Artellie.ru

Дизайн интерьеров
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Поверхностный ток в диэлектрике

Поверхностный ток в диэлектрике

  • Главная
  • Общие сведения
  • Теоретические основы
  • Методические основы
  • Приложения
  • КИМы
  • Список литературы
  • Поиск
  • Введение
  • 1 Общие сведения об электроматериалах
    • 1.2 Особенности строения твердых тел
    • 1.3 Элементы зонной теории твердого тела
    • 2.1 Виды электропроводности проводниковых материалов
    • 2.2 Основные свойства металлических проводников
    • 2.3 Металлы высокой проводимости
    • 2.4 Тугоплавкие металлы
    • 2.5 Благородные металлы
    • 2.6 Коррозионно-стойкие металлы
    • 2.7 Некоторые другие металлы
    • 2.8 Сплавы высокого сопротивления
    • 2.9 Сплавы для термопар
    • 2.10 Тензометрические сплавы
    • 2.11 Контактные материалы
    • 2.12 Припои и флюсы
    • 2.13 Неметаллические проводящие материалы
    • 3.1 Электропроводность полупроводников
    • 3.2 Влияние внешних факторов на электропроводность полупроводников
    • 3.3 Термоэлектрические и электротермические эффекты в полупроводниках
    • 3.4 Гальваномагнитные эффекты в полупроводниках
    • 3.5 Оптические и фотоэлектрические эффекты в полупроводниках
    • 3.6 Электрические переходы
    • 3.7 Основные полупроводниковые материалы
    • 4.1 Поляризация диэлектриков
      • 4.1.1 Полярные и неполярные диэлектрики
      • 4.1.2 Механизмы поляризации
      • 4.1.3 Влияние различных факторов на относительную диэлектрическую проницаемость
      • 4.2.1 Электропроводность твердых диэлектриков
      • 4.2.2 Электропроводность жидких диэлектриков
      • 4.2.3 Электропроводность газов
      • 4.3.1 Потери на электропроводность
      • 4.3.2 Релаксационные потери
      • 4.3.3 Резонансные потери
      • 4.3.4 Миграционные и ионизационные потери (потери от неоднородности структуры)
      • 4.4.1 Пробой газов
      • 4.4.2 Пробой жидкостей
      • 4.4.3 Пробой твердых диэлектриков
      • 4.5.1 Газообразные диэлектрики
      • 4.5.2 Жидкие диэлектрики
      • 4.5.3 Твердые диэлектрики
      • 4.6.1 Сегнетоэлектрики
      • 4.6.2 Пьезоэлектрики
      • 4.6.3 Пироэлектрики
      • 4.6.4 Электреты
      • 4.6.5 Жидкие кристаллы
      • 5.1 Общие сведения о магнитных свойствах вещества
      • 5.2 Классификация веществ по магнитным свойствам
      • 5.3 Физическая сущность ферромагнетизма
        • 5.3.1 Доменное строение как основа ферромагнетизма
        • 5.3.2 Намагничивание ферромагнетиков
        • 5.5.1 Магнитострикция и магнитоупругость
        • 5.5.2 Влияние температуры на магнитные свойства
        • 5.5.3 Магнитные потери
        • 5.6.1 Постоянные магниты
        • 5.6.2 Пермаллои
        • 6.1 Общие сведения о компонентах радиоэлектроаппаратуры
        • 6.2 Резисторы: классификация, основные параметры
          • 6.2.1 Классификация резисторов
          • 6.2.2 Основные параметры и свойства резисторов
          • 6.2.3 Основные виды проводящих элементов резисторов
          • 6.2.4 Магниторезисторы
          • 6.2.5 Фоторезисторы
          • 6.3.1 Классификация конденсаторов
          • 6.3.2 Основные характеристики конденсаторов
          • 6.3.3 Нелинейные конденсаторы
          • 6.4.1 Общие сведения и основные параметры
          • 6.4.2 Классификация диодов
          • 6.4.3 Условное графическое обозначение диодов в схемах
          • 6.4.4 Надежность и причины отказов полупроводниковых диодов
          • 7.1 Краткие сведения о датчиках
          • 7.2 Термоэлектрический эффект Зеебека
          • 7.3 Электротермический эффект Пельтье
          • 7.4 Эффект Холла
          • 7.5 Магниторезистивный эффект (эффект Гаусса)
          • 7.6 Магнитоупругий эффект
          • 7.7 Фотоэффект
          • 7.8 Терморезистивный эффект
          • 7.9 Тензорезистивный эффект
          • 7.10 Пьезоэлектрический эффект
          • 7.11 Пироэлектрический эффект

