Тареев Б.м. Физика Диэлектрических Материалов
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ. 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФАЗ В ПКМ НА ОСНОВЕ ОРЕАНИЧЕСКИХ ВОЛОКОН. 1Л Высокопрочные органические волокна. 1Л Л Получение органических волокон.
1 Л.2 Особенности структуры волокон. 1 Л.3 Основные свойства волокон. 1.2 ПКМ на основе органических волокон. 1.2Л Подбор связующего. 1.2.2 Получение органопластиков с высоким относительным содержанием волокон. 1.3 Структура и свойства межфазного слоя.
1.3.1 Основные понятия. 1.3.2 Способы увеличения адгезионной прочности. 1.4 Электрические свойства ПКМ. 1.4.1 Общие сведения о диэлектрической проницаемости полимеров. 1.4.2 Электрическая релаксация в полимерах. 1.4.3 Влияние различных факторов на диэлектрические потери полимеров.
1.5 Релаксационные явления в ПКМ с учетом межфазного взаимодействия. 1.6 Разрушающие методы исследования. 1.6.1 Механизмы и критерии разрушения композитов. 1.6.2 Основные методы определения адгезионной прочности. 1.7 Неразрушающие методы исследования. 1.7.1 Методы определения диэлектрических характеристик ПКМ.
Физика диэлектрических материалов. –М.: Энергоиздат, 1982. В., Сорокин В. Материалы электронной техники.
1.8 Анализ зависимости диэлектрических характеристик ПКМ от температуры. Основной тенденцией в развитии промышленного комплекса последнего времени можно считать усовершенствование характеристик материалов. Как правило, стремятся к снижению веса, увеличению прочности и повышению их стойкости к агрессивным средам. В связи с этим возникает потребность в новых материалах, способных с наибольшей выгодой заменить традиционные. Таковыми являются полимерные композиционные материалы (ПКМ), чей широкий диапазон всевозможных свойств не сравним ни с одним из обычных материалов. Особенностью производства изделий из ПКМ, армированных непрерывными волокнами, является то, что проектирование и формирование материала и конструкции происходит одновременно.
- Строении материалов. Диэлектрические свойства. Физика диэлектрических.
- Физика диэлектрических материалов / Б.М. М.: Энергия, 1973.
В связи с этим, достижение высокого качества изделий невозможно без контроля структуры материала на всех этапах технологического процесса. В процессе изготовления армированных непрерывными волокнами ПКМ, на границе раздела матрица-наполнитель возникает довольно тонкий межфазный слой (МФС), структура и свойства которого оказывают существенное влияние на формирование свойств и поведение материала в целом. В связи с этим возникает потребность в тщательном исследовании характеристик МФС без нарушения его структуры, что становится возможным при наличии эффективных методов исследования, не связанных с разрушением материала. Исследование сложных многокомпонентных структур, каковыми являются ПКМ, на базе какого-либо одного универсального прибора или метода, является проблематичным, так как такие структуры имеют многопараметрическую природу, то есть характеризуются изменением многих параметров одновременно. Более перспективным видится использование комплексного подхода, основанного на сочетании возможностей нескольких методов исследования, чувствительных к различным параметрам контролируемого материала. Наибольшая эффективность при таком подходе достигается, если используются методы, каждый из которых характеризуется повышенной чувствительностью к изменениям какого-либо одного из параметров материала. Электрические методы исследования высоко информативны, предполагают безопасность и невысокую стоимость, быстроту и безвредность тестирования.
Современные теории диэлектрической поляризации и диэлектрических потерь позволяют связывать значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь и параметры, характеризующие их зависимость от температуры или частоты электрического поля со строением полимера. Методы динамического механического анализа (ДМА) позволяют выделить вклад МФС в эффективные упругие характеристики материала. Методы обладают высокой разрешающей способностью и позволяют проводить исследование структуры композита в широком интервале температур. Таким образом, актуальность темы связана не только с совершенствованием существующих методов исследования параметров композита, но и с разработкой комплексного подхода, основанного на сочетании диэлектрических методов исследования и методов ДМА.
Это позволит через диэлектрические и упруго-сдвиговые характеристики МФС получить информацию о природе, составе и структуре композита в целом. Целью работы являлась разработка экспериментальных методов исследования границы раздела фаз ПКМ, наполненных органическими волокнами, в широком интервале температур, включающем области а-релаксации отдельных полимерных компонентов композитов, через диэлектрические и сдвиговые упругие характеристики МФС для определения зависимости свойств композита от адгезионной прочности на границе раздела и установлении факторов, которыми эта зависимость определяется. Таким образом, были сформулированы основные задачи работы: 1. Разработать методику изучения свойств ПКМ на основе органического наполнителя со степенью армирования, приближенной к предельной. Разработать методы исследования МФС ПКМ на основе определения электрофизических параметров в широком интервале температур.
Оценить применимость разработанных методов исследования в зависимости от состояния поверхности армирующих волокон. Разработать электрофизическую модель ПКМ для определения и контроля его макроскопических характеристик.
