Реферат: Высокоомные сопротивления
Для физика-экспериментатора, кроме электрических свойств изолятора, имеют значение также и его механические свойства и особенно возможность механической обработки материала изолятора и его механическая прочность. Поэтому при дальнейшем описании изоляторов, которые применяются или пригодны для применения в лабораторной практике, будут указываться эти свойства.
А) Твердые изоляционные материалы, хорошо поддающиеся обработке
а) Янтарь. Самым совершенным и прочным изоляционным материалом является янтарь. Природный янтарь полностью проявляет свои изоляционные свойства, чего нельзя сказать о прессованном. Удельное сопротивление при 20° С равно IO18 ом и больше, но сопротивление пробою по сравнению с этой величиной незначительно. Для высоких частот янтарь непригоден, так как имеет большие диэлектрические потери.
Механическая прочность природного янтаря несколько выше, чем прессованного, однако в обоих случаях она достаточна для тех нагрузок, которые имеют место в лабораторных условиях. Янтарьочень хорошо поддается механической обработке, например токарной, сверлению и полировке. Сверлить надо осторожно, так как в янтаре легко образуются трещины. Незначительно янтарь растворяется только в этиловом спирте, амиловом спирте, серном эфире, ацетоне, хлороформе, скипидаре и бензоле.
Для получения высоких изолирующих свойств поверхности янтарных изоляторов должны быть хорошо отполированы; их следует поддерживать в сухом состоянии, протирая спиртом.
б) Эбонит. К эбониту как к изолятору при работах со статистическим электричеством следует относиться с большой осторожностью. В частности, под действием коротковолновых лучей, например, под действием солнечного света, поверхность эбонита, очень быстро окисляясь на воздухе, покрывается налетом сернистых кислот. В результате этого появляется значительная поверхностная электропроводность. Поэтому эбонитовые изоляторы должны иметь хорошо отполированную поверхность, которую необходимо периодически промывать спиртом. Чистый эбонит имеет удельное сопротивление в пределах от IO17 до IO18 ом ■ см. Пробивное напряжение высокое. Однако диэлектрические потери так велики, что применение в высокочастотной технике исключается.
Механическая прочность эбонита достаточная. Он хорошо поддается механической обработке. Несмотря на хорошие изоляционные свойства, эбонит все более вытесняется новыми искусственными веществами, имеющими часто еще лучшие свойства.
в) Искусственные вещества.
Изоляционные материалы, отличающиеся исключительно хорошими электрическими и механическими свойствами, изготовляются в настоящее время промышленностью искусственных материалов.
1) Полистирол. Вероятно, самым совершенным исходным веществом для изоляторов из искусственных материалов является полистирол. Под принятым в практике названием тролитул подразумевается полистирол, изготовленный в форме пластин и стержней. Тонкая изолирующая полистироловая пленка известна под названием стирофлекс. Полистирол при применении его в высоковольтных устройствах и на высоких частотах обладает по сравнению с эбонитом существенными преимуществами. Его удельное сопротивление при 20° С достигает IO17 –IO18 . Помимо этого, он отличается высоким пробивным напряжением – до 500 кв/см. Небольшой коэффициент диэлектрических потерь – около 0,2 XXlO-3 при IO6 гц – позволяет применять его также для высокочастотных работ. Тролитул отлично обрабатывается. Кроме того, он совершенно не впитывает влаги, так что его изоляционные свойства остаются исключительно хорошими и во влажной атмосфере. Так как по механической прочности он превосходит янтарь, то его можно считать полноценным заменителем янтаря.
2) Поливинилхлорид. Этот искусственный материал также обладает очень хорошими электрическими и механическими свойствами, хотя и уступает в этих отношениях полистиролу.
Под названием твердый миполам в продажу выпускается искусственный материал, который состоит из поливинилхлорида; он поступает в продажу в форме пластинок, круглых заготовок и трубок. Его удельное сопротивление при 20° С составляет IO1 ' ом · см и выше. Пробивное напряжение достигает 500 кв/см. Но коэффициент диэлектрических потерь большой, и это делает материал непригодным для применения в высокочастотных работах. Миполам очень хорошо поддается механической обработке и обладает высокой механической прочностью. Однако он поглощает небольшое количество влаги, что снижает его изоляционные качества.
Винидур является изолирующим материалом, электрические и механические свойства которого соответствуют свойствам миполама. Он также состоит из поливинилхлорида, поступает в продажу в форме пластин, стержней, труб н пленки.
3) Политетрафторэтилен. Это искусственное вещество, поступившее в продажу под названием тефлона лишь в последние годы, наряду с весьма хорошими электрическими и механическими свойствами обладает еще очень высокой теплостойкостью. Оно выдерживает без осложнений нагревание до примерно 400° С.
Его удельное сопротивление несколько ниже, чем у поливинилхлорида, а пробивное напряжение достигает также 500 кв/см. Диэлектрические потери даже на самых высоких частотах очень малы, так что в технике сверхвысоких частот тефлон является отличным изолирующим материалом. Тефлон очень хорошо поддается механической обработке, прочность его весьма велика.
4) Полиэтилен. Этот материал имеется в продаже в форме пластин и пленок двух сортов под торговыми названиями луполен N рН. Наряду с хорошими изолирующими свойствами луполен обладает высоким пробивным напряжением и очень малым коэффициентом диэлектрических потерь даже на самых высоких частотах.
