Эквивалентную схему диэлектрика, в котором существуют различные механизмы поляризации, можно представить в виде ряда подключенных параллельно к источнику напряжения U конденсаторов, как показано на рисунке 1:
Рисунок 1. Эквивалентная схема диэлектрика
Емкость C0 и заряд Q0 соответствуют собственному полю электродов, если в пространстве между ними нет диэлектрика (вакуум). Все остальные значения C и Q соответствуют различным механизмам поляризации: электронной, ионной, дипольно-релаксационной, ионно-релаксационной, электронно-релаксационной, миграционной, резонансной и спонтанной; r означает сопротивления, эквивалентные потерям энергии при этих механизмах поляризации. Емкости конденсаторов эквивалентной схемы рисунок 1 шунтированы сопротивлением изоляции Rиз, представляющим собой сопротивление диэлектрика току сквозной электропроводности.
Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле. Потери энергии в диэлектриках наблюдаются как при переменном, так и при постоянном напряжении, поскольку в технических материалах обнаруживается сквозной ток утечки, обусловленный электропроводностью. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала характеризуется значениями удельных объемного и поверхностного сопротивлений, которые определяют значение Rиз (рис. 2).
Рисунок 2. Параллельная и последовательная эквивалентные схемы диэлектриков с потерями
Диэлектрические потери имеют важное значение для материалов, используемых в установках высокого напряжения, в высокочастотной аппаратуре и особенно в высоковольтных, высокочастотных устройствах, поскольку значение диэлектрических потерь пропорционально квадрату приложенного к диэлектрику напряжения и частоте.
Какие требования предъявляются к высокочастотным магнитным материалам
Высокочастотные магнитные материалы должны работать на частотах свыше сотен или тысяч Гц. Основное требование – большое удельное сопротивление.
Высокочастотные магнитные материалы применяются для катушек индуктивности фильтров, частомеров, генераторов.
По частотному диапазону применения их в свою очередь можно подразделить на материалы для звуковых, ультразвуковых и низких радиочастот, для высоких радиочастот и для СВЧ. По физической природе и строению высокочастотные магнитомягкие материалы подразделяют на магнитоэлектрики и ферриты. Кроме того, при звуковых, ультразвуковых и низких радиочастотах можно использовать тонколистовые рулонные холоднокатанные электротехнические стали и пермаллои. Толщина сталей достигает 30-25 мкм, а пермаллой, как механически более мягкий сплав, может быть получен толщиной до 2-3 мкм. Основные магнитные свойства таких тонких магнитных материалов близки к свойствам материалов больших толщин, однако они имеют несколько повышенную коэрцитивную силу и высокую стоимость, а технология сборки магнитных цепей из них весьма сложна.
Требования к свойствам к высокочастотные магнитные материалы:
1. Высокая индукция насыщения, которая должна достигаться при малой напряженности магнитного поля. Это требование особенно важно для мощных устройств.
2. Малая коэрцитивная сила, а, следовательно, малая энергия, необходимая для перемагничивания сердечника.
3. Относительная остаточная индукция должна быть как можно ближе к единице. Эта величина непостоянна и достигает максимума при определенном значении напряженности магнитного поля, которое также должно быть как можно меньше.
4. Коэффициент прямоугольности должен быть как можно ближе к единице. Он определяется измерением индукции при напряженности. Коэффициент прямоугольности также зависит от напряженности и выражает прямоугольность точнее, чем относительная остаточная индукция, т. к. зависит от формы петли гистерезиса во II координатной четверти. Этот коэффициент применяется при использовании сердечников запоминающих устройств с записью по принципу совпадения.
5. Малое время перемагничивания - это время, в течение которого наведенное напряжение уменьшается до 10% максимального значения.
6. Как можно большее удельное электрическое сопротивление. У металлических сердечников, кроме того, необходима достаточно малая толщина пластин. Величина удельного сопротивления и толщина пластин определяют потери на вихревые токи, а следовательно и максимальную рабочую частоту. Кроме того, они влияют на время перемагничивания.
Вычислить удельное сопротивление металлического проводника, имеющего плотность 970 кг/м3 и молярную массу 0,023 кг/моль, если известно, что средняя скорость дрейфа электронов электрическим поле напряженностью 0,1 В/м составляет 5*10-4 м/с. Можно полагать, что на каждый атом кристаллической решетки приходится один электрон
Решение.
Удельное сопротивление вычисляем по формуле:
Где 
- масса электрона 9,1* 10-31 кг
- средняя скорость дрейфа электронов, м/с
- Заряд электрона, -1,6·10-19 Кл
- концентрация свободных электронов, м-3
- средняя длина свободного пробега электронов, равна 350 м
Определяем концентрацию свободных электронов:
Где 
– плотность металлического проводника, кг/м3
- молярную массу, кг/моль
- число Авогардо, 6,02·10Іі моль⁻№
Ответ: 
Определить ток через образец кремния n-типа прямоугольной формы размерами l*b*h = 5*2*1 мм, если вдоль образца приложено напряжение 10В. Известно, что концентрация электронов в полупроводнике равна n=1021 м-3, а их подвижность μn= 0,14м2/(В с)
Решение.
Воспользуемся законом Ома:
Сопротивление вычисляется по формуле:
В чем заключается принципиальное отличие зонной плавки германия и кремния
Сущность метода зонной плавки заключается в том, что узкая расплавленная зона перемещается вдоль горизонтально расположенного образца, находящегося в графитовой или кварцевой лодочке. Принципиальное отличие зонной плавки от нормальной направленной кристаллизации заключается в возможности ее многократного повторения, что позволяет повысить степень очистки материала.
Технология получения кремния полупроводниковой чистоты состоит из следующего:
1) превращение технического кремния в легколетучее соединение, которое после очистки может быть легко восстановлено;
2) очистка соединения химическими и физико-химическими методами;
3) восстановления соединения с выделением чистого кремния;
4) конечная очистка кремния методом бестигельной зонной плавки;
5) выращивание легированных монокристаллов.
Для очистки кремния используют метод бестигельной зонной плавки с электромагнитным подвесом расплавленной зоны. Эффективность такой очистки зависит в первую очередь от значения коэффициентов распределения примесей.
Кремний-сырец получают при водородном восстановлении в виде стержней-заготовок таких размеров, что они без дальнейшей механической переработки могут быть подвергнуты бестигельной зонной плавке. Для того чтобы полнее использовать возможности дополнительной очистки материала за счет испарения примесей из расплавленной зоны, процесс бестигельной зонной плавки лучше проводить в вакууме. Выращивание легированных монокристаллов осуществляется, как правило, по методу Чохральского; кремний содержится в тиглях из чистого плавленого кварца. Главным недостатком метода выращивания монокристаллов кремния из кварцевых тиглей является то, что расплав кремния довольно интенсивно растворяет кварц по реакции: SiO2 + Si → SiO. Моноокись растворяется в расплавленном кремнии, и таким образом кислород вводится в расплав.
Германий получают с помощью реакции восстановления двуокиси германия водородом, которая обеспечивает наиболее полное (почти 100%) извлечение германия. Первым этапом технологического цикла является получение четыреххлористого германия. Германиевые концентраты, содержащие германий в виде двуокиси, обрабатываются концентрированной соляной кислотой в токе хлора по реакции:
Отходы элементарного германия сжигаются в токе хлора:
Образующийся тетрахлорид германия отгоняют при температуре 85-90°С и освобождают его таким образом от хлоридов металлов, имеющих более высокие температуры кипения.
Первой стадией очистки тетрахлорида германия является его освобождение от треххлористого мышьяка, который при температуре кипения GeCl4 имеет высокую упругость пара. Содержание мышьяка не должно превышать 10-5 %. Далее тетрахлорид германия подвергается ректификации в кварцевых колонках.
Очищенный тетрахлорид германия подвергается гидролизу особо чистой водой в емкостях из поливинилхлорида. Элементарный германий получается восстановлением очищенной и просушенной двуокиси чистым водородом по реакции:
В промышленном производстве кремния полупроводникового качества используют в основном процесс водородного восстановления хлоридов кремния. При тщательном проведении всех начальных операций 5-10 проходов расплавленной зоны оказываются достаточными, чтобы получить материал такой чистоты, когда добавочные проходы не изменяют его физических свойств.