Предметом исследования являются ПКМ на основе органических волокон СВМ со степенью армирования, приближенной к предельной. Свойства межфазного слоя в таком материале можно изменять, модифицируя поверхность наполнителя в низкотемпературной плазме по методике, разработанной на кафедре 'Физика и технология композиционных материалов' (ФиТКМ) АлтГТУ. Контроль структуры МФС неразрушающими методами позволит оценить эффективность плазмохимической обработки для проектирования ПКМ с заранее заданными свойствами. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Предложена электрофизическая модель ПКМ, позволяющая через определение диэлектрических характеристик МФС оценивать свойства и микро- и макроструктурные параметры композита. Установлена связь между электрофизическими и упруго-сдвиговыми характеристиками ПКМ, позволяющая оценивать механические свойства композита через его диэлектрические характеристики. Разработаны методы исследования ПКМ со степенью армирования, приближенной к предельной.
Для определения упруго-сдвиговых параметров предельно армированного композита впервые применен метод свободных крутильных колебаний, реализованный на маятниковом приборе. Практическая ценность результатов работы заключается в следующем: 1. Разработанный метод исследования упруго-сдвиговых характеристик ПКМ дает возможность оценивать и контролировать качество реальных КМ. Разработанный метод исследования диэлектрических характеристик ПКМ позволяет по диэлектрическим характеристикам компонентов определять диэлектрические свойства композита в целом. Разработанный метод применяется для исследования физико-механических характеристик на основе полиимидных связующих, что отражено в заявке на патент РФ № от г. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 12 таблиц, список литературы из 103 наименований.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основании проведенной работы получены следующие результаты: 1. Разработана методика изучения свойств ПКМ, наполненных непрерывными органическими волокнами со степенью армирования, приближенной к предельной. Анализ связи качественных и количественных характеристик предельноармированного ПКМ со свойствами образующих его компонент показал, что значительная объемная доля материала находится в состоянии межфазного слоя и поэтому следует учитывать вклад межфазного слоя при контроле свойств композита. Произведен переход от разрушающих методов исследования адгезионной прочности матрица-волокно к методам неразрушающим, позволяющим с помощью диэлектрических и сдвиговых упругих характеристик оценивать состояние межфазого слоя в ПКМ с большей степенью точности, нежели с помощью измерения адгезионной прочности. В процессе разработки диэлектрических методов исследования оценено влияние модификации поверхности наполнителя на характеристики межфазного слоя и температуры фазовых переходов компонент композита. В процессе разработки неразрушающих методов исследования ПКМ по анализу упруго-сдвиговых характеристик установлено, что МФС является образованием со сложной структурой, которая формируется как в объеме связующего, непосредственно контактирующем с волокном, так и в приповерхностном объеме волокна.
Разработанная электрофизическая модель ПКМ позволяет контролировать диэлектрические свойства слоистого композита и вычислять его диэлектрические характеристики по параметрам компонентов. Композиционные материалы / Под ред.
Киев: Наукова думка, 1985. Горбаткина Ю.А. Проблемы адгезионной прочности соединений полимеров с волокнами // ЖВХО им. Менделеева, 1989, №5, С. Справочник по композиционным материалам / Под ред.
М.: Машиностроение, 1988. Армирующие химические волокна для композиционных материалов / Под ред. М.: Химия, 1992.
Кудрявцев Г.И. Некоторые проблемы получения сверхпрочных и высокомодульных органических волокон // Химические волокна, 1990, №2, С.34-35. Кудрявцев Г.И., Носов М.П., Волохина А.В. Полиамидные волокна.
М.: Химия, 1976. Перепелкин К. Структура и свойства волокон. М.: Химия, 1992.-236. Масленников К. Химические волокна. М.: Химия, 1973.
Высокопрочные материалы.М.: Мир, 1976. Полимерные волокнистые материалы. М.: Химия, 1986.-224.
Структура и свойства полимерных волокнистых композиционных материалов. — М.: Химия, 1981. Перепелкин К.
Основные структурные факторы, определяющие получение высокопрочных и высокомодульных волокон. // Теория формирования химических волокон. М.: Химия, 1975. Современные представления о взаимосвязи структура свойства химических волокон. Часть 1,2./ Перепелкин К. // Текстильная химия, 1992.
Граничный слой в полимерном композите. Тростянская 15. Е.Б., Шадчина З.М., Шибаков А.К. // Полимерные композиты 90. Материалы научно - практической конференции.
Формирование граничного слоя. // Полимерные материалы в народном хозяйстве. Научно-техническая конференция. Сергиев посад, 1993. Берлин А.А., Басин В.Е.
Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1969.-282. Проблемы прочности адгезии и влияния наполнителей на адгезионную прочность. Афасижев Н.Р., Абрамчук С.С., Лебедев А.А., Харченко Е.Ф.
Особенности трансверсального деформирования намоточных органопластиков с учетом перепрофилирования волокон. // Механика композиционных материалов. Харченко Е.Ф. Предельное армирование органопластиков на основе высокоориентированных полиэтиленовых волокон. //Механика композиционных материалов. С.1014-1020.
Ефремова А.И., Кузуб Л.П., Иржак В.И. Влияние компонентов эпоксидного связующего на механические свойства органических волокон. // Механика композиционных материалов. Зеленев Ю.В., Шленский О.Ф., Вержбицкий Ф.Р., Аристов В.М. Исследование кратковременных стадий релаксационных процессов в полимерных материалах.
