物理学における誘電体とは何ですか。 誘電体 - それは何ですか? 誘電体の性質
誘電率にはばらつきがある場合があります。
多くの誘電体は興味深い物理的特性を示します。
リンク
- 自然科学・科学技術効果仮想基金「Effective Physics」
ウィキメディア財団。 2010年。
他の辞書で「誘電体」が何であるかを見てください。
DIELECTRIC、電気をあまり通さない物質（抵抗率は 1010 オームΩm 程度）。 誘電体には固体、液体、気体があります。 外部電場は誘電体の分極を引き起こします。 いくつかのハードでは…… 現代の百科事典
誘電体- DIELECTRIC、電気をあまり通さない物質（抵抗率は 1010 オーム程度）。 誘電体には固体、液体、気体があります。 外部電場は誘電体の分極を引き起こします。 いくつかのハードでは…… 図解百科事典
電気を通しにくい物質（電気抵抗率 108 ～ 1012 Ω cm）。 誘電体には固体、液体、気体があります。 外部電場は誘電体の分極を引き起こします。 一部の固体誘電体では…… 大百科事典
- (英語の誘電体、ギリシャ語の dia through、through、および英語の electric electric)、電気を通しにくい物質。 現在。 「D」という用語。 ファラデーによって導入され、電気が浸透する in を指定します。 分野。 D.ヤヴル。 すべてのガス（非イオン化）、一部... 物理百科事典
誘電- 電気をほとんど通さない、またはまったく通さない身体の誘電体、不導体、または絶縁体。 そのような物体は、例えば、 ガラス、雲母、硫黄、パラフィン、エボナイト、磁器など。電気の研究で長い間…… 大きな医学百科事典
- (絶縁体) 電気を通さない物質。 誘電体の例：雲母、琥珀、ゴム、硫黄、ガラス、磁器、さまざまな種類の油など。 Samoilov K.I. Marine Dictionary。 M. L.: 連合 NKVMF の州海軍出版社 ... 海洋辞典
マイケル・ファラデーが、空気、ガラス、各種樹脂、硫黄など、非導電性、または電気を通しにくい物体に付けた名前です。このような物体は絶縁体とも呼ばれます。 ファラデーの研究以前、30年代に行われていたのですが…… ブロックハウスとエフロンの百科事典
誘電- 実質的に電流を通さない物質。 固体、液体、気体です。 D. 外部電場で分極します。 それらは、電気デバイス、電気コンデンサー、量子力学などを絶縁するために使用されます。 偉大なポリテクニック百科事典
電気を通しにくい物質。 「D」という用語。 (ギリシャ語の diá から、英語の electric electric に由来) は、電場が貫通する物質を表すために M. ファラデー (ファラデーを参照) によって導入されました。 どんな物質でも... ソビエト大百科事典
電気をあまり通さない物質（誘電体の導電率は 10 8 10 17 Ohm 1 cm 1 です）。 誘電体には固体、液体、気体があります。 外部電場は誘電体の分極を引き起こします。 いくつかのハードでは…… 百科事典
本
- 誘電体と波、A.R. ヒッペル。 このモノグラフの著者は、誘電体の分野で有名な研究者であるアメリカの科学者A. ヒッペルが定期刊行物や雑誌で繰り返し語っています...