          4.2 Электропроводность диэлектриков

          ► Особенности электропроводности диэлектриков

          Все диэлектрические материалы под воздействием постоянного напряжения пропускают некоторый, обычно весьма незначительный ток, называемый током утечки, т.е. обладают электропроводностью. Однако по сравнению с электропроводностью проводников и полупроводников механизм электропроводности у диэлектриков имеет ряд характерных особенностей.

          Во-первых, поверхностный сквозной ток Is (рисунок 4.13) по значению сравним с объемным сквозным током Iv. Этот ток через объем участка изоляции очень мал из-за очень большого удельного электрического сопротивления диэлектриков: от 10 6 –10 8 Ом*м для плохих электроизоляционных материалов типа дерева, асбестоцемента и до 10 14 –10 16 Ом*м для хороших, например, полистирола.

          Рисунок 4.13 – Токи, протекающие через образец диэлектрика

          Общий ток участка изоляции определяется суммой этих токов:

          (4.32)

          Проводимость G также складывается из двух проводимостей: объемной Gv и поверхностной Gs:

          (4.33)

          Величины, обратные этим проводимостям, называются сопротивлениями участка изоляции – объемным Rv и поверхностным Rs. Общее сопротивление изоляции определяется по формуле:

          .(4.34)

          Под удельным сопротивлением диэлектрика ρ обычно понимают удельное объемное сопротивление ρv, а понятие удельного поверхностного сопротивления ρs используется в качестве дополнительной характеристики.

          Второй характерной особенностью электропроводности диэлектриков является постепенное спадание тока со временем после подключения постоянного напряжения (рисунок 4.14).

          Рисунок 4.14 – Изменение тока в диэлектрике после подключения постоянного напряжения

          В начальный промежуток времени в цепи протекает быстро спадающий ток смещения Iсм, прекращающийся за время, примерно равное постоянной времени RC схемы «источник–образец», которое обычно мало. Однако ток продолжает изменяться и после этого, часто в течение минут и даже часов. Медленно изменяющаяся составляющая тока, обусловленная перераспределением свободных зарядов в объеме диэлектрика, называется током абсорбции Iабс. Этот ток связан с поглощением носителей заряда объемом диэлектрика: часть носителей встречает на своем пути ловушки захвата – дефекты решетки, захватывающие и удерживающие носители, поэтому он называется также ловушечным током. Со временем все ловушки заполняются носителями, ток абсорбции прекращается и остается только не изменяющийся во времени сквозной ток Iскв. Этот ток обусловлен прохождением носителей заряда от одного электрода до другого и равен сумме объемного и поверхностного сквозных токов:

          (4.35)

          При постоянном напряжении ток абсорбции протекает только при его включении и выключении, меняя свое направление. Тем не менее, он приводит к ряду нежелательных эффектов, прежде всего к накоплению носителей заряда в определенных местах диэлектрика – дефектах решетки, границах раздела, неоднородностях. Вследствие появления объемных зарядов распределение напряженности поля в диэлектрике становится неоднородным. Кроме того, накопление объемных зарядов приводит и к такому нежелательному явлению, как неполный разряд конденсатора при коротком замыкании его обкладок. Количественной оценкой этого явления служит коэффициент абсорбции, равный отношению остаточного напряжения к начальному.

          При переменном напряжении ток абсорбции присутствует в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

          При измерении удельного сопротивления ток абсорбции необходимо исключить, выдерживая образец под напряжением в течение некоторого времени (обычно достаточно 1 минуты).

          При длительной работе под напряжением сквозной ток через диэлектрик с течением времени может как уменьшаться, так и увеличиваться. Уменьшение сквозного тока говорит о том, что электропроводность материала была обусловлена ионами посторонних примесей и уменьшилась за счет электрической очистки образца. Увеличение же тока свидетельствует об участии в нем зарядов, которые являются структурными элементами самого материала, и о протекающем в диэлектрике необратимом процессе старения под напряжением, который постепенно приведет к его пробою и разрушению.