// Пластические массы. Савченко В.Е.
Новый метод неразрушающего контроля полимерных изделий на основе кварцевого резонатора. // Дефектоскопия.№!- С.89-91. Автогенераторные методы и средства измерений. Савченко В.Е. Устройство для измерения эквивалентного активного сопротивления кварца.
Свидетельство № 202320. Бюллетень изобретений, 1967, №19. Грибова JI.К. Об использовании кварцевого диэлькометрадля исследования изделий из полимерных материалов. // Дефектоскопия. Вержбицкий Ф.Р.
Высокочастотно-термический анализ. Иркутск.: Издательство Иркутского университета, 1986. Релаксационные явления в полимерах.М.-МГПИ, 1971.
Сандитов Д.С., Бартенев Г.М. Физические свойства неупорядоченных систем. Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 1982. Вода в полимерах.ML: Мир, 1984.-414. Афромеев В.И., Покровский Ю.А. Экспресс-метод измерения относительной диэлектрической проницаемости. / Радиотехника.
Потапов А.И., Иккер Ф. Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов. Л.: Машиностроение, 1977. Геллер А.Б., Игнатов В.М., Славинский С.Г.
Неразрушающие методы контроля композиционных материалов на основе волокнистых структур. М.: НИИТЭХИМ, - 1989, 40 С. Березин А.В., Козинкина А.И.
Особенности диагностики повреждений композитов и оценки прочности композитов. // Механика композиционных материалов и конструкций. Полимеризация в плазме: Пер. М.: Мир, 1988.
Горбаткина Ю.А. Адгезионная прочность в системах полимер-волокно. М.: Химия, 1987. Жандаров С.Ф., Писанов Е.В., Довгяло В.А. Фрагментация волокна при растяжении в матрице как метод определения адгезии // Механика композиционных материалов, 1992, №3, С.384. Narkis M., Chen E.J.H., Pipes R.B. Review of metods for characterisation of interfacial fiber-matrix interaction.
// Polimer composites.1988.-Vol.9, №4.-P.254-261. Андреевская Г.Д. Высокопрочные ориентированные стеклопластики.М.: Наука, 1967, С. Miller В., MuriP., Rebenfeld L. Microbond method for determination of the shear strength of a fiber-resin interface. // Composites Sci.
Fraser W.A., Ancker F.H. A computer modeled single filament technique for measuring coupling and sizing agent effects in fiber reinforced composites.
On reinforced plastics, SPI, 1975. Современные композиционные материалы / Под ред. А.Браутмана и Р.Крока. М.: Химия, 1970. Физикохимия наполненных полимеров. Киев.: Наукова думка, 1967.
Носов М.П., Вагин Н.И. Пластические массы, 1992, №3, С.22-24. Перепелкин К.Е., Баранова С.Я., Горова Е.Ю. Влияние термического старения на дефектность сверхпрочных параароматических нитей Армос и СВМ // Химические волокна, 1995, №1, С.34. Наполнители для полимерных композиционных материалов / Под ред.
М.: Химия, 1981. Юречко Н.А., Родина С.П. Высокопрочные теплостойкие органопластики на основе высокофункциональных эпоксидных аминосмол // Химические волокна, 1996, №2, С. Зеленский Э.С., Кульков А.А., Куперман A.M. Технология намоточных пластиков // ЖВХО им. Менделеева, 1989, №5, С.
Харченко Е.Ф., Кудрявцев Г.И. Термомеханические свойства предельноармированных и эпоксидных органоволокнитов // Химические волокна, 1996, №2, С.
Физико-химические основы наполнения полимеров. М.: Химия, 1991. Поверхности раздела в полимерных композиционных материалах. М.: Мир, 1978.
Бровикова И.Н. Абрамов B.JI. Пластические массы, 1993, №3, С.3132 53. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергия,1973. Диэлектрические измерения. М.: Химия, 1967.
Бартенев P.M., Френкель С.Л. Физика полимеров. Л.: Химия, 1990. Электрические свойства полимеров / Под. Л.: Химия, 1986.-224. Лугцейкин Г.А.
Методы исследования электрических свойств полимеров. М.: Химия, 1988. Перепечко И.И. Акустические методы контроля полимеров.
Филистович Д.В. Система регистрации параметров свободно затухающих крутильных колебаний. Барнаул: АГУ, 1997. Ли X., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам / Под ред.
М.: Энергия, 1973. Механические свойства полимеров и полимерных композиций.
М.: Химия, 1978. Нефедов В.П., Черепин В.Т. Физические методы исследования поверхности твердых тел.
М.: Наука, 1983. Реитгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. М.: Химия, 1984. Электронная и ионная спектрометрия твердых тел.
Л.Фарменса и др. М.: Мир, 1981,- 467. Структурные исследования макромолекул спектроскопическими методами. Бучаченко А.Л. М.: Химия, 1980. Азам Р., Башара И. Эллипсометрия и поляризованный свет.
М.: Мир, 1981,- 188. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия.Л.: Машиностроение, 1981.-431. Исследование низкочастотных колебаний в полимерах методом неупругого рассеяния нейтронов. / Сэффорд И., в сб. Физика полимеров.М.: Издательство иностранной литературы, 1969. Исследование высокополимеров методом ЯМР. / Слихтер У., в сб.
