مقاله بررسی دی الکتریک و کاربرد آن

مقاله بررسی دی الکتریک و کاربرد آن

مقاله بررسی دی الکتریک و کاربرد آن در ۶۷ صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمه

فصل اول :

( ۱ ـ ۱ ) تعریف دی الکتریک

( ۱ ـ ۲ ) الکترو استاتیک

فصل دوم :

( ۲ ـ ۱ ) پلاریزاسیون دی الکترویکها

( ۲ ـ ۲ ) قابلیت پلاریزاسیون اتمی

( ۲ ـ ۳ ) جامدات یونی

( ۲ ـ ۴ ) قابلیت قطبی شدن وابسته به فرکانس

( ۲ ـ ۵ ) ثابتهای اپتیکی فلزات

فصل سوم :

( ۳ ـ ۱ ) گذردهی فضای آزاد

( ۳ ـ ۲ ) گذردهی مختلط

( ۳ ـ ۳ ) اندازه گیری گذردهی

( ۱ ـ ۳ ـ ۳ ) گذردهی نسبی de

( ۲ ـ ۳ ـ ۳ ) اندازه گیری با استفاده از پل

( ۳ ـ ۳ ـ ۳ ) سلولهای اندازه گیری

( ۴ ـ ۳ ـ ۳ ) روشهای مدار تشدید

( ۵ ـ ۳ ـ ۳ ) اندازه گیریهای خط انتقال

( ۶ ـ ۳ ـ ۳ ـ ) اندازه گیریهای میکرو موج

فصل چهارم :

( ۴ ـ ۱ ) قطبش پذیری

( ۱ ـ ۴ ـ ۱ ) قطبش پذیری نوری

( ۲ ـ ۴ ـ ۱ ) قطبش پذیری مولکولی

( ۳ ـ ۴ ـ ۱ ) قطبش پذیری بین لایه ای

( ۴ ـ ۲ ) دسته بندی دی الکتریکها

( ۴ ـ ۳ ) مشکلات نظریه دی الکتریکها

فصل پنجم :

( ۵ ـ ۱ ) شکست دی الکتریکی

( ۵ ـ ۲ ) الکترونها در عایقها

( ۵ ـ ۳ ) سازو کار شکست

( ۵ ـ ۴ ) انواع سازو کارهای اساسی شکست در جامدات دی الکتریک

( ۱ ـ ۵ ـ ۴ ) شکست ذاتی

( ۲ ـ ۵ ـ ۴ ) شکست حرارتی

(۳ ـ ۵ ـ ۴ ) شکست تخلیه ای

( ۵ ـ ۵ ) شکست در مایعهای دی الکتریک

( ۵ ـ ۶ ) قدرت دی الکترویکی

( ۱ ـ ۵ ـ ۶ ) عوامل مؤثر بر قدرت دی الکتریکی برای بلور خالص

فصل ششم :

( ۶ ـ ۱ ) پیرو الکتریسیته

( ۶ ـ ۲ ) پیزو الکتریسیته

( ۶ ـ ۳ ) فرو الکتریکها

( ۱ ـ ۶ ـ ۳ ) طبقه بندی فرو الکتریکها

مقدمه

از زمانیکه آزمایشهای ابتدایی روی الکتریسیته ساکن جهت منزوی کردن بار الکتریکی ساکن توسط مواد دی الکتریکی که بار را به خارج هدایت نمی کنند ، صورت گرفته ، لزوم مطالعه مواد دی الکتریکی با توجه به نیاز عملی به عایقها احساس گردید . کهربا ، موم ، شیشه از جمله اولین مواد عایقی بودند که کاربرد عملی داشتند . با ظهور جریان الکتریکی خواص این مواد باید بیشتر ، مطالعه می شد تا برای مقاصد کاربردی مورد استفاده واقع شده و عکس العمل آنها نسبت به اعمال یک میدان ، معین و
مشخص گردد . خواص عایقی در ماده را می توان به قدرت دی الکتریکی تعریف
کرد .