          Механизм электропроводности диэлектриков имеет различный характер в зависимости от их агрегатного состояния.

          © ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
          Редакционно-издательский центр
          Отдел допечатной подготовки и программно-методического обеспечения
          Уфа 2014

          Удельные объёмное и поверхностное сопротивления твердых диэлектриков

          Рассматривая образец из твердого диэлектрика, можно выделить два принципиально возможных пути для протекания электрического тока: по поверхности данного диэлектрика и через его объем. С этой точки зрения можно оценить способность диэлектрика проводить электрический ток в данных направлениях, применив понятия поверхностного и объемного сопротивлений.

          Объемное сопротивление — это сопротивление, которое проявляет диэлектрик при протекании постоянного тока через его объем.

          Поверхностное сопротивление — это сопротивление, которое проявляет диэлектрик при протекании постоянного тока по его поверхности. И поверхностное, и объемное сопротивление — определяются экспериментальным путем.

          Удельные объёмное и поверхностное сопротивления твердых диэлектриков

          Величина удельного объемного сопротивления диэлектрика численно равна сопротивлению куба, изготовленного из данного диэлектрика, ребро которого имеет длину 1 метр, при условии протекания постоянного тока через две его противоположные грани.

          Желая измерить объемное сопротивление диэлектрика, экспериментатор наклеивает на противоположные грани кубического образца диэлектрика металлические электроды.

          Площадь электродов принимается равной S, а толщина образца — h. Электроды в эксперименте устанавливаются внутри охранных металлических колец, которые обязательно заземляются, чтобы устранить влияние поверхностных токов на точность проводимых измерений.

          Экспериментальное определение сопротивления диэлектрика

          Когда электроды и охранные кольца установлены с соблюдением всех надлежащих условий эксперимента, на электроды подают постоянное напряжение U с калиброванного источника постоянного напряжения, и выдерживают так на протяжении 3 минут, чтобы в образце диэлектрика наверняка завершились процессы поляризации.

          После этого, не отключая источник постоянного напряжения, измеряют напряжение и сквозной ток при помощи вольтметра и микроамперметра. Далее рассчитывают объемное сопротивление диэлектрического образца по следующей формуле:

          Объемное сопротивление

          Объемное сопротивление измеряется в омах.

          Поскольку площадь электродов известна, она равна S, толщина диэлектрика также известна, она равна h, и объемное сопротивление Rv только что было измерено, то теперь можно найти удельное объемное сопротивление диэлектрика (оно измеряется в Ом*м) по следующей формуле:

          Удельное объемное сопротивление диэлектрика

          Чтобы найти удельное поверхностное сопротивление диэлектрика, сначала находят поверхностное сопротивление конкретного образца. Для этого на образец наклеивают два металлических электрода длиной l на расстоянии d между ними.

          После этого на приклеенные электроды подают постоянное напряжение U от источника постоянного напряжения, выдерживают так 3 минуты чтобы процессы поляризации в образце наверняка завершились, и измеряют напряжение при помощи вольтметра, и ток — при помощи амперметра.

          Наконец, рассчитывают поверхностное сопротивление в омах по формуле:

          Поверхностное сопротивление

          Теперь для нахождения удельного поверхностного сопротивления диэлектрика необходимо исходить из того, что оно численно равно поверхностному сопротивлению квадратной поверхности данного материала, если ток протекает между электродами, установленными на сторонах этого квадрата. Тогда удельное поверхностное сопротивление будет равно:

          Удельное поверхностное сопротивление

          Удельное поверхностное сопротивление измеряется в омах.

          Удельное поверхностное сопротивление диэлектрика является характеристикой диэлектрического материала и зависит от химического состава диэлектрика, его текущей температуры, влажности и от напряжения, которое приложено к его поверхности.

          Сухость поверхности диэлектрика играет огромную роль. Тончайшего слоя воды на поверхности образца достаточно чтобы проявилась заметная проводимость, которая будет зависеть от толщины данного слоя.