Физика полимеров. М.: Издательство иностранной литературы, 1960. Методы анализа поверхности. М.: Мир, 1979.- 582. Физика диэлектриков.
М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1949. Неравновесная диэлектрическая спектрометрия. // Методы и средства диагностики несущей способности изделий из композитов.
Рига: Зинатне, 1991. Нестеров А.Е., Липатов Ю.С. Обращенная газовая хроматография в термодинамике полимеров. Киев: Наукова думка, 1982. Structure evaluation of materials by electrical methods // Механика композиционных материалов, 1996. Измерение диэлектрических проницаемости и потерь в сильных электрических полях. // Приборы и техника эксперимента, №3, С.151.
Савченко В.Е. Теория кварцевого диэлькометра с последующим включением кварцевого резонатора и емкостного датчика.
Приложение к журналу «Измерительная техника», 1985, №2, С.45-78. Савченко В.Е., Грибова JI.K.
Параметрический преобразователь неэлектрических величин в электрический сигнал по активной составляющей индуктивного датчика. Свидетельство №1193 591. Бюл.изобр., 1985, №43. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: ГИФМЛ, 1963. Коваленко А.А. Техника исследования анизотропии жесткости композиционных материалов авиационного назначения при воздействии факторов внешней структуры.
Тареев Б.м. Физика Диэлектрических Материалов Скачать
Барнаул: 1999. Старцев О.В., Коваленко А. А., Насонов А.Д. Анизотропия крутильной жесткости листовых полимерных КМ.
/ Механика композиционных материалов, 1999, №3, С.291-308. Домашнева Г.С., Кузуб Л.И., Никитина О.В., Распопова Е.Н., Иржак В.И.
Сорбция компонентов эпоксидного связующего арамидными волокнами. // Механика композиционных материалов.
Богородицкий Н.П., Волокобинский Ю.М., Воробьев А.А., Тареев Б.М. Теория диэлектриков. М.-Л.: Энергия, 1965. Механизмы старения углепластиков авиационного назначения в условиях теплого и влажного климата / Дис. Наук / Всесоюзное ордена Ленина и ордена Октябрьской революции научно-производственное объединение ВИАМ.
Спектрометрические методы исследования структуры композиционных материалов // Механика композиционных материалов, 1991.-№2 С.330-334. Получение ПАОП в лабораторных условиях. // Алтайский центр научно-технической информации.
Информационный листок №17-99. Составители: Т.В. Хамичева, В.Б. Маркин В.Б., Хамичева Т.В. Метод контроля связи в ПАОП // Тезисы докладов межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов 'Студент и научно-технический прогресс'.
Рубцовск: РИИ, 1999.-С.104. Хамичева Т.В., Маркин В.Б. Метод контроля свойств ВАОП через их диэлектрические характеристики И Тезисы докладов к международной научно-технической конференции 'Композиты в народное хозяйство России'.
Барнаул, АлтГТУ, 1999. Маркин В.Б., Хамичева Т.В. Анализ влияния модификации поверхности волокна на диэлектрические свойства ВАОП.
// Тезисы докладов к международной научно-технической конференции 'Композиты -в народное хозяйство России'. Барнаул, АлтГТУ, 1999. Перепелицина JT.H., Липатов Ю.С., Бабич В.Ф. Влияние толщины МФС на вязкоупругие характеристики наполненных полимеров // Механика композиционных материалов, 1991. Исследование влияния пространственнойсетки на вязкоупругие свойства аморфных полимеров низкочастотным акустическим способом: Дис.
Калинин, 1979.-208. Мейнке X., Гундлах Ф. Радиотехнический справочник. JL: Госэнергоиздат, 1960, Т.1.-415. Измеритель CLR Е7-13.
Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1989. Справочник по электротехническим материалам: В Зт. Т.1 / Под ред. Ю.В.Корицкого и др.
3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1986. Погрешности измерений физических величин / Под.
Алферова Ж.И. Л.: Наука, 1985. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. М.: Изд-во стандартов, 1972.-312. Маркин В.Б., Хамичева Т.В. Контроль структуры МФС органопластиков // В сб.
Труды СОАИНРФ. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2000.
Theocaris P.S., Spathis G., Kefales В. The adhesion coefficient fiber-reinforced polymers evaluated by dynamic measurements. // Colloid a. Polymer Sci., 1982, V.260, №9. Хамичева T.B., Маркин В.Б., Жолнеров А.В., Коваленко А.А., Насонов А.Д.
Исследование структуры межфазного слоя высокоармированных органопластиков. // Физика и образование: Сборник научных статей. Барнаул: Изд-во БГПУ, 2000.
Введение Глава 1. Состояние теории дипольной поляризации диэлектриков.
(Литературный обзор) 1.1. Поляризационные процессы в диэлектриках (макроскопический подход) 1.1.1 Поляризация диэлектриков 1.1.2 Действующее поле в диэлектрике (внешнее, внутреннее, локальные поля) 1.1.3 Уравнение Клаузиуса-Мосотти 1.2. Микроскопический подход к рассмотрению диэлектрика. 14 1.2.1 Упругие виды поляризации 1.2.2.