- ポリマー材料に対するレーザー放射の作用。 科学的基礎と応用問題。 2冊で。 ブック 1. ポリマー材料。 ポリマー誘電体に対するレーザー作用の科学的基礎、B. A. Vinogradov、K. E. Perepelkin、G. P. Meshcheryakova。 この本には、ポリマー材料の構造と基本的な熱的および光学的特性、赤外線、可視光線におけるレーザー放射の作用メカニズムに関する情報が含まれています。
物理学における誘電体とは何かを判断するために、誘電体の最も重要な特性が分極であることを思い出してください。 どのような物質でも、自由電荷は電場の影響下で移動しますが、電流が発生し、結合電荷は分極します。 物質は、どちらの電荷が優勢であるか（自由または束縛）に応じて、導体と誘電体に分類されます。 誘電体では、主に外部電場の影響下で分極が発生します。 電界中で導体を切断すると、異なる符号の電荷を分離できます。 これは、誘電体の分極電荷では実現できません。 金属導体では自由電荷は長距離を移動できますが、誘電体では正電荷と負電荷が単一分子内で移動します。 誘電体では、エネルギーバンドが完全に満たされます。
外部場が存在しない場合、異なる符号を有する電荷が誘電体の体積全体に均一に分布します。 外部電場の存在下では、分子に入った電荷は反対方向に移動します。 この変位は、誘電体が外部電場に置かれたとき、誘電体の表面に電荷が現れることとして現れます。これが分極現象です。
分極は誘電体の種類によって異なります。 したがって、イオン結晶では、分極は主に電場におけるイオンのシフトによって発生し、電子原子殻の変形によってはわずかに発生します。 一方、共有結合による化学結合を有するダイヤモンドでは、電場中での電子原子殻の変形により分極が発生します。
誘電体がその分子に独自の電気双極子モーメントを持っている場合、その誘電体は極性と呼ばれます。 このような誘電体では、外部電場の存在下で、電気双極子モーメントが電場に沿って配向します。
誘電体の分極は、分極ベクトルを使用して決定されます。 この値は、物質の単位体積内のすべての分子の電気双極子モーメントの合計に等しくなります。 誘電体が等方性の場合、次の等式が成り立ちます。
ここで、 は電気定数です。 物質の誘電感受性です。 物質の誘電感受率は、次のように誘電率に関係します。
ここで、 - は分極電荷の存在による誘電体内の外部電場の弱まりを特徴づけます。 極性誘電体は最大の値を持ちます。 したがって、水 = 81 となります。
一部の誘電体では、外部電界だけでなく機械的ストレス下でも分極が発生します。 これらの誘電体は圧電体と呼ばれます。
誘電体は導体よりもはるかに高い電気抵抗率を持っています。 それはオーム/センチメートルの間隔にあります。 したがって、誘電体は電気機器の絶縁の製造に使用されます。 誘電体の重要な用途は、電気コンデンサーでの使用です。
電気抵抗率ρを持つ材料を参照してください< 10 −5 Ом·м, а к диэлектрикам - материалы, у которых ρ >10 8 オーム。 この場合、良好な導体の比抵抗はわずか 10 -8 Ohm m であり、最良の誘電体の場合は 10 16 Ohm m を超える可能性があることに注意してください。 半導体の抵抗率は、材料の構造と組成、および動作条件に応じて、10 -5 ～ 10 8 Ohm·m の範囲で変化します。 金属は電流の良導体です。 105 種類の化学元素のうち非金属は 25 種類のみで、半導体の性質を示す元素は 12 種類です。 しかし、単体物質に加えて、導体、半導体、または誘電体の特性を持つ化合物、合金、または組成物が何千も存在します。 異なるクラスの材料の抵抗値の間に明確な境界線を引くことはかなり困難です。 たとえば、多くの半導体は低温では誘電体のように動作します。 同時に、誘電体は強い加熱を受けると半導体の特性を示すことがあります。 質的な違いは、金属の場合は伝導状態が基底状態であるのに対し、半導体と誘電体の場合は励起状態であることです。
