Диэлектрическая проницаемость жидкостей

Презентация на тему: Диэлектрическая проницаемость жидкостей

Примечание. Дробные значения вводите через точку.

Вещество	ԑ	Вещество	ԑ
Газы и водяной пар	Жидкости
Азот	1,0058	Глицерин	43
Водород	1,00026	Кислород жидкий (при t = -192,4 oC )	1,5
Воздух	1,00057	Масло трансформаторное	2,2
Вакуум	1,00000	Спирт	26
Водянной пар (при t=100 oC)	1,006	Эфир	4,3
Гелий	1,00007	Твердые тела
Кислород	1,00055	Алмаз	5,7
Углекислый газ	1,00099	Бумага парафинированная	2,2
Жидкости	Дерево сухое	2,2-3,7
Азот жидкий (при t = -198,4 oC)	1,4	Лед (при t = -10 oC)	70
Бензин	1,9-2,0	Парафин	1,9-2,2
Вода	81	Резина	3,0-6,0
Водород (при t= — 252,9 oC)	1,2	Слюда	5,7-7,2
Гелий жидкий (при t = — 269 oC)	1,05	Стекло	6,0-10,0
Титанат бария	1200
Фарфор	4,4-6,8
Янтарь	2,8

Примечание. Электрическая постоянная ԑo (диэлектрическая проницаемость вакуума) равная: ԑo = 14πс2 * 107 Ф/м ≈ 8,85 * 10-12 Ф/м

Магнитная проницаемость вещества

Парамагнитики	μ	Диамагнетики	μ
Алюминий	1,000023	Висмут	0,999824
Воздух	1,00000038	Вода	0,999991
Вольфрам	1,000176	Водород	0,999999937
Кислород	1,0000019	Медь	0,999990
Кислород жидкий	1,003400	Стекло	0,999987

Примечание. Магнитная постоянная μo (магнитная проницаемость вакуума) равна: μo = 4π * 10-7 Гн/м ≈ 1,257 * 10-6 Гн/м

М агнитная проницаемость ферромагнетиков

В таблице приведены значения магнитной проницаемости для некоторых ферромагнетиков (веществ с μ > 1). Магнитная приницаемость для ферромагнетиков (железо, чугун, сталь, никель и др. ) не постоянная. В таблице указаны максимальные значения.

Железо мягкое	8000	Пермаллой-681	250 000
Кобальт	175	Чугун	600-800
Никель	1100

1 Пермаллой-68 — сплав из 68% никеля и 325 железа; этот сплав применяют для изготовления сердечников трансформаторов.

Температура Кюри

Вещество	Температура Кюри, oС	Вещество	Температура Кюри, oС
Железо	770	Сульфид хрома	30
Кобальт	1331	Гадолиний	20
Никель	358	Тербий	-50
Сплав никеля (70%) и меди (30%)	67	Диспрозий	-186

Удельное электрическое сопротивление материалов

Проводник	мкОм м	Проводник	мкОм м
Алюминий	0,028	Никель	0,073
Вольфрам	0,055	Олово	0,12
Графит	13	Платина	0,10
Дуралюмин	0,033	Ртуть	0,96
Железо	0,10	Свинец	0,21
Золото	0,024	Серебро	0,016
Латунь	0,07-0,08	Сталь	0,10-0,14
Магний	0,045	Цинк	0,061
Медь	0,017	Чугун	0,5-0,8

Сплавы высокого сопротивления

Название сплава	Удельное электрическое сопротивление мкОМ м	Состав сплава, %
Медь	Никель	Марганец	Другие элементы
Константан	0,50	54	45	1	—
Копель	0,47	56,5	43	0,05	—
Манганин	0,43	> 85	2-4	12	—
Нейзильбер	0,3	65	15	—	20 Zn
Никелин	0,4	68,5	30	1,5	—
Нихром	1,1	—	> 60	< 4	30 < Cr ост. Fe
Фехраль	1,3	—	—	—	12-15 Cr 3-4 Al 80 < Fe

Температурные коэффициенты электрического сопротивления проводников

Проводник	10-3 oC-1	Проводник	10-3 oC-1
Алюминий	4,2	Никель	6,5
Вольфрам	5	Нихром	0,1
Железо	6	Олово	4,4
Золото	4	Платина	3,9
Константан	0,05	Ртуть	1,0
Латунь	0,1-0,4	Свинец	3,7
Магний	3,9	Серебро	4,1
Манганин	0,01	Сталь	1-4
Медь	4,3	Фехраль	0,1
Нейзильбер	0,25	Цинк	4,2
Никелин	0,1	Чугун	1,0

Сверхпроводимость проводников

Металл	Температура перехода	Металл	Температура перехода
oС	К	oС	К
Алюминий	-272,0	1,2	Свинец	-266,0	7,2
Ванадий	-267,9	5,3	Таллий	-269,8	3,4
Молибден	-272,3	0,9	Тантал	-268,7	4,5
Ниобий	-264,0	9,2	Уран	-272,4	0,8
Олово	-269,5	3,7	Цинк	-272,3	0,9

Сверхпроводимость обнаружена у более чем 25 металлических элементов и у большого числа сплавов и соединений.
Сверхпроводником с наиболее высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние -23,2 К (-250,0 oC) — до недавного времени являлся германид ниобия (Nb3Ge). В конце 1986 г. был получен сверхпроводник с температурой перехода ≈ 30 К (≈ -243 oС). Сообщается о синтезе новых высокотемпературных сверхпроводников: керамик (изготовливается путем спекания оксидов бария, меди и лантана) с температурой перехода ≈ 90-120 К.