Задача о гармоническом осцилляторе. Упругие виды поляризации в переменном электрическом поле. Релаксационная поляризация. Тепловая ионно-релаксационная поляризация. Тепловая ориентационная поляризация 1.2.4.3. Поляризация диэлектриков в переменном поле 1.2.4.4.
Формулы Дебая. Поляризация полярных жидких диэлектриков 1.3. Диэлектрические свойства воды 1.4. Выводы по главе. Колебательная модель тепловой ориентационной поляризации 2.1. Определение коэффициента затухания 2.2.
Упругая дипольная поляризация 2.3. Общее решение задачи о колебаниях диполя 2.4.
Частотный анализ вынужденных колебаний диполя 2.5. Выводы по главе.
Расчет диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь для ЩО 3.1. Расчет диэлектрической проницаемости Н20 в УФ-области 3.2. Расчет диэлектрической проницаемости Н20 в ИК-области. 82 3.3.Расчет диэлектрической проницаемости Н20 в области радиочастот 3.3.1. Расчет момента инерции ассоциата молекул воды 3.3.2.
Дипольный момент ассоциата.100 3.4. Выводы по главе.111 Заключение.112 Литература. Актуальность работы. В технологии различных производств, в биохимических реакциях и во многих других явлениях, с которыми приходится сталкиваться в практической деятельности, вода играет огромную роль, поскольку большинство химических и физических процессов протекает в воде. Вода является одним из наиболее распространенных природных диэлектриков. Эффективное математическое моделирование ее диэлектрической проницаемости может рассматриваться как существенное достижение общей теории поляризации диэлектриков.
К числу работ, в которых наиболее полно приведены расчеты диэлектрической проницаемости воды, могут быть отнесены работы Онзагера, Кирквуда, Бернала, Фаулера и др. Однако, традиционные теоретические модели, как правило, имеют ограниченные области применения.
В связи с этим, существует необходимость разработки более адекватных моделей, описывающих зависимость диэлектрических свойств воды от её структуры. При этом, рассмотрение процессов дипольной поляризации остается достаточно актуальной задачей, которая может быть решена в рамках теории вынужденных колебаний, которая в настоящее время достаточно эффективно используется при описании ряда поляризационных процессов, протекающих в диэлектриках под действием внешнего переменного поля. Необходимо отметить, что такая математическая модель позволяет использовать единый теоретический подход к описанию упругой и релаксационной дипольной поляризации. Диссертация является логическим продолжением работы Лукичева А. А., в которой были рассмотрены вопросы, связанные с разработкой универсальных средств расчета спектров диэлектриков с линейными видами поляризации. Цель исследований Цель работы заключалась в создании математической модели дипольной поляризации на основе теории вынужденных колебаний, а также исследовании возможности ее использовании при описании поляризационных процессов в полярных диэлектриках, в частности в воде. Для достижения поставленной цели было необходимо решение следующих задач: 1.
Разработать единую математическую модель для упругой и релаксационной дипольной поляризации, на основании общих положений теории вынужденных гармонических колебаний. Установить связь разработанной модели дипольной поляризации с теорией Дебая. На основании известных феноменологических констант рассчитать диэлектрические и оптические параметры процесса поляризации воды. Выявить зависимость диэлектрических и оптических характеристик Н20 от строения её молекулы, различных фазовых состояний и температуры.
Используя разработанную модель, рассчитать диэлектрический спектр Н20 в области от ультрафиолетовых до радиочастот. Сравнить рассчитанные значения диэлектрической проницаемости и показателя преломления с экспериментальными данными, приведенными в специальной литературе. Научная новизна.
Впервые предложена единая модель для описания дипольной поляризации, основанная на базовых положениях теории вынужденных колебаний. Решение общей задачи о колебаниях диполя в электрическом поле совпало с результатами приближенного решения для упругой дипольной поляризации.
Анализ предельных случаев показал, что формулы Дебая являются частным случаем общего решения разработанного уравнения, что позволило выделить область применения этих формул. Проведен теоретический анализ влияния строения НгО на диэлектрические и оптические характеристики воды в области ультрафиолета, видимых, ИК и радиочастот. Практическая ценность.
Рассчитаны диэлектрическая проницаемость воды, с использованием теории гармонических колебаний, что показывает возможность применения данной теории для описания вынужденных колебаний диполя. Получен непрерывный диэлектрический спектр воды для широкого диапазоне частот, удовлетворительно согласующийся с экспериментальными результатами. Полученная теоретическая модель позволяет описывать диэлектрические спектры любых полярных диэлектриков.
Защищаемые положения. Математическая модель дипольной поляризации, базирующаяся на теории вынужденных механических колебаний для систем с различной степенью диссипации. Полученная модель основана на введении в дифференциальные уравнения вынужденных колебаний вместо массы момента инерции диполя и выбором в качестве обобщенной координаты угла поворота диполя при действии внешней вынуждающей силы, что позволило учесть состав и структуру молекулы. На основании полученных формул проведен расчет диэлектрического 17 спектра воды в области от ультрафиолета (10 Гц) до технических частот. Полученный результат дает удовлетворительное совпадение с имеющимися экспериментальными результатами в различных областях частот (УФ, ИК, видимая область, радиотехнические частоты, постоянное напряжение). Анализ влияния степени диссипативности системы подтвердил полученные ранее выводы для линейного осциллятора, что гармонические колебания переходят в релаксационные при значениях коэффициента затухания Ьеа0, при этом формулы, полученные на основе общей теории колебаний, переходят в формулы Дебая классической физики диэлектриков.