多くの誘電体は興味深い物理的特性を示します。 これらには、エレクトレット、圧電体、焦電体、強弾性体、強誘電体、リラクサー、および強誘電体が含まれます。
使用法
電気材料の中で最も広範な種類の 1 つである誘電体を使用する場合、これらの材料の受動特性と能動特性の両方を使用する必要性が非常に明確に定義されました。
誘電体は絶縁材料としてのみ使用されるわけではありません。
誘電体の受動特性
誘電体の活性特性
アクティブ（制御された）誘電体は、強誘電体、圧電体、焦電体、エレクトロルミノフォア、レーザー技術におけるエミッターおよびシャッター用の材料、エレクトレットなどです。
こちらも参照
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同義語:他の辞書で「誘電体」が何であるかを見てください。
誘電体 ... スペル辞書
DIELECTRIC: 電気を通さない材料。コンデンサーの 2 つの導体を分離する絶縁体など。 これらの材料には、材料がどの程度の性能を発揮できるかを決定する誘電率などの指標があります。 科学技術事典
焦電性、エレクトレット、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、絶縁体、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シノクサル、ポリトリフルオロクロロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアリレート ロシア語の同義語辞典。 誘電体名詞、同義語の数: 11 絶縁体 (21) ... 同義語辞典
誘電- 主な電気的特性が電界中で分極する能力である物質。 [GOST R 52002 2003] 誘電体 電気を通さない材料。 電気工学のトピック、主な... 技術翻訳者向けハンドブック
DIELECTRIC、誘電体、オス。 （物理的な）。 誘電体、物質、例: ガラス。 ウシャコフの解説辞典。 D.N. ウシャコフ。 1935 1940 ... ウシャコフ解説辞典
誘電体、夫。 （スペシャリスト。）。 電気を通しにくい物質、つまり不導体。 | 形容詞 誘電体、ああ、ああ。 オジェゴフの解説辞書。 S.I. オジェゴフ、N.Yu。 シュベドワ。 1949 1992 ... オジェゴフの解説辞典
弱く電気を通す物質。 現在。 D. は、ガラス、磁器、雲母、大理石、ゴム、エボナイト、乾燥木材、絹、アスベスト、変圧器油、空気などです。 D. 充電部の絶縁、絶縁に使用されます。 鉄道技術辞典
誘電- 物質。その主な電気的特性は、電界中で分極する能力です...出典: ELEKTROTEHNIKA。 基本概念の用語と定義。 GOST R 52002 2003 (日付 ... ... 公式用語
誘電- 誘電体; 業界 絶縁体 主な電気的特性が分極する能力であり、静電場の存在が可能である物質 ... ポリテクニック用語解説辞典
誘電- - 主な電気的特性が電界中で分極する能力である物質。 [GOST 19880 74] 用語の見出し: 電力機器 百科事典の見出し: 研磨装置、研磨剤、道路... 建築材料の用語、定義、説明の百科事典
本
- 電離放射線の作用下での宇宙船搭載機器の要素の境界効果、Shilobreev Boris Alekseevich、Lazurik Valentin Timofeevich、Yakovlev Mikhail Viktorovich。 構造材料における吸収エネルギーと空間電荷の境界分布の計算と実験的決定のための主なアイデアと方法が紹介されています…
電子機器内の誘電体材料は電気的に分離され、固体材料は機械的に結合され、異なる電位の下で導体によって結合されます。 これらは、機器要素の電気絶縁、電界エネルギーの蓄積（コンデンサー）、構造部品の製造、および部品表面のコーティングの形で、部品の接着に使用されます。
材料の誘電特性