          Поверхностная проводимость в основном обусловлена наличием загрязнений, дефектов и влаги на поверхности диэлектрика. Пористые и полярные диэлектрики подвержены увлажнению больше других. Удельное поверхностное сопротивление таких материалов связано с величиной твердости и краевого угла смачивания диэлектрика.

          Ниже приведена таблица, из которой очевидно, что более твердые диэлектрики с меньшим краевым углом смачивания обладают меньшим удельным поверхностным сопротивлением в увлажненном состоянии. С данной точки зрения диэлектрики подразделяются на гидрофобные и гидрофильные.

          Удельное поверхностное сопротивление диэлектриков

          Гидрофобными являются неполярные диэлектрики, которые при чистой поверхности не смачиваются водой. По этой причине даже если поместить такой диэлектрик во влажную среду, то его поверхностное сопротивление практически не поменяется.

          Гидрофильными являются полярные и большинство ионных диэлектриков, обладающие смачиваемостью. Если поместить гидрофильный диэлектрик во влажную среду, то его поверхностное сопротивление уменьшится. Тут же ко влажной поверхности легко прилипнут разнообразные загрязнения, которые также могут способствовать снижению поверхностного сопротивления.

          Есть и промежуточные диэлектрики, к ним относятся слабополярные материалы, такие как лавсан.

          Если увлажненную изоляцию нагреть, то ее поверхностное сопротивление может начать расти с повышением температуры. Когда изоляция высохнет — сопротивление может уменьшится. Низкие температуры способствуют увеличению поверхностного сопротивления диэлектрика в высушенном состоянии на 6-7 порядков, если сравнивать с тем же материалом, только увлажненным.

          Чтобы повысить поверхностное сопротивление диэлектрика, прибегают к разнообразным технологическим приемам. Например образец можно промыть в растворителе или в кипящей дистиллированной воде, в зависимости от вида диэлектрика, либо прогреть до достаточно высокой температуры, покрыть поверхность влагостойким лаком, глазурью, поместить в защитную оболочку, корпус и т. п.

          Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

          Электропроводность диэлектриков

          Отличительным свойством диэлектриков, используемым в электроизоляционной технике, является очень слабая способность проводить электрический ток. Низкая электропроводность диэлектриков обусловлена тем, что при обычных условиях (низких температурах и напряженностях электрического поля) в них имеется весьма малое количество носителей заряда по сравнению с проводниками и полупроводниками. По своему характеру электропроводность диэлектриков является главным образом ионной.

          Под действием приложенного постоянного напряжения через электрическую изоляцию протекает ток утечки, который состоит из объемного и поверхностного токов. Объемный ток проходит через внутренние области изоляции и обусловлен величиной объемного сопротивления Rv. Поверхностный ток утечки проходит через поверхностные слои изоляции и обусловлен величиной поверхностного сопротивления изоляции Rs. Понятие поверхностного сопротивления вводят применительно к твердой изоляции, так как в результате внешних воздействия внешних загрязнений, например, влаги, электропроводность наружных слоев изоляции может быть значительно большей по сравнению с проводимостью внутренних областей. В таких случаях низкое значение электрического сопротивления изоляции определяется большим поверхностным током утечки.

          Для оценки качества диэлектриков с точки зрения их способности препятствовать прохождению через них электрического тока пользуются такими характеристиками как удельное объемное сопротивление v и удельное поверхностное сопротивление s, которые являются величинами, обратными удельной объемной проводимости v и удельной поверхностной проводимости s.

          При повышении температуры удельные сопротивления электроизоляционных материалов уменьшаются. У твердых диэлектриков это явление объясняется главным образом увеличением числа носителей заряда при нагревании. Для ограниченного интервала температур зависимость удельного объемного сопротивления от температуры достаточно точно выражается формулой

          где — удельное объемное сопротивление при температуре t°,C;

          — удельное объемное сопротивление при температуре 0°С;

          α — коэффициент, зависящий от природы материала, характеризующий скорость снижения сопротивления диэлектрика с ростом температуры.

          Сопротивление диэлектриков в ряде случаев зависит также от величины приложенного напряжения, уменьшаясь при ее возрастании. Эта зависимость обнаруживается при неплотном прилегании электродов к поверхности изоляции. Она также наблюдается и у пористых материалов в результате перераспределения влаги в капиллярах под действием приложенного напряжения, а также в случае образования объемных зарядов в диэлектрике, создающих электродвижущую силу высоковольтной поляризации. Следует отметить, что здесь подразумеваются такие напряжения, значения которых далеки от пробивного напряжения изоляции.