Луполен хорошо обрабатывается. Другим его преимуществом является малое поглощение влаги, так что его изолирующие свойства сохраняются и во влажной атмосфере.
5) Ацетил целлюлоз а, нитроцеллюлоза, б е н з и л ц е л л ю л о з а. Пз этих органических соединений путем их переработки получается ряд хороших искусственных изоляторов, из которых в продаже имеется материал под названием тролит. Тролит изготовляется в форме пластинок, стержней и трубот; при хорошей механической прочности он очень хорошо обрабатывается. Величина удельного сопротивления ~1015 ом-см. Пробивное напряжение достигает 450 кь/см. Однако диэлектрические потери так велики, что для высокочастотных работ тролит не применяется.
6) Плексиглас, или полиметилметакрилат, имеет удельное сопротивление порядка IOis . Его пробивное напряжение лежит между 400 и 450кв/см. Для высокочастотных работ он не применяется вследствие большого коэффициента диэлектрических потерь. Изготовляется в форме листов, круглого материала и труб. Отлично поддается механической обработке и обладает хорошей механической прочностью. Плексиглас заметно абсорбирует воду.
7) Продукты из феноловых и карбамидиы Xсмол. Изготовляемые па этих основах искусственные материалы применяются во всех тех случаях, когда не требуется особенно высоких изоляционных свойств. Чаще всего смолой пропитывают бумажные ленты, складывают их в несколько слоев и спрессовывают йод большим давлением. Такого типа изоляторы из твердой бумаги имеют удельное сопротинлепие от 1012 до 1014 ом см. Их пробивное напряжение лежит между 200 и 350 кв/см, диэлектрические потери велики. Твердая бумага в виде листов и труб, обладающая хорошей механической прочностью и хорошо поддающаяся механической обработке, имеется в продаже. Одним из самых известных сортов твердой бумаги является пертииакс. On представляет собой твердую бумагу, пропитанную феноловой смолой и спрессованную.
Другим легко обрабатываемым материалом, изготавливаемым на основе карбамидных смол, является поллопас. Этот прессованный материал выпускается в виде пластин, труб и стержней. Его изолирующие свойства невысоки.
Очень хорошая изоляционная масса получается, если слюду, расщепленную на тонкие листочки, смешать с искусственной смолой в качестве связующего вещества и затем спрессовать в плотную массу. Изоляционный материал этого вида имеет удельное сопротивление около 1015 см при хороших значениях пробивного напряжения и малых диэлектрических потерях. Он поступает в продажу под названием миканит в виде листов и труб, хорошо поддающихся механической обработке. Миканит обладает также и высокой теплостойкостью.
Б) Твердые изоляционные материалы, плохо поддающиеся обработке
а) Плавленый кварц, имеющий удельное сопротивление менаду 1011 и IO18 еж · см при 20 °С, является превосходным изолятором. Единственным недостатком его является невозможность механической обработки. Пробивное напряжение не очень велико – т – от 100 до 150 кв/см. Коэффициент диэлектрических потерь при 106 гц составляет только 0,1 · 1013 . Кварц является идеальным изолятором для высокочастотных работ. Из кварцевого порошка с полистиролом в качестве связующего вещества изготовляются заготовки различной формы; этот материал называется аменитом, заготовки из него применяются в высокочастотной технике.
б) Фарфор. Твердые фарфоры, изготовляемые для различных электротехнических целей, вследствие относительно небольшого удельного сопротивления малопригодны для лабораторных работ со статическими зарядами. С повышением температуры удельное сопротивление фарфора быстро падает. Для высокочастотных работ фарфор также малопригоден.
в) Керамические диэлектрики для высокочастотной техники отличаются очень малыми диэлектрическими потерями и высокой диэлектрической постоянной. Удельное сопротивление этих материалов имеет среднюю величину. Они выпускаются в виде специальных керамических масс, в состав которых входят магний и кремний, рутил и титан. Вследствие их твердости они не поддаются механической обработке и поэтому применяются только в виде готовых изделий.
г) Стекла. Все сорта стекла можно рассматривать только как посредственные изоляторы. При повышении температуры изоляционные свойства стекла быстро падают. Все стекла в большей или меньшей степени обладают одним крайне неприятным свойством – па их поверхности образуется водяная пленка. Поэтому для улучшения изоляционных свойств стеклянных изоляторов рекомендуется покрывать их поверхность топким слоем шеллака или янтарного лака. Диэлектрические потери у стандартных сортов стекол очень велики, однако пробивное напряжение является высоким.
Специальным стеклом с малыми диэлектрическими потерями и высоким пробивным напряжением является стекло минос.
д) Слюда. Обладая весьма малыми диэлектрическими потерями, слюда является очень подходящим для высокочастотных исследований изолятором. Ее пробивное напряжение очень велико. В зависимости от происхождения слюда обладает весьма различными изоляционными качествами. Ее удельное сопротивление при комнатной температуре лежит в пределах между 1013 и 1017 ом · см; при повышении температуры эта величина быстро уменьшается. Неприятным свойством слюды является ее легкая расщепляемость, что затрудняет возможность ее обработок.