誘電体の主な特性は、電流を通さないことです。 誘電体の固有体積抵抗は高く、108 ～ 1018 オームです。これは、誘電体中に自由電荷キャリアがほとんどないためです。 一部の伝導は不純物や構造欠陥によって引き起こされます。
あらゆる物体の表面には常により多くの不純物や欠陥が存在するため、誘電体の場合、表面導電率の概念と、平行に配置されたそれぞれ長さ 1 m の 2 本の直線状導体間で測定される抵抗として定義される固有表面抵抗パラメーターが導入されます。誘電体の表面上で 1 m の距離で互いに接続します。 s の値は、表面の取得 (処理) 方法とその状態 (粉塵の含有量、水分など) に大きく依存します。 表面導電率は通常、バルク導電率よりもはるかに大きいため、それを下げるための対策が講じられます。
誘電体は直流電圧に対してのみ絶縁体です。 交流電界では、分極により誘電体を通って電流が流れます。
分極とは、外部電場の作用下で、制限された距離にわたって結合電荷が移動するプロセスです。
原子の電子は正極に向かってシフトし、原子核は負極に向かってシフトします。 同じことが、イオン結晶内のイオン、つまり、占有体積内で荷電粒子が不均一に分布している分子または分子の領域でも起こります。 誘電体内の分極の結果として、誘電体自体の内部磁場が形成され、そのベクトルの大きさはより小さく、外部磁場のベクトルとは逆の方向になります。 誘電体のある電極間の電気容量は、誘電体のない同じ電極間の電気容量よりも、誘電体の相対誘電誘電率の係数で大きくなります。
電子分極中、外部電場の作用により、物質の原子の電子殻が変形します。 整定時間が短い (約 10 ～ 15 秒) という特徴があるため、無線周波数に対して慣性がなく、周波数に依存せず、温度にほとんど依存せず、実質的に損失なく発生します。 主に電子分極を持つ物質 (弱い極性の誘電体) は、誘電率が 1.8 ～ 2.5 と低くなります。 この種の分極はすべての物質に固有のものです。
イオン分極はイオン固体で発生し、整定時間は 10 ～ 13 秒程度であるため、実際には場の周波数には依存せず、温度にはほとんど依存しません。 イオン分極を持つほとんどの材料の値は 5 ～ 10 です。
双極子（配向）分極は、極性分子または原子団の場の作用下で配向として現れます。 たとえば、水分子は極性を持ち、水素原子が酸素原子、または塩化ビニル (ポリ塩化ビニル モノマー) H2C-CHCl に対して非対称に位置しています。 分子と摩擦力の相互作用を克服するために、場のエネルギーが消費され、熱エネルギーに変換されるため、双極子分極は非弾性の緩和特性を持ちます。 双極子分極に関与する双極子のサイズと質量が大きいため、その慣性は大きく、周波数に対する誘電率とエネルギー損失の強い依存性の形で現れます。
マイグレーション分極は、弱く結合した不純物イオンの短距離にわたる非弾性変位によって引き起こされます。 結果 (エネルギー損失、周波数依存性) の観点から見ると、この分極は双極子の分極に似ています。
分極中の誘電体のエネルギー損失は、損失角度正接 tg によって推定されます。 電気回路内で損失を伴う誘電体は、理想コンデンサとそれに並列に接続された損失抵抗の等価回路として表されます。 この角度は、このような 2 端子ネットワークのベクトル図上の電流と電圧の間のシフト角度を最大 90°補完します。 良好な（極性の弱い）誘電体は tg10-3 を持ち、周波数にはほとんど依存しません。 不良な誘電体の tg は 10 分の 1 単位以上で測定され、周波数に大きく依存します。
特別なタイプは、機械的応力の作用下で分極を形成します。これは圧電で観察され、また、焦電および強電での自発分極も観察されます。 このような誘電体はアクティブと呼ばれ、共振器、フィルター、圧電発電機および変圧器、放射コンバーター、高比容量コンデンサーなどの特別なデバイスで使用されます。
