Практикум по химии и физике полимеров - Аввакумова Н.И.
ISBN 5—7245—0165—1
Скачать (прямая ссылка):
P = KB0E9 (9.1)
где к — безразмерная не зависящая от E величина, называемая диэлектрической восприимчивостью диэлектрика;. е0 — электрическая постоянная.
Возникающее внутри диэлектрика электрическое поле ослабляет внешнее электрическое поле. Электрическое поле в диэлектрике характеризуют с помощью вектора электрического смещения (электрической индукции), который определяется соотношением
D = г0Е+ P = во (I + к) E - вое/:. (9.2)
Безразмерную величину є = 1 + х называют диэлектрической проницаемостью среды. Диэлектрическая проницаемость показыва-
ет, во сколько раз сила электрических взаимодействий двух зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Таким образом:
D = e0eE. (9.3)
Напряженность поля в диэлектрике E получается усреднением истинного поля по бесконечно малому объему. Истинное (микроскопическое) поле в диэлектрике сильно меняется в пределах межмолекулярных расстоянии. Однако действие поля на макроскопическое тело определяется усреднением (макроскопическим значением E).
Если снять внешнее электрическое поле, приложенное к полимерному диэлектрику, то вследствие теплового движения через некоторое время поляризация полимерного образца исчезает и он возвращается в прежнее равновесное состояние. Такой процесс перехода системы в равновесное состояние называется диэлектрической релаксацией и характеризуется временем релаксации т. Если к полимерному диэлектрику приложить переменное электрическое поле, то очевидно, что диэлектрические свойства полимера (в том числе и диэлектрическая проницаемость) будут зависеть от соотношения между частотой изменения приложенного внешнего электрического поля со и временем диэлектрической релаксации т.
В случае переменных электрических полей поляризация диэлектрика не успевает следовать за изменением поля и вектор электрического смещения D будет отставать по фазе от напряженности электрического поля Е. Возникновение сдвига фаз, определяемого углом 6, приводит к тому, что диэлектрическая проницаемость оказывается комплексной величиной и соотношение между векторами DhE принимает вид:
D = Ba?*E, (9.4)
где є* = б'—їе" (здесь г= У—1).
Действительная часть є* называется относительной диэлектрической проницаемостью є' и определяется процессом поляризации диэлектрика. Величина г' показывает, во сколько раз большее количество энергии запасается в конденсаторе при замене вакуума диэлектриком.
Мнимая часть є" комплексной диэлектрической проницаемости є* называется фактором диэлектрических потерь. Диэлектрические потери представляют ту часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты.
Наряду с є" диэлектрические потери могут быть охарактеризованы с помощью тангенса угла диэлектрических потерь:
tg6=e"/e'. (9.5)
В области релаксации дипольной поляризации величина tg6 определяется химическим строением и структурой полимеров,
а также наличием в них примесей, влаги и воздушных пузырьков. Кроме того, Ig 6 сильно зависит от частоты поля и температуры для полярных полимеров и слабо зависит от них для неполярных полимеров. Чем меньше значение tg6, тем ниже диэлектрические потери и лучше электроизоляционные свойства полимера.
Измерения ?' и tgfi проводят на мостах переменного тока МЛЕ (1—H)1 Е8-2, TR-9701 (ВНР), ВМ-401, ТМ-351 (ЧССР), Р-5004, Р-5079, Р-589, а также на установках TRS-IOT (Япония) .
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛИМЕРОВ
Электропроводность полимеров характеризует их способность пропускать электрический ток под действием внешнего электрического поля. Количественной характеристикой электропроводности является удельная дифференциальная электропроводность V или обратная ей величина — удельное дифференциальное электрическое сопротивление. Различают удельную объемную и удельную поверхностную электропроводность. Удельная объемная электропроводность измеряется в См/м, а удельная поверхностная электропроводность — в См (1 Cm = I Om1). Удельная объемная электропроводность диэлектриков не ниже 10 8 См/м, полимерных полупроводников 105—10 8 См/м, а электропроводящих материалов К)8—106 См/м.
Электропроводность полимеров может быть обусловлена различными носи !елями зарядов: ионами, свободными и слабо связанными электронами, а также заряженными ассоциатами макромолекул и отдельными макромолекулами в растворе (мо-лионами). В соответствии с этим практически измеряемая удельная электропроводность полимера определяется вкладом трех составляющих: ионной, электронной и молионной проводи мостей. В общем случае электропроводность полимерного образца зависит от концентрации С,, заряда g", и подвижности hi всех носителей зарядов:
Удельное электрическое сопротивление р определяется соотношением
где R—электрическое сопротивление однородного проводника длиной / и поперечным сечением S.
Удельное электрическое сопротивление—это сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2 (оно измеряется в Ом-м).
(9.6)
R
(9.7)
P
Удельное объемное электрическое сопротивление ру — сопротивление между электродами, приложенными к противоположным граням куба вещества с длиной ребра в 1 м (оно измеряется в Ом-м). При внесении полимера в постоянное электрическое поле pi/ увеличивается во времени вследствие процессов диэлектрической поляризации, а затем достигает постоянства значений, которое определяется количеством заряженных частиц в единице объема полимера, его строением и температурой.
