|
بررسی دی الکتریک و کاربرد آن
مقاله بررسی دی الکتریک و کاربرد آن در 67 صفحه ورد قابل ویرایش
|
|
| دسته بندی | فنی و مهندسی |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 223 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 67 |
بررسی دی الکتریک و کاربرد آن
« بسمه تعالی »
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 .
فصل دوم :
( 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
معادلة ( 2 ـ 80 ) ، به صورت مجموع روی
توزیع بسیاری از رساناهای الکترونکی مربوط به انتقالهای اتمی ، نوشته می
شود . هنگامیکه انرژی الکترو مغناطیسی اختلاف انرژی دورتر از الکترون را
برابر می کند ، الکترون به موقعیت بالاتر منتفل
می گردد . درصورت عدم وجود نوسان ، الکترون با انتشار فوتون در طول موجها ماوراء بنفش یا کوتاهتر ، به موقعیت اولیه بر می گردد .
بنابراین بدیهی است که نمایش طرح وار آن که درشکل ( 2 ـ 6 ) ارائه می شود ،
تنها نمایانگ ناحیة فرکانسی است که در آن قابلیت پلاریزاسیون نونی مشخص
است .
مکانیک کوانتمی ، مدل توصیف قابلیت پلاریزاسیون یونی دورنتس را اثبات می کند که در آن الکترونها با نیروهای نیمه الاستیکی به محلهای ثابت متصل می شوند . مدل کلاسیک دورنتس ، روش ساده ای را برای ثابتهای اپتیکی دی الکترویکهای پر اتلاف ، فراهم می کند . که مستعدترین دی الکتریکها برای تخمین آزمایشی ساده می باشند . معادله حرکت برای یک الکترون پیوند در یک میدان هارمونیک ، که دارای نیروی برگرداننده به حالت اول و نشان دهنده کاهش مقدار جنبش الکترون در نتیجة نوسانات می باشد ، به شکل زیر در می آید :
( 2 ـ 82 )
که به ترتیب نیرو و ثابتهای نوسان می باشند . معادلة ( 2 ـ 82 ) حرکت هارمونیک نوسانی در اثر نیرو را توضیح می دهد که با جایگذاری در آن معادله داریم :
( 2 ـ 83 )
این جواب به نوسان در حالت ثابت و یکنواخت الکترونها در فرکانس میدان هارمونیک مربوط است .
اگر W تعداد الکتروها ی واحد حجم باشد ، و
هر یک از آنها به اندازة مسافت از موقعیت تعادل خود حرکت نماید ، متوسط
پلاریزاسیون الکترونیکی
می باشد که با جایگزینی معادلة ( 2 ـ 83 ) بدست می آید .