Апробация работы. Выводы по главе Частотная зависимость диэлектрической проницаемости в области радиочастот представлена на рис. 3.13 - 3.14 для случая, когда п=4,5, а расстояние между молекулами а-5А На рис. 3.15 - 3.16 представлены соответственно полные спектры действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости. Полученные значения для диэлектрической проницаемости воды достаточно близки к результатам, полученным экспериментально (рис. 3.17, на котором сплошная линия соответствует реально измеренному спектру воды, а пунктирная - результатам расчетов) в областях, соответствующих статическим значениям поляризуемости. Области дисперсии относятся к разряду экспериментальных выбросов и судить о совпадении результатов эксперимента и расчетов в данном случае не имеет смысла.
Диэлектрическая проницаемость воды, рассчитанная с использованием теории гармонических колебаний, показывает возможность применения данной теории для описания вынужденных колебаний диполя. Поляризуемости дипольного диэлектрика и рассчитать его диэлектрический спектр. Мнимая часть поляризуемости существенно отлична от нуля только в узкой области частот. Вещество интенсивно поглощает электромагнитную энергию, что приводит к изменению диэлектрических параметров вблизи резонансных частот, т. При со = со0±2Ь, где 2b является коэффициентом затухания и расстоянием между максимумом и минимумом на кривой дисперсии. При со = 0 (постоянное напряжение) после усреднения по всем положениям диполей (по в;) для действительной и мнимой частей поляризуемости получены следующие соотношения.2 21со0 т.
В постоянном поле диэлектрические потери отсутствуют, а поляризуемость принимает постоянное значение. Последние соотношения остаются в силе и при со. 0, но со«со0. В области дисперсии если сосо0, то со0-со = Асо и при Асо = Ь поляризуемость достигает своего максимального значения, равного полуширине полосы поглощения: 2 2 а' -Hi—- а'= ^ тах 8со0Ы' 8со0Ы' при со = со0 потери максимальны, т. = о- а' = — u' max max 4 со,Ы При со»о)0, т. При со —У со получим а' -» 0, а' 0, т.
При достаточно больших частотах поляризационные процессы исчезают, и диэлектрических потерь нет. В случае релаксационных колебаний (Ьао0) действительная и мнимая части поляризуемости связаны соотношениями А 1. А. = А ж llcol 1 + ' Hcol 1 + ®V' которые при подстановке в формулу Борна дают формулы Дебая, что устанавливает связь с классической физикой диэлектриков формул, полученных на основе общей теории колебаний.
Систематизированы полученные результаты по вопросу поляризации типичного диэлектрика - воды в электрических полях широкого спектра частот на основе теории вынужденных колебаний. Рассчитан диэлектрический спектр воды в диапазоне от ультрафиолета до радиочастот.
Исследования в области радиочастот проводились на основе формул для дипольной поляризации. Была рассчитана поляризуемость ассоциата воды, а также его момент инерции. Установлена связь числа молекул и расстояния между ними в ассоциате от температуры. Полученные значения для диэлектрической проницаемости воды достаточно близки к результатам, полученным экспериментально. Диэлектрическая проницаемость воды, рассчитанная с использованием теории гармонических колебаний, показывает возможность применения данной теории для описания вынужденных колебаний диполя. Физика диэлектриков.
М.-Л.: ГИТТЛ, 1949. Теория диэлектриков: Пер. М.: И.Л., 1960. Диэлектрики и их примененение: Пер. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. Релаксационные явления в твердых телах / B.C. Постников и др.; под ред.
М.: Металлургия, 1968. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергоиздат, 1982.-320. М.: Высшая школа, 1991. Физика полупроводников и диэлектриков.
М.: Высшая школа, 1977. Физика электротехнических материалов: Пер. М.- Л.: Госэнергоиздат, 1962. Диэлектрики: Пер. М.: И.-Л., 1961.
Ю.Желудев И.С. Физика кристаллических диэлектриков. М.: Наука, 1968.468. Поплавко Ю.М. Физика диэлектриков. Киев: Вища школа, 1980.
Физика диэлектриков. М.: Высшая школа, 1971. Электропроводность огнеупоров и релаксационные явления на барьерных слоях. М.: Металлургия, 1965. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. М.: Наука, 1965. Мандельштам Л.Е.
Лекции по теории колебаний. М.: Наука, 1972. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.-623. Яворский Б.М., Детлаф А.А.
Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. М.: Наука, 1977.
Сергуненко JI.А. Релаксационная теория динамических свойств среды в слабых переменных полях // Труды 4 всесоюзной научной конференции. Релаксационные явления в твердых телах. Санников Д.Г. К теории дисперсии диэлектрической проницаемости в полярном твердом теле // Труды 4 всесоюзной научной конференции.
Релаксационные явления в твердых телах. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие для студентов втузов. М.: Наука, 1998. Шпольский Э.В. Атомная физика.