از همان آغاز شناخت الکترو استاتیک توانایی مواد دی الکتریک در افزایش ذخیره‌ باریک خازن شناخته شده بود . کاربرهای جریان الکتریکی فرکانس بالا در ارتباط با رادیو ، تقاضاها را برای خازنهای ظرفیت بالا ، قدرت شکست بالا و ابعاد کوچک افزایش داد . برای رسیدن به این خواسته ها مواد در الکتریک زیادی آزمایش بر حسب قدرت دی الکتریک و گذردهی با توجه به کاربردشان در این حوزه رده بندی شدند و تقاضا برای مواد بهتر افزایش یافت . در موفقیت آمیز بودن هر نوع جستجو برای مواد جدید یا بهبود آنها در حوزه بخصوصی ، اطلاع از سازوگار اساسی که در ارتباط با ویژگیهای به خصوص آنهاست ، شرط اساسی است . این کار نظریه دی الکتریک است که با محاسبه رفتارها کروسکوپی بر حسب ساختمان مولکولی و اتمی ، ما را به این آگاهیها می رساند .

یک نظریه کامل، که رفتار دی الکتریکی هر نوع ماده ای را در بر داشته باشد کار بینهایت دشوار است و احتمالاً هر گز امکان پذیر نیست . با وجود این « مدلهای » نظریه دی الکتریکهای کاربردی بر حسب فرضیات ساده شده مجهزی بنا شده اند . با بکار بردن این مدلهای نظری ، خواص معینی که با تغییرات پارامتریهایی که با آزمایش می توانند بررسی شوند ، پیش بینی می شود . میزان ساختمان اتمی یا مولکولی ماده بنا شده است ، موفق باشند می تواند دانش لازم را جهت جستجو در محیطهای الکتریکی مختلف مورد استفاده قرار گیرد . افزون بر این ممکن است خواصی که تاکنون توسط آزمایش مشاهده نشده اند پیش بینی شوند . بعنوان مثال در قرن نوزدهم ، نظریه های رفتار دی الکتریک ، امکان قطبش خود به خودی یا « فرو الکتریسیته » را پیش بینی کردند .

در صورتکیه تا سال ۱۹۳۵ اولین ماده فرو الکتریک کشف نشده بود .

بطور خلاصه برای درک کامل رفتار دی الکتریک به دانسته های نظری قبلی در جهت شروع بحث کاربرد عملی ، درک توسعه های جدید و محاسبه خواص غیر عادی ماده مورد نیاز است جهت فراهم کردن مبنای لازم برای بررسی مدلهای نظری ، به واکنش نظریه الکترو ا ستاتیکی و آگاهی از اندازه گیری و پارامترهای ماکروسکوپی نیازمندیم . در ابتدا نظریه الکترو استاتیک را مورد بررسی قرار می دهیم .

سپس پلاریزاسیون در دی الکتریکها و قابلیت پلاریزاسیون و جامدات دی الکتریک یونی را بررسی می کنیم . بعد از آن به بررسی گذردهی و انواع آن پرداخته و سپس انواع قطبش پذیری شکست در مایعات دی الکتریک پرداخته و در آخر حالتهای خاصی را که به برای دی الکتریکها رخ می دهد بررسی می کنیم .

( ۲ ـ ۱ ) پلاریزاسیون ( قطبی شدن ) دی الکترویکها :

خواص جامدی الکتریک ناشی از پلاریزاسیون ایجاد شده بوسیله میدان الکتریکی است وقتیکه قوانین الکترو استاتیک برای ماده در حالت چگال بکار برده می شود باید به میدان الکتریکی و پتانسیل الکتریکی یک تابع اضافه شود ، جامد مجموعه بزرگی از یونها و الکتروهای والانس است و با هادیها را بر اساس یک جریان تقریباً آزاد بار الکتریکی و دی الکتریکها را بر اساس ظرفیت ناچیزی از الکترونهای آزاد تشخیص

می دهیم . در هادیها در اثر اعمال یک میدان بارهای آزاد دوباره توزیع می شوند تا میدان درونی حذف گردد ، از این رو بار خالص درن یک هادی تحت شرایط استاتیک صفر است .