          Диэлектрические потери

          Диэлектрическими потерями Рд называют мощность, рассеиваемую в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вы­зывающую нагрев диэлектрика.

          Диэлектрические потери зависят от электрического тока, проходящего в диэлектрике, помещенном в электрическом поле.

          Поляризационные процессы смещения связанных зарядов в ве­ществе до момента установления равновесного состояния протекают во времени, создавая токи смещения, в диэлектриках. Токи смеще­ния упругосвязанных зарядов при электронной и ионной поляри­зациях столь кратковременны, что их обычно не удается зафиксиро­вать прибором. Токи смещения различных видов замедленной поля­ризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они протекают в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

          Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свобод­ных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквоз­ных токов. Ток утечки в техническом диэлектрике представляет собой сумму сквозного тока и тока абсорбции

          Диэлектрические потери в электроизоляционном материале можно характеризовать рассеиваемой мощностью, отнесенной к единице объема, или удельными потерями. Чаще для оценки способности диэлектрика рассеивать мощность в электрическом поле используют эквивалентную электрическую схему замещения диэлектрика в электрическом поле. В такой схеме емкостные элементы имитируют процессы поляризации, а активные сопротивления отражают потери при поляризации и протекании сквозного тока соответственно.

          Рис.1. Векторная диаграмма для определения угла диэлектрических потерь диэлектрика в электрическом поле

          На основе электрической схемы замещения строится векторная диаграмма токов и напряжении диэлектрика (рис.2), в которой I1 – емкостной ток, обусловленный мгновенными видами поляризации, не вызывающий нагрев диэлектрика; I2’ – емкостной ток, обусловленный замедленными видами поляризации, не вызывающий нагрев диэлектрика; I2” – активный ток, обусловленный замедленными видами поляризации, вызывающий нагрев диэлектрика; I3 – сквозной ток в диэлектрике, вызывающий нагрев диэлектрика

          По векторной диаграмме определяется угол диэлектрических потерь θ, который характеризует количества тепла, выделяющегося в диэлектрике. Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90° угол фазового сдвига φ между током и напряжением в емкост­ной цепи. Для идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи будет опережать вектор напряжения на 90°, при этом угол диэлек­трических потерь θ будет равен нулю. Чем больше рассеиваемая в диэлектрике мощность, переходящая в теплоту, тем меньше угол фазового сдвига φ и тем больше угол θ и его функция tgθ.

          Тангенс угла диэлектрических потерь имеет важное значение, т.к. его величина прямопропорциональна диэлектрическим потерям. С ростом частоты нагрев диэлектрика увеличивается, а это значит, что в высоковольтной и высокочастотной технике необходимо применять диэ­лектрики с низким значением tgθ (порядка 10 -5 ). Кроме того, конден­сатор с диэлектриком, имеющим большое значение tgθ, ухудшает доб­ротность колебательного контура.

          отсюда .

          Недопустимо большие диэлектрические потери в электроизо­ляционном материале вызывают сильный нагрев изготовленного из него изделия и могут привести к его тепловому разрушению. Даже если напряжение, приложенное к диэлектрику, недостаточно велико для того, чтобы за счет диэлектрических потерь мог произойти недопустимый перегрев, то и в этом случае большие диэлектрические потери могут принести существенный вред, увеличивая, например, активное сопротивление колебательного контура, в котором исполь­зован данный диэлектрик, а, следовательно, и величину затухания.

          Природа диэлектрических потерь в электроизоляционных мате­риалах различна в зависимости от агрегатного состояния вещества. Диэлектрические потери могут обусловливаться сквозным током и активными составляющими токов смещения.

          В технических электроизоляционных материалах, помимо по­терь от сквозной электропроводности и потерь от замедленной поля­ризации, возникают диэлектрические потери, которые сильно влияют на электрические свойства диэлектриков. Эти потери вызываются наличием изолированных друг от друга посторонних проводящих или полупроводящих включений углерода, оксидов железа; они зна­чительны даже при малом содержании таких примесей в электроизо­ляционном материале.