M.-JL: ГИТТЛ, 1950. Милантьев В.П. Атомная физика.
М.: Российский университет дружбы народов, 1999. Связанная вода.
Факты и гипотезы. Н.: Наука, 1982. Полярные молекулы: Пер. М.-Л.: ГНТИ, 1931.-247. Основы теории электричества. М.: Наука, 1989.
Теория диэлектриков / Н.П. Богородицкого и др.; под ред. М.-Л.: Энергия, 1965. Андронов А.А. Теория колебаний / А.А. Андронов, А.А.
М: Наука, 1991. Койков С.Н., Борисова М.Э. Физика диэлектриков. Л.: Ленинградский университет, 1979. Беркс Д.Б., Шулман Д.Г. Прогресс в области диэлектриков.
М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. Некрасов М.М. Неоднородные диэлектрики.
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике.
М.: Наука, 1977. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1979.
Элементарная физика твердого тела: Пер. М.: Наука, 1965. Физика кристаллических диэлектриков: Пер. М.: Наука, 1978. Релаксационная поляризация диэлектриков // Изд. Физика, 1979. Ашкрофт Н., Мермин Н.
Физика твердого тела. М.: И.-Л, 1979. Общие свойства электромагнитных функций отклика // УФН, 1987. Костюков Н.С., Скрипников Ю.Е. Статистическое распределение релаксирующих частиц, участвующих в тепловых поляризационных процессах, по потенциальным барьерам // Электронная техника.
Материалы, 1980. Костюков Н.С., Скрипников Ю.Е. Функция распределения времен релаксации для тепловых поляризационных процессов в твердых диэлектриках // Электронная техника. Материалы, 1981. Костюков Н.С., Скрипников Ю.Е. Зависимость проницаемости и коэффициента потерь в твердых диэлектриках от частоты // Электронная техника.
Материалы, 1981. Костюков Н.С., Скрипников Ю.Е.
Зависимость диэлектрических характеристик неупорядоченных материалов твердых диэлектриков от частоты // Электронная техника. Материалы, 1982. Костюков Н.С., Скрипников Ю.Е. К вопросу статистического распределения ионов по потенциальным барьерам в твердых разупорядоченных диэлектриках // Электронная техника. Материалы, 1982.-вып. Костюков Н.С., Скрипников Ю.Е.
Влияние неоднородной структуры на ионную электропроводность твердых диэлектриков // Электронная техника. Материалы, 1981. Костюков Н.С., Лукичев А.А. Зависимость диэлектрических спектров релаксационной поляризации от внутреннего трения в диэлектрике // Вестник Амурского научного центра. Физика, 1999. Костюков Н.С., Еремин И.Е. Погрешность приближенных формул упругой электронной поляризуемости диэлектрика // Вестник Амурского научного центра.
Физика, 1999. Физическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1998. Костюков Н.С., Лукичев А.А. Релаксационная поляризация в твердых диэлектриках // Вестник Амурского научного центра. Материаловедение, 1997. Применение теории гармонических колебаний для описания релаксационной поляризации в высокоглиноземистых керамиках: Дисс.
Благовещенск, 1999. Костюков Н.С., Лукичев А.А. Диэлектрические свойства керамики на основе а-А 20з в области релаксационной поляризации // Электричество. Костюков Н.С., Щербакова Е.В.
Диэлектрические свойства керамики на основе а-А 20з // Электричество. Диэлектрики и волны: Пер. М.: И.Л., 1960.
Структура одноатомных жидкостей, воды и водных растворов электролитов. Историко-химический анализ.
М.: Наука, 1976. Эйзнеберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.
Губкин А.Н., Рассушин В.А. Электретный эффект и электрическая релаксация в твердых диэлектриках // Тр. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учебное пособие для втузов.М.: Высшая школа, 1989. Таблицы физических величин: Справочное пособие.М.: Атомиздат, 1976. Ионная проводимость кристаллов: Пер. М.: И.-Л., 1962.-222.
Лозовский В.Н. Тепловая ионная поляризация и медленные процессы в твердых диэлектриках // Изв. Физика, 1958. Богородицкий Н.П.
Электротехнические материалы / Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. М.: Энергия, 1977. Исследование поляризационных эффектов в керамических диэлектриках под действием облучения: Отчет о НИР / Московский институт электронного машиностроения. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория упругости.
М.: Наука, 1965. Выгодский М.Я.
Справочник по высшей математики для вузов и втузов.М.:Век, 1997.-863. Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1965.
Инфракрасная спектроскопия воды. М.: Наука, 1973. Костюков Н.С., Щербакова Е.В., Атраш С.М. Некоторые аспекты влияния нейтронного облучения на оптические и диэлектрические свойства керамических материалов в видимой, УФ и ИК-областях.Благовещенск, 1997.
(Препринт) 65. Каныгина И.В. Влияние трансмутантов на диэлектрические характеристики электрокерамических материалов при облучении большим флюенсом нейтронов: Автореф.Благовещенск, 1997. Щербакова Е.В. Некоторые аспекты влияния нейтронного облучения на диэлектрические и оптические свойства керамических материалов в видимой, УФ и ИК-областях: Автореф.Благовещенск, 1997.