حال می خواهیم تأثیر یک میدان ماکروسکوپیک خارجی را روی مولکولهای یک جسم دی الکترویک بررسی کنیم .

با توجه به این که ماده مورد نظر قطبی یا غیر باشد دو نوع رفتار وجود دارد .

در یک ماده قطبی الکترونها نسبت به بارهای مثبت هستند طوری توزیع شده اند که هر مولکول دارای عمان دو قطبی دائمی نیست .

در یک ماده دی الکتریک قطبی ، هر مولکول دارای یک میان دو قطبی دائمی p است که از نحوه توزیع داخل بارهایش ناشی می شود و در صورت نبودن یک میدان الکتریکی خارجی امتداد همان مولکولهای مختلف بصورت کاتوره ای بوده و جسم بطور کلی میان دو قطبی ندارد ، در صورت حضور یک میدان الکتریکی بر دو
قطبی های مولکولی گشتاوی اثر می کند که می خواهد آن را به موازات میدان قرار دهد . در واقع همسویی کل به دلیل آثار بی نظمی ناشی اغتشاش گره هایی حاصل نمی شود و یک همسویی متوسط در راستای میدان بوجود می آید ، پس برای یک ماده دی الکتریک قطبی پلاریزاسیون P برابر است با :

(۲ ـ ۱ )

همچنین می توانیم پلاریزاسیون را بصورت زیر بیان کرد :

وقتی یک میدان الکتریکی به یک دی الکتریک اعمال می شود هر هسته با بار مایل است در جهت میدان جابجا شود و ابر الکترونهای مقید در خلاف جهت میدان جابجا می شوند که این موضوع در شکل ( ۲ ـ ۱ ) نشان داده شده است . جابجایی نسبی با بردار مکانی که مرکز امر منفی را به هسته وصل می کند ، تعیین می شود بطوریکه نیرویی وارد بر هسته از طرف میدان بار نیروی وارد بر هسته از طرف ابر الکترونی به تعادل برسند . در نتیجه یک ممان دو قطبی در هر اتم تولید
می شود . یک مجموعه ای از میانهای دو قطبی القاء شده ، روی دو سطح دی الکتریکی بصورت آیه های منفی و مثبت بارها گسترش می یابند بطوریکه بردار نرمال لایه های در جهت میدان E است که در شکل ( ۲ ـ ۱ ) نشان داده شده است . بار

( ۳ ـ ۳ ) اندازه گیری گذر دهی :

برای اندازه گیری گذر دهی ، روشهای گوناگون وجود دارد ، که به انتخاب یک روش خاص باید توسط طبیعت نمونه مورد نظر و محدوده فرکانس بکار رفته ، تعیین گردد . زیرا که گذردهی دی الکتریکها با فرکانس تغییر می کند . اندازه گیری قسمت حقیقی گذر دهی نسبی ، ، با اندازه گیری تغییر ی که در ظرفیت خازن ، به علت وارد کردن دی الکتریک بین دو جوشن آن بوجود می آید ، انجام می گیرد . قسمت موهومی ، ، توسط اندازه گیری که عامل اقلاف ناشی از وارد کردن عایق است ، بدست می آید .

( ۱ ـ ۳ ـ ۳ ) گذدر دهی نسبی de :

یک روش ساده برای تعیین گذردهی نسبی dc ، یا اولیه ، بوسیله اندازه گیری ثابت زمانی لازم برای تخلیه باریک خازن از طریق یک مقاومت مشخص با وجود دی الکتریک و بدون حضور آن است .

یک خازن هوایی با ظرفیت و بدون اتلاف را بوسیله ولتاژ بادار می کنیم . در زمان t=0 خازن به دو طرف یک مقاومت بزرگ R وصل می شود . ودر زمان اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت R را یادداشت می کنیم . این اختلاف پتانسیل را بوسیله یک وشتر با مقاومت داخلی بزرگ که بطور موازی به R وصل است ،
اندازه گیری می کنیم . مقدار R را بعنوان برایند خود مقاومت و مقاومت وشتر در نظر گرفته می شود . اگر بنویسیم داریم :

( ۳ ـ ۶ )

که به کمک آن بدست می آید . حال دی الکتریک را وارد خازن می کنیم و زمان لازم را برای اینکه ولتاژ به مقدار V افت کند محاسبه می کنیم . یعنی .

( ۳ ـ ۷ )

که در آن C ظرفیت جدید خازن و کل موازی مدار است . مقدار ذکر شده در بالا شامل اثر اتلاف در دی الکتریک می باشد که می توان آنرا شبیه یک مقاومت موازی با C در نظر گرفت . بنابراین :

( ۳ ـ ۸ )

تعیین مقدار ضروری است .

با توج به اینکه معادله ( ۳ ـ ۷ ) دارای دو مجهول است به معادله دیگری هم نیاز است . برای این مورد از یک خازن هوایی با اتلاف ناچیز که موازی با C وصل شده و تعیین زمان لازم برای اینکه ولتاژ ا به V افت کند ، استفاده می کنیم و داریم :

( ۳ ـ ۹ )

که با جایگذاری دو معادله ( ۳ ـ ۷ ) مقدار پیدا می شود .

این روش برای حالتهایی است که در آنها ثابت زمانی را می توان آنقدر بزرگ در نظر گرفت که اندازه گیری آن ممکن باشد . در صورتکیه حاصلضرب در حدود چند هزارم ثانیه باشد میدان با استفاده از یک اسیلومبکوپ اشعه کاتدی با صفحه ثبات طولانی که بجای ولتمتر به طور موازی با R است ، تخلیه را مشاهده کرد .

دو روش دیگری که توسط کول و کرل ابداع شد ، جریان شارژ خازنی که شامل
دی الکتریک است بررسی می شود . جریان از مقدار اولیه است به مقدار دیگری که وابسته به جریان نشتی است کاهش می یابد که نحوه آن توسط قطبی شدن عایق تعیین می شود . این نظریه بر پایه فرایند های واهلش بنا شده است . خازن را بطور سری به یک مقاومت که با انتتخاب آن یک ثابت زمانی مناسب بدست می آید ، متصل می کنیم . یک روش اندازه گیری جریان ، توسط یک تقویت کننده ولتاژ dc است که به دو سر مقاومت وصل می شود . جریان ، توسط یک تقویت کننده طور جداگانه تعیین نمود ، مقدار جریانی است که به پس از زمان طولانی در مقایسه با ثابت زمانی ، برقرار خواهد شد . ظرفیت خازن هوایی باید معلوم باشد .

( ۲ ـ ۳ ـ ۳ ) اندازه گیری با استفاده از پل :

برای محدوده ای از فرکانسهای صوتی ( تا ) می توان یکی از پلهای ac را برای اندازه گیری گذردهی بکار برد . یکی از این پلها ، « پل شرنیگ » است که در شکل ۳ ـ ۱ نشان داده شده است و اغلب بکار گرفته می شود زیرا برای فرکانسهای بالاتر مناسب است و از آن را می توان برای خواندن مستقیم مدرج کرد .

شکل ۳ ـ ۱ . پل شرینگ

با نشان دهنده خازن محتوی دی الکتریک و R اتلاف دی الکتریکی آن است . و خازهای مدرج شده و مقاومتهای مساوی می باشند . ظرفیت اتفاقی دو سر است که در حال حاضر از آن صرفنظر می کنیم.

همکاری در فروش فایل