          При высоких напряжениях потери в диэлектрике возникают вследствии ионизации газовых включений внутри диэлектрика, особенно интенсивно происходящей при высоких частотах.

          Диэлектрический нагрев

          Диэлектрический нагрев — метод нагрева диэлектрических материалов высокочастотным переменным электрическим полем (ТВЧ — токи высокой частоты; диапазон 0,3—300 Мгц) или электромагнитной волной (СВЧ — сверхвысокие частоты; диапазон 0,4 — 10 ГГц). ТВЧ-нагрев диэлектриков осуществляется в конденсаторах, а СВЧ-нагрев — в волноводах и объёмных резонаторах.

          Нагрев вызывается потерями на дипольную поляризацию диэлектриков.

          Отличительной особенностью диэлектрического нагрева является объёмность тепловыделения (не обязательно однородного) в нагреваемой среде. В случае ТВЧ-нагрева тепловыделение более однородно из-за большой глубины проникновения энергии в диэлектрик; для СВЧ-нагрева характерна малая глубина проникновения и поверхностный нагрев, а также неоднородность прогрева в пространстве стоячих волн; однородность достигается за счёт теплопроводности материала.

          Содержание

          Описание метода ТВЧ-нагрева [ править | править код ]

          По сравнению с индукционным нагревом, применяемым для разогрева электропроводящих материалов переменным током частотой не более 30 МГц, диэлектрический нагрев проводится обычно с использованием более высоких частот.

          Диэлектрический материал (древесина, пластик, керамика) помещается между обкладками конденсатора [1] , на который подаётся напряжение высокой частоты от электронного генератора на радиолампах. Переменное электрическое поле между обкладками конденсатора вызывает поляризацию диэлектрика и появление тока смещения, который разогревает материал.

          Достоинства метода: высокая скорость нагрева; чистый бесконтактный метод, позволяющий проводить разогрев в вакууме, защитном газе и т. п.; равномерный нагрев материалов с низкой теплопроводностью; осуществление местного и избирательного нагрева и др.

          Области применения метода: сушка материалов (древесины, бумаги, керамики и др.); нагрев пластмасс перед прессованием; сварка пластмасс; сушка клеевых швов; разогрев почвы перед землеройными работами; склеивание древесины и т.д.

          Описание метода СВЧ-нагрева [ править | править код ]

          При СВЧ-нагреве используются электромагнитные волны с частотами выше 100 МГц. Современные микроволновые печи используют обычно частоту 2,45 ГГц, хотя существуют устройства, работающие на частоте 915 МГц.

          При использовании электромагнитных СВЧ-волн нагрев вызывается молекулярным дипольным вращением в диэлектрике — типичной дипольной молекулой является молекула воды. При этом в качестве генератора используются устройства на магнетронах.

          Вынужденные колебания полярных молекул под действием внешнего электрического поля приводят к межмолекулярному трению, в результате во всем объёме диэлектрика выделяется теплота. В неидеальных диэлектрических материалах (частично проводящих электрический ток) происходит дополнительный нагрев за счёт проводимости. В диэлектриках, в которых процесс поляризации молекул незначителен, а электропроводность крайне мала, нагрев электромагнитным полем будет отсутствовать; такие материалы: стекло, бумага, фарфор, фаянс, многие полимерные материалы, воздух и т. д. [2] .

          Метод наиболее широко применяется для разморозки и нагрева при приготовлении пищи. Поскольку вода в пищевых продуктах содержит большое количество различных солей, которые диссоциируют на ионы, служащие носителями электрических зарядов и также реагирующие на переменное электромагнитное поле, нагрев продуктов обусловлен как переориентацией полярных молекул-диполей, так и смещением ионов.

          История применения [ править | править код ]

          В медицине [ править | править код ]

          Впервые эффект нагрева диэлектрика в переменном электромагнитном поле был отмечен Э. В. Сименсом в 1864 году, затем в 1886 году И. И. Боргман изучал нагрев стеклянной стенки лейденской банки при заряде и разряде. Эффект нашёл применение в медицине. В 1891 году Никола Тесла предложил использовать термическое воздействие электромагнитного поля для нужд медицины, а д’Арсонваль, обнаружив, что переменное электромагнитное поле частотой выше 10 кГц не вызывает раздражения тканей, но оказывает различные физиологические эффекты, в том числе термическое воздействие, предложил три практических метода лечения: с помощью электродов, ёмкостными пластинами и катушками индуктивности.