電気的強度 - 高電圧回路で高い抵抗率を維持する誘電体の能力。 これは破壊電界強度 Еpr=Upr/d によって推定されます。ここで、Upr は破壊電圧、d は誘電体の厚さです。 寸法 Epr - V / m。 さまざまな誘電体では、Epr=10...1000 MV/m であり、1 つの材料であっても、この値は厚さ、電極の形状、温度、およびその他の多くの要因によって大きく異なります。 その理由は、分解時のさまざまなプロセスにあります。 電気的破壊は、不純物準位または金属電極から価電子帯から伝導帯への電子のトンネル遷移、および高強度電界での衝撃イオン化による電子のなだれ増倍によって引き起こされます。 電気的熱破壊は、温度の上昇に伴う誘電体の導電率の指数関数的な増加によって引き起こされます。 同時に、漏れ電流が増加し、誘電体がさらに加熱され、その厚さに導電チャネルが形成され、抵抗が急激に低下し、熱影響ゾーンで材料の溶解、蒸発、破壊が発生します。 電気化学的破壊は、電気分解、イオン移動、およびその結果としての材料の組成の変化という現象によって引き起こされます。 イオン化破壊は、空気が含まれた誘電体内での部分放電によって発生します。 空気の絶縁耐力は低く、これらの含有物内の電界強度は、高密度の誘電体よりも高くなります。 このタイプの破壊は、多孔質材料では一般的です。 誘電体の表面破壊（オーバーラップ）は、許容できないほど大きな表面電流が原因で発生します。 電流源の十分な電力があれば、表面破壊は空気中で進行し、アーク破壊に変わります。 この故障の原因となる条件は、誘電体表面の亀裂、その他の凹凸や汚染、湿気、塵、低気圧などです。
電気機器を確実に動作させるには、その絶縁体の動作電圧 Uwork が降伏電圧 Upr よりも大幅に低くなければなりません。 Upr/Urab の比率は、絶縁電気強度ストック係数と呼ばれます。
講義 1.3.1。 誘電体の分極
誘電体材料
誘電体は、分極して静電場を維持できる物質です。 これは、気体、液体および固体、天然および合成、有機、無機および有機元素など、幅広い種類の電気材料です。 機能に応じて、パッシブとアクティブに分類されます。 受動誘電体は電気絶縁材料として使用されます。 活性誘電体（強誘電体、圧電体など）の電気的特性は、電気デバイスやデバイスの特性を変える可能性がある制御信号に依存します。
分子の電気的構造に従って、無極性誘電体と極性誘電体が区別されます。 非極性誘電体は、正電荷と負電荷の中心が一致する非極性（対称）分子で構成されます。 極性誘電体は非対称分子 (双極子) で構成されます。 双極子分子は双極子モーメントによって特徴付けられます - p.
電気機器の動作中、誘電体の電気エネルギーの一部が熱の形で放散されるため、誘電体が加熱します。 誘電損失は、特に極性誘電体の場合、電流の周波数に大きく依存するため、周波数が低くなります。 無極性誘電体は高周波誘電体として使用されます。
誘電体の主な電気的特性とその特性を表に示します。 3.
表 3 - 誘電体の電気的特性とその特性
分極とは、電場における結合電荷の限られた変位または双極子分子の配向です。 電界の力線の影響下で、誘電体の電荷は、張力の大きさに応じて、作用する力の方向に変位します。 電場が存在しない場合、電荷は前の状態に戻ります。
分極には 2 つのタイプがあります。1 つは瞬間分極、完全に弾性があり、散乱エネルギーの放出はありません。 熱放出なし、10 -15 ～ 10 -13 秒間。 分極は瞬時には発生しませんが、ゆっくりと増加または減少し、誘電体内でのエネルギー散逸を伴います。 それは加熱します - これは 10 -8 から 10 2 秒までの時間の緩和分極です。
最初のタイプには、電子分極とイオン分極が含まれます。
電子分極 (C e、Q e)– 10 -15 秒間の原子およびイオンの電子殻の弾性変位および変形。 このような分極はあらゆるタイプの誘電体で観察され、エネルギー損失とは関係なく、物質の誘電率は数値的には光の屈折率 n 2 の二乗に等しくなります。
イオン分極 (C および Q および)イオン構造を持つ固体の特徴であり、結晶格子の節点で弾性的に結合したイオンの 10 -13 秒間の変位 (振動) によって引き起こされます。 温度が上昇すると、イオン間の弾性力が弱まる結果として変位も増加し、イオン誘電体の誘電率の温度係数は正になることがわかります。
2 番目のタイプには、すべての緩和分極が含まれます。
双極子緩和分極 (C dr、r dr、Q dr)分子間の極性結合を伴う双極子の熱運動に関連しています。 電場の方向に双極子が回転するには、ある程度の抵抗を克服し、熱 (r dr) の形でエネルギーを放出する必要があります。 ここでの緩和時間は 10 -8 ～ 10 -6 秒程度です。これは、電場が除去された後、電場によって配向された双極子の秩序が、次のような熱運動の存在により減少する時間間隔です。初期値の2.7倍。
イオン緩和分極 (C ref、r ref、Q ref)無機ガラスや、イオンの充填が緩い一部の物質で観察されます。 カオス的な熱運動の中で外部電場の影響下にある物質の弱く結合したイオンは、場の方向に過剰なサージを受け、その力線に沿って変位します。 電場が除去されると、イオンの配向は指数関数的に弱まります。 緩和時間、活性化エネルギー、固有振動の周波数は 10 -6 ～ 10 -4 秒以内に発生し、法則によって関係付けられます。
ここで、f は粒子の固有振動の周波数です。 v - 活性化エネルギー; k はボルツマン定数 (8.63 10 -5 EV/deg) です。 T は K 0 の絶対温度です。
電子緩和分極 (C er、r er、Q er)これは、10 -8 ～ 10 -6 秒間、過剰な欠陥のある電子または「正孔」の励起された熱エネルギーによって発生します。 これは、高い屈折率、大きな内部磁場、および電子伝導性を備えた誘電体に典型的です。不純物を含む二酸化チタン、Ca + 2、Ba + 2、さまざまな価数の金属の酸化物に基づく多くの化合物 (チタン、ニオブ、ビスマス) 。 この分極により誘電率が高くなり、負の温度では e (誘電率) の温度依存性が最大になります。 チタン含有セラミックの e は、周波数が増加するにつれて減少します。
構造的な分極区別する：
マイグレーション分極 (C m、r m、Q m)巨視的不均質性、層、界面、または不純物の存在を伴う不均質構造の固体内で 10 2 秒程度の時間進行します。この分極は低周波で現れ、重大なエネルギー散逸を伴います。 このような分極の理由は、技術的で複雑な誘電体に含まれる導電性および半導体の含有物、異なる導電率を持つ層の存在などです。 誘電体の層間の界面と電極層では、ゆっくりと移動するイオンの電荷が蓄積します。これは層間または構造的な高電圧分極の影響です。 強誘電体の場合は、 自発または自発分極、(C cn、r cn、Q cn)、ドメイン（個別の領域、回転する電子殻）によるエネルギーの大幅な散逸や熱放出があり、電場内で変化する場合、つまり、電場がない場合でも、物質内に電気モーメントが存在します。外部磁場が一定の強さになると飽和が発生し、分極の増加が観察されます。
分極の種類による誘電体の分類。
最初のグループは、電子およびイオンの瞬間分極を持つ誘電体です。 このような材料の構造は中性の分子で構成され、弱い極性を持つ可能性があり、パラフィン、硫黄、ポリスチレンなどの固体結晶材料および非晶質材料、ならびにベンゼン、水素などの液体および気体材料に典型的です。
2 番目のグループ (電子分極および双極子緩和分極を持つ誘電体) は、オイルロジン化合物、エポキシ樹脂、セルロース、塩素化炭化水素などの極性有機液体、半液体、固体物質です。 材料。
3 番目のグループ - 固体無機誘電体。電気的特性が異なる 2 つのサブグループに分類されます。a) 電子分極および双極子緩和分極を有する誘電体。石英、雲母、岩塩、コランダム、ルチルなど。 b) 電子緩和分極およびイオン緩和分極を有する誘電体 - これらは、ガラス、ガラス相を有する材料 (磁器、ミカレックスなど)、およびイオンの緩い充填を有する結晶誘電体です。
4 番目のグループは、電子とイオンの瞬間分極と構造分極を伴う誘電体で、これは多くの位置的で複雑な層状の強誘電体材料の特徴です。