Машкович М.Д. Электрические свойства неорганических диэлектриков в диапазоне СВЧ. М.: Советское радио, 1969.
Изучение радиационных изменений в керамических диэлектриках методом ИК-спектроскопии: Автореф.Благовещенск, 1996. Ванина Е.А., Костюков Н.С. ИК-спектроскопические исследования компенсационного эффекта в керамических материалах // Атомная энергия.
Ванина Е.А., Астапова Е.С. ИК-спектроскопическое исследование стеатитовой керамики после нейтронного облучения // Тезисы докладов российской научно-технологической конференции новые материалы и технологии. Каныгина И.В.
Особенности радиационного преобразования при больших флюенсах в керамических диэлектриках // Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве.Благовещенск: ДальГАУ, 1996. Каныгина И.В. Влияние трансмутационных переходов на диэлектрические потери облученной керамики большим флюенсом нейтронов // Тр.
Межнационального совещания, посвященного радиационной физике твердого тела. Севастополь, 1997. Каныгина И.В., Костюков Н.С. Влияние радиационных превращений на диэлектрические свойства электроизоляционной керамики при облучении большим флюенсом нейтронов // Атомная энергия. Костюков Н.С., Щербакова Е.В. Изменение свойств керамических диэлектриков в УФ-области при облучении до большого флюенса нейтронов // Атомная энергия.
Костюков Н.С., Щербакова Е.В. Влияние трансмутантов на диэлектрические и оптические свойства керамических материалов // Тезисы докладов VII межотраслевого совещания «Радиационная физика твердого тела». Севастополь, 1997. Костюков Н.С., Щербакова Е.В. Влияние трансмутантов на диэлектрические и оптические свойства керамических диэлектриков // Вестник АмурКНИИ. Благовещенск, 1997.
Костюков Н.С.,Щербакова Е.В. Влияние трансмутантов на свойства керамических диэлектриков // Тезисы докладов IV Российско-Китайского симпозиума «Актуальные проблемы современного материаловедения».Пекин, 1997. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. Нижний Новгород, 1993.
Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. Физика твердого тела: Пер с англ.
М.: Мир, 1988. Диэлектрики, полупроводники, металлы: Пер.
М.: Мир, 1969. Структурная неорганическая химия: В 3 т.
М.: Мир, 1987. Постников B.C. Физика и химия твердого состояния вещества: Учебное пособие для студентов физико-технического факультета Воронежского политехнического института. Воронеж, 1971.
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Физика сплошных сред. М: Мир, 1966.
Основы физической кинетики. М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Fallout 3 new york. Оптические постоянные природных и технических сред. Л.: Химия, 1984.
Костюков Н.С., Еремин Е.Л., Еремин И.Е. Имитационное моделирование диэлектрической проницаемости конденсированных материалов. (Препринт) 88. Костюков Н.С., Еремин Е.Л., Еремин И.Е.
Моделирование частотных характеристик процесса упругой электронной поляризации диэлектриков в оптическом спектре // Вестник АмГУ, 2000. Костюков Н.С., Еремин И.Е. Математические модели процесса общей поляризации диэлектрика // Вестник АмГУ. Еремин Е.Л., Еремин И.Е. Методы анализа динамических систем: лабораторный практикум на ПЭВМ // Благовещенск: АмГУ, 2000. Physics Dielectrics Toolbox инструментарий имитационного моделирования процесса поляризации диэлектриков // Вестник ИрГТУ.
Кибернетика, - 2000. К., Ulhmann D. Introduction to ceramics. 2-nd edition.
Willey Interscience, New-York, 1971. Диэлектрики и их применение. С., Банышева В.В. Общее решение задачи о колебаниях диполя в электрическом поле // Вестник Амурского научного центра. Благовещенск, 1999. С., Иванова О.
С., Банышева В.В. Упругая дипольная поляризация // Вестник Амурского научного центра. Благовещенск, 1999. В., Костюков Н.С. Упругая дипольная поляризация // Дальневосточный вестник высшего образования. С., Банышева В.
Поляризационные процессы в воде // Электричество. Банышева В.В., Костюков Н.С. Вибрационная модель дипольной поляризации // Тез. Докладов IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов.Красноярск, 2000.
Банышева В.В., Костюков Н. Вибрационная модель дипольной поляризации // Тез. Докладов 50-ой научно-практической конференции преподавателей и студентов: В 2-х ч. Благовещенск, 1999. Банышева В.В., Павленко Н.
Поляризационные процессы молекулы воды в связанном состоянии // Тез. 2-ой межвузовской научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее».Благовещенск, 2001, вып.
Тареев Б.м. Физика Диэлектрических Материалов
Банышева В.В., Павленко Н. Диэлектрические свойства воды в свободном и связанном состоянии// Тез. 2-ой межвузовской научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее».Благовещенск, 2001, вып. В., Костюков Н. Поляризационные процессы в воде // Тез.
Второй региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования. Изд-во ХГТУ, 2001. Теория твердого тела. М.: Наука, 1976. Банышева В.В.
Теория вынужденных колебаний дипольных диэлектриков // Материалы первой Амурской межрегиональной научно-практической конференции. Изд-во БГПУ, 2001.