Удельное электрическое сопротивление некоторых полупроводников и диэлектриков

Вещество	СтеклоТемпература, oС	Удельное сопротивление
Ом м	Ом мм2/м
Полупроводники
Антимонид индия	17	5,8 х 10-5	58
Бор	27	1,7 х 104	1,7 х 1010
Германий	27	0,47	4,7 х 105
Кремний	27	2,3 х 103	2,3 х 109
Cеленид свинца (II) (PbSe)	20	9,1 х 10-6	9,1
Сульфид свинца (II) (PbS)	20	1,7 х 10-5	0,17
Диэлектрики
Вода дистиллированная	20	103-104	109-1010
Воздух	0	1015-1018	1021-1024
Воск пчелиный	20	1013	1019
Древесина сухая	20	109-1010	1015-1016
Кварц	230	109	1015
Масло трансформаторное	20	1011-1013	1016-1019
Парафин	20	1014	1020
Резина	20	1011-1012	1017-1018
Слюда	20	1011-1015	1017-1021
Стекло	20	109-1013	1015-1019

Электрическое свойства пластмасс

Название пластмассы	Диэлектрическая проницаемость	Удельное электрическое сопротивление, Ом м
Гетинакс	4,5-8,0	109-1012
Капрон	3,6-5,0	1010-1011
Лавсан	3,0-3,5	1014-1016
Органическое стекло	3,5-3,9	1011-1013
Пенопласт	1,0-1,3	≈ 1011
Полистирол	2,4-2,6	1013-1015
Полихлорвинил	3,2-4,0	1010-1012
Полиэтилен	2,2-2,4	≈ 1015
Стеклотекстолит	4,0-5,5	1011-1012
Текстолит	6,0-8,0	107-1019
Целлулоид	4,1	109
Эбонит	2,7-3,5	1012-1014

Удельное электрическое сопротивление электролитов (при t=18 oС и 10-процентной концентрации раствора)

Раствор	Удельное электрическое сопротивление 10-3 Ом м	Раствор	Удельное электрическое сопротивление 10-3 Ом м
Гидроксид натрия (NaOH)	32	Серная кислота (20-процентная концентрация)	15
Медный купорос (CuSO4 5H2O)	315	Соляная кислота (HCI)	16
Серная кислота (H2SO4)	25	Хлорид натрия (NaCI)	83

Примчание. Удельноое сопротивление электролитов зависит от температуры и концентрации, т.е. от отношения массы растворенной кислоты, щелочи или соли к массе растворяющей воды. При указанной концентрации растворов увеличение температуры на 1 oС уменьшает удельное сопротивление раствора, взятого при 18 oС, на 0,012 гидроксида натрия, на 0,022 — для медного купороса, на 0,021 — для хлорида натрия, на 0,013 -для серной кислоты и на 0,003 — для 100 — процентной серной кислоты.

Удельное электрическое сопртивление жидкостей

Жидкость	Удельное электрическое сопротивление, Ом м	Жидкость	Удельное электрическое сопротивление, Ом м
Ацетон	8,3 х 104	Расплавленные соли:
Вода дистилированна	103- 104	гидроксид калия (КОН; при t = 450 oC )	3,6 х 10-3
Вода морская	0,3	гидроксид натрия (NaOH; при t = 320 oC)	4,8 х 10-3
Вода речная	10-100	хлорид натрия (NaCI; при t = 900 oC)	2,6 х 10-3
Воздух жидкий (при t = -196 oC)	1016	сода (Na2CO3x10H2O; при t = 900 oC)	4,5 х 10-3
Глицерин	1,6 х 105	Спирт	1,5 х 105
Керосин	1010
Нафталин расплавленный (при (при t = 82 oC)	2,5 х 107

—

пит

—

IV – объемный сквозной ток

IS – поверхностный сквозной ток

I IV IS
G	I	G G	S	IV	IS
U	V	U	U
1	R ;	1	R
S
GV	V	GS
R	RVRS	; V ;
RVRS
S	дополнител	üíàÿ
характеристика

Особенности

Из-забольшого удельного сопротивления объемный ток очень мал и сравним со сквозным

После подачи постоянного напряжения ток со временем постепенно уменьшается

Ток утечки

IÑÊÂIVIS

Ток абсорбции – ловушечный ток (поглощение свободных носителей ловушками захвата)

При постоянном напряжении проходит только в периоды включения и выключения (меняя направление)

(H+, Na+). Например,NaCl MgO

èîí	ýë ; nèîí	nýë;	e	W
kT
n * q*	n e
èîí	ýë	t	0
èîí	ýë

n * q*

lnγ

Собственная

проводимость

Примесная

проводимость

совершенства кристалла

При увеличении концентрации примесей и дефектов т. А смещается влево.

Дрейф ионов происходит путем «перескока» с ловушки на ловушку,

разделенные	барьером	W;
вероятность перескока ~	e	W
kT

Ионная проводимость ↔ перенос вещества: «+» — ионы уходят к катоду, а «-»- ионы – к аноду ↔Электролиз

Закон Фарадея	m = kIt	(k – электрохимический эквивалент
вещества)
k	1	* A	А – атомная масса; n – валентность;
F	n	A/n – химический эквивалент

В кристаллах проводимостьнеодинакова по разным осям (например, у кристалла кварца ρ = 1012 Ом*м вдоль главной (оптической) оси и ρ > 2*1014 Ом*м перпендикулярно ей)

В аморфных телахпроводимость одинакова во всех направленияхи

зависит от состава материала и наличия примесей; для высокомолекулярных полимеров также зависит от степени полимеризации

Наличие поверхностной электропроводности

RS S * lnd2 2d1

Поверхностная электропроводность

Поверхностное сопротивление участка поверхности твердого диэлектрика между 2 параллельными друг другу кромками электродов длиной b, отстоящими друг от друга на расстояниеа

RS S* a	S RS* b	[ S ] Îì
b	a

Удельное поверхностное сопротивление – это сопротивление квадрата любого размера на поверхности диэлектрика, ток через который идет от одной стороны до противоположной (при a = b ρS = RS

)

Характер зависимости s диэлектриков от различных факторов

(температуры, влажности, величины приложенного напряжения) сходен с характером изменения . Однако при изменениях влажности окружающей среды значения s изменяются быстрее, чем .

Рост поверхностной проводимости для растворимых диэлектриков объясняется наличием на их поверхности ионов, а для пористых – влаги. Кроме того, s падает при загрязнении поверхности диэлектрика.

Электропроводность жидких диэлектриков

Причина

возникновения

Носители заряда

Влияющие

факторы

lnγ

В неполярных диэлектриках – наличие диссоциированных примесей, в т.ч. влаги

В полярных диэлектриках добавляется диссоциация молекул самой жидкости

Ионы или крупные заряженные коллоидные частицы

С увеличением Т степень диссоциации и
	концентрация ионов возрастают
Wd	n q A*e
n n0 * ekT	T
Wd
k
Полярные жидкости (дистиллированная	103 … 105
вода, ацетон, этиловый спирт)
1/T	Слабо полярные (касторовое масло)	ρ, Ом*м 108 … 1010
Неполярные (бензол, трансформаторное	1010 … 1014
масло)

Коллоидная система – это смесь двух веществ (фаз), причем 1 фаза в виде мелких частиц (капель, зерен, пылинок) равномерно взвешена в другой

Эмульсии (обе фазы	Суспензии (твердые	Аэрозоли (твердые и
жидкости)	частицы в жидкости)	жидкие частицы в газе)

Среда, в которой находятся мелкие частицы, — дисперсная (внешняя)среда (ДС) Сами частицы –дисперсная (внутренняя)фаза (ДФ)

Молион – частица ДФ, имеющая на поверхности электрический заряд→ проводимость в коллоидных системах называетсямолионной

Электрофорез → движение молионов во внешнем поле (новые вещества не образуются, меняется относительная концентрация ДФ в различных частях объема ДС

Электропроводность газов

Причина	Ионизация нейтральных
возникновения	молекул

Действие внешних факторов (рентгеновское, ультрафиолетовое, радиоактивное излучение, сильный нагрев)

Соударения заряженных частиц самого газа с молекулами (ударная ионизация)

Самостоятельная	Несамостоятельная
электропроводность	электропроводность

—
—
—	+	Исчезает после исчезновения
+
внешнего фактора

Ионизация

—

v * E; v* E
N количество	положитель ных	ионов	â 1 ì 3
N	количество	отрицатель ных	ионов	â 1 ì 3
N p	количество	ионов, рекомбинир ующих за 1 сек
N p	* N *N	( коэффициен	т рекомбинац ии)
Несамостоятель-	Самостоятельная	N N	N;	N p * N	2	N	N p
электропроводи-
ная электропро-
водимость	мость
J N * q*(v	v ) q*	N p	*;
J * E
q *	N p	*

Создаваемые		Возникновение
частично рекомбинируют,	ударной
частично	нейтрализу-	ионизации
ются на электродах
Все ионы разряжаются на	Ен	= 0,6 В/м;
Еи	= 105 …106 В/м
электродах без рекомбинации
(10 мм)