          В 1899 году австрийский химик Р. фон Зейнек (von Zaynek) определил скорость выделения тепла в тканях в зависимости от частоты и силы тока и предложил использовать электромагнитные поля частотой свыше 200 кГц для глубокого нагрева тканей тела и лечения. С 1906 года метод стал быстро распространяться и в 1908 году немецкий врач Карл Франц Нагельшмидт (Karl Franz Nagelschmidt) назвал его диатермией и в 1913 году написал первый учебник по этому направлению терапии.

          Вплоть до 1920-х годов в терапевтических целях использовались аппараты длинноволновой диатермии с катушками Теслы искрового разряда, работавшими на частотах 0,1 — 2 МГц. В 1925 году А. Эзау (англ.  Abraham Esau ) заметил, что передатчик большой мощности метрового диапазона вызывал ощущение нагрева у персонала, и предложил использовать СВЧ-волны для терапии; совместно с Е. Шлипхаке он провёл испытания на животных и людях, а И. Петцольд исследовал влияние частоты на глубину прогрева. В результате возникла «коротковолновая диатермия», использующая частоты диапазона 10 — 300 МГц.

          В промышленности [ править | править код ]

          Несмотря на сложность и высокую стоимость оборудования, диэлектрический нагрев нашёл широкое применение в промышленности, поскольку позволяет нагревать непроводящие однородные материалы с высокой скоростью и равномерностью, а неоднородные материалы — избирательно, например, при сушке или склеивании.

          В 1930—1934 годах Н. С. Селюгин в Ленинградском филиале ЦНИИ механической обработки древесины разработал технологию сушки древесины токами высокой частоты (Селюгин Н. С. Сушка древесины. — Ленинград: Гослестехиздат, 1936. — 560 с.; Сушка и нагрев древесины в поле высокой частоты / Н. С. Селюгин, С. Н. Абраменко, В. А. Жилинская, Г. А. Софронов ; Под общ. ред. проф. Д. Ф. Шапиро ; Наркомлес СССР, Всес. гос. трест «Севзаплес». Центр. науч.-иссл. лаборатория механич. обработки дерева. — Ленинград: Гослестехиздат, 1938. — 127 с.). В это же время авторское свидетельство на высокочастотную сушку древесины получил А. И. Иоффе. Впервые в промышленных масштабах метод был применён для сушки берёзовых и буковых заготовок на обувной фабрике «Скороход» в Ленинграде.

          В 1930-х годах исследовались сушка и стерилизация фруктов с применением электромагнитных волн, а также П. П. Тарутин во ВНИИзерна изучал сушку и уничтожение вредителей зерна с применением токов высокой частоты (Применение ультракоротких волн для дезинсекции и термического воздействия на пшеницу. — Госторгиздат, 1937 — 190 с.).

          В 1940-х годах в США были разработаны методы высокочастотного нагрева пластмасс, склеивания древесины и фанеры. Во Франции разработкой способов ВЧ-сушки текстиля и пищевых продуктов, склеивания древесины и нагрева пластмасс перед прессованием занимался А. Эзау; ВЧ-нагрев керамики разрабатывал М. Дескарсин (1946); вулканизацию каучука — ЛеДюк и Дюфур.

          Нагрев с использованием сверхвысоких частот стал применяться после изобретения магнетрона в 1940-х годах. В 1947 году в США в вагоне-ресторане была установлена первая СВЧ-плита «Радарэндж», в которой использовался нагрев электромагнитными волнами частотой 2400 МГц. Работы по промышленному применению нагрева на сверхвысоких частотах начались в начале 1960-х годов: в США и Японии разрабатывались методы разрушения горных пород; в США и ФРГ проводились эксперименты по получению плазменного факела.

          В конце 1980-х годов австрийской фирмой «Линн» была создана высокотемпературная (до 2000 °C) СВЧ-установка для спекания оксидов.

          голоса
          Рейтинг статьи
          Читайте так же:
          Розетки электрические кабель провод
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector