова орієнтація молекулярних диполів. В результаті на поверхні діелектрика з'являються нескомпенсовані макроскопічні пов'язані заряди, що створюють поле спрямоване назустріч зовнішньому полю (рис. 1).
Поляризація неполярного діелектрика.
Електричне поле зв'язаних зарядів, що виникає при поляризації полярних і неполярних діелектриків, змінюється за модулем прямо пропорційно модулю зовнішнього поля В дуже сильних електричних полях ця закономірність може порушуватися, і тоді виявляються різні нелінійні ефекти. У разі полярних діелектриків в сильних полях може спостерігатися ефект насичення, коли всі молекулярні диполі вишиковуються уздовж силових ліній. У разі неполярних діелектриків сильне зовнішнє поле, порівнянне за модулем з внутрішньоатомних полем, може істотно деформувати атоми або молекули речовини і змінити їх електричні властивості. Однак, ці явища практично ніколи не спостерігаються, так як для цього потрібні поля з напруженістю (10 10 -10 12) В / м. Тим часом, набагато раніше настає електричний пробій діелектрика.
У багатьох неполярних молекул при поляризації деформуються електронні оболонки, тому цей механізм отримав назву електронної поляризації. Цей механізм є універсальним, оскільки деформація електронних оболонок під дією зовнішнього поля відбувається в атомах, молекулах і іонах будь-якого діелектрика.
У разі твердих кристалічних діелектриків спостерігається так звана іонна поляризація, при якій іони різних знаків, що становлять кристалічну решітку, при накладенні зовнішнього поля зміщуються в протилежних напрямках, внаслідок чого на гранях кристала з'являються пов'язані (нескомпенсовані) заряди. Прикладом такого механізму може служити поляризація кристала NaCl, в якому іони Na + і Cl - складають дві підґратки, вкладені одна в одну. Під час відсутності зовнішнього поля кожна елементарна комірка кристала NaCl електронейтральна і не володіє дипольним моментом. У зовнішньому електричному полі обидві підґратки зміщуються в протилежних напрямках, т. Е. Кристал поляризується.
При поляризації неоднорідного діелектрика пов'язані заряди можуть виникати не тільки на поверхнях, але і в обсязі діелектрика. В цьому випадку електричне поле зв'язаних зарядів і повне поле можуть мати складну структуру, що залежить від геометрії діелектрика. Твердження про те, що електричне поле в діелектрику в # 949; разів менше за модулем в порівнянні із зовнішнім полем строго справедливо лише в разі однорідного діелектрика, що заповнює весь простір, в якому створено зовнішнє поле. Зокрема:
Якщо в однорідному діелектрику з діелектричної проникністю # 949; знаходиться точковий заряд Q, то напруженість поля створюваного цим зарядом в деякій точці, і потенціал # 966; в # 949; разів менше, ніж у вакуумі: