دانلود مقاله بررسی دی الکتریک و کاربرد آن
| دسته بندی | الکترونیک و مخابرات |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 223 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 67 |
مقاله بررسی دی الکتریک و کاربرد آن در 67 صفحه ورد قابل ویرایش
مقدمه
فصل اول :
( 1 ـ 1 ) تعریف دی الکتریک
( 1 ـ 2 ) الکترو استاتیک
فصل دوم :
( 2 ـ 1 ) پلاریزاسیون دی الکترویکها
( 2 ـ 2 ) قابلیت پلاریزاسیون اتمی
( 2 ـ 3 ) جامدات یونی
( 2 ـ 4 ) قابلیت قطبی شدن وابسته به فرکانس
( 2 ـ 5 ) ثابتهای اپتیکی فلزات
فصل سوم :
( 3 ـ 1 ) گذردهی فضای آزاد
( 3 ـ 2 ) گذردهی مختلط
( 3 ـ 3 ) اندازه گیری گذردهی
( 1 ـ 3 ـ 3 ) گذردهی نسبی de
( 2 ـ 3 ـ 3 ) اندازه گیری با استفاده از پل
( 3 ـ 3 ـ 3 ) سلولهای اندازه گیری
( 4 ـ 3 ـ 3 ) روشهای مدار تشدید
( 5 ـ 3 ـ 3 ) اندازه گیریهای خط انتقال
( 6 ـ 3 ـ 3 ـ ) اندازه گیریهای میکرو موج
فصل چهارم :
( 4 ـ 1 ) قطبش پذیری
( 1 ـ 4 ـ 1 ) قطبش پذیری نوری
( 2 ـ 4 ـ 1 ) قطبش پذیری مولکولی
( 3 ـ 4 ـ 1 ) قطبش پذیری بین لایه ای
( 4 ـ 2 ) دسته بندی دی الکتریکها
( 4 ـ 3 ) مشکلات نظریه دی الکتریکها
فصل پنجم :
( 5 ـ 1 ) شکست دی الکتریکی
( 5 ـ 2 ) الکترونها در عایقها
( 5 ـ 3 ) سازو کار شکست
( 5 ـ 4 ) انواع سازو کارهای اساسی شکست در جامدات دی الکتریک
( 1 ـ 5 ـ 4 ) شکست ذاتی
( 2 ـ 5 ـ 4 ) شکست حرارتی
(3 ـ 5 ـ 4 ) شکست تخلیه ای
( 5 ـ 5 ) شکست در مایعهای دی الکتریک
( 5 ـ 6 ) قدرت دی الکترویکی
( 1 ـ 5 ـ 6 ) عوامل مؤثر بر قدرت دی الکتریکی برای بلور خالص
فصل ششم :
( 6 ـ 1 ) پیرو الکتریسیته
( 6 ـ 2 ) پیزو الکتریسیته
( 6 ـ 3 ) فرو الکتریکها
( 1 ـ 6 ـ 3 ) 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 ذخیرة 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 حوزة بخصوصی ، اطلاع از سازوگار اساسی که در ارتباط با ویژگیهای به خصوص آنهاست ، شرط اساسی است . این کار نظریه دی الکتریک است که با محاسبة رفتارها کروسکوپی بر حسب ساختمان مولکولی و اتمی ، ما را به این آگاهیها می رساند .
یک نظریة 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 شدة 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 1935 اولین مادة 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 محاسبة 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 نظریة 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 .
( 2 ـ 1 ) پلاریزاسیون ( قطبی شدن ) دی الکترویکها :
خواص جامدی الکتریک ناشی از پلاریزاسیون ایجاد شده بوسیلة میدان الکتریکی است وقتیکه قوانین الکترو استاتیک برای مادة در حالت چگال بکار برده می شود باید به میدان الکتریکی و پتانسیل الکتریکی یک تابع اضافه شود ، جامد مجموعة 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 دوبارة 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 مادة مورد نظر قطبی یا غیر باشد دو نوع رفتار وجود دارد .
در یک مادة قطبی الکترونها نسبت به بارهای مثبت هستند طوری توزیع شده اند که هر مولکول دارای عمان دو قطبی دائمی نیست .
در یک مادة دی الکتریک قطبی ، هر مولکول دارای یک میان دو قطبی دائمی p است که از نحوة 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 مادة دی الکتریک قطبی پلاریزاسیون P برابر است با :
(2 ـ 1 )
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 ( 2 ـ 1 ) 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 ( 2 ـ 1 ) نشان داده شده است . بار
( 3 ـ 3 ) اندازه گیری گذر دهی :
برای اندازه گیری گذر دهی ، روشهای گوناگون وجود دارد ، که به انتخاب یک روش خاص باید توسط طبیعت نمونة مورد نظر و محدودة 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 .
( 1 ـ 3 ـ 3 ) گذدر دهی نسبی de :
یک روش سادة برای تعیین گذردهی نسبی dc ، یا اولیه ، بوسیله اندازه گیری ثابت زمانی لازم برای تخلیة 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 :
( 3 ـ 6 )
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 .
( 3 ـ 7 )
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 :
( 3 ـ 8 )
تعیین مقدار ضروری است .
با توج به اینکه معادلة ( 3 ـ 7 ) دارای دو مجهول است به معادلة 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 :
( 3 ـ 9 )
که با جایگذاری دو معادلة ( 3 ـ 7 ) 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 اشعة 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 نحوة آن توسط قطبی شدن عایق تعیین می شود . این نظریه بر پایة 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 کنندة ولتاژ dc است که به دو سر مقاومت وصل می شود . جریان ، توسط یک تقویت کنندة 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 .
( 2 ـ 3 ـ 3 ) 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 3 ـ 1 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 3 ـ 1 . پل شرینگ
با نشان دهندة 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.