Вычислить минимальную длину световой волны, для которой полупроводник, имеющий ширину защищенной зоны 1,43эВ при температуре 300К, является оптически прозрачной. Как будет изменяться эта граничная длина волны с понижением температуры
Решение.
Минимальную длину световой волны определим по формуле:
Где 
- скорость света, 3*108 м/с
- постоянная Планка, 1,05*10-34 Дж*с
- ширину защищенной зоны, Дж
Ответ: 
Как влияет давление газа на его электрическую прочность и ионизационные потери
Электрическая прочность газообразных диэлектриков по сравнению с жидкими и твердыми диэлектриками невелика. Но и газы обладают характерными ценными свойствами:
Восстановление электрической прочности после разряда. Малая плотность (с воздуха =1,29 кг/м3 , с азота =1,25кг/м3 , с элегаза =6,7кг/м3) Высокое значение удельного сопротивления с = 1018 – 1020 Ом. м. Низкое значение диэлектрической проницаемости. Малый угол диэлектрических потерь tg д ≈ 10-6 . Отсутствие старения.Газообразные диэлектрики обладают высокими электроизоляционными свойствами только при низких напряжениях. Изолирующие свойства газа объясняются тем, что атомы и молекулы газов в естественном состоянии являются нейтральными, незаряженными частицами. Под действием внешних ионизаторов (космические и солнечные лучи, радиоактивные излучения) во всех газах имеется небольшое количество электрически заряженных частиц – электронов и ионов, находящихся в хаотичном тепловом движении, т. е. происходит процесс ионизации газа. Под действием внешнего электрического поля происходят упругие деформации электронных оболочек атомов и смещение их относительно своих ядер. Если молекула газа имеет ионную структуру строения, то происходит также смещение ионов относительно друг друга. В результате происходят электронные и ионные поляризации. Если же газ состоит из дипольных молекул, то происходит и дипольная поляризация. Степень поляризации атомов и молекул газа характеризуется диэлектрической проницаемостью е. Большинство газообразных диэлектриков, применяемых в электротехнике, неполярные и их диэлектрическая проницаемость е ≈ 1.
Ионизация газа приводит к тому, что газ приобретает небольшую электрическую проводимость. Одновременно с ионизацией газа происходит и рекомбинация положительных и отрицательных ионов с образованием нейтральных молекул и атомов. При малой напряженности электрического поля сохраняется баланс между процессом ионизации и рекомбинации.
При повышении давления выше атмосферного электрическая прочность газа растет. Это связано с уменьшением межмолекулярных расстоянием и снижением длины свободного пробега ионов. При снижении давления электрическая прочность газа уменьшается и даже под действием поля малой напряженности газ начинает светиться. Для случая воздуха, чем ниже давление, тем меньше длина волны испускаемого света, то есть по мере уменьшения давления цвет свечения меняется с красного до синего. Изменения длины светового излучения связано с тем, что по мере снижения давления длина пробега ионов возрастает, и ионы набирают
большую кинетическую энергию. Соответственно возбужденные столкновениями с ионами электроны атомов испускают кванты большей энергии или меньшей длины. При разряжении соответствующем «черному вакууму» концентрация молекул в межэлектродном пространстве насколько мала, что длина пробега ионов сравнивается с межэлектродным промежутком. Поэтому вероятность ионизации молекул становится
ничтожно малой и пробой наступает за счет вырывания электронов из электродов.
Что называется сегнетоэлектрической точкой Кюри? Как ее можно определить экспериментально
Сегнетоэлектрики - вещества, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических свойств, которые проявляются лишь в определенном диапазоне температур. Температура Тк (сегнетоэлектрическая точка Кюри) является температурой фазового перехода, ниже этой температуры сегнетоэлектрик обладает доменной структурой и характерными сегнетоэлектрическими свойствами; выше этой температуры происходит распад доменной структуры и сегнетоэлектрик переходит в параэлектрическое состояние. Следствием доменного строения сегнетоэлектриков являются нелинейная зависимость их поляризованности или электрической индукции от напряженности электрического поля ( рисунок 3), которая носит название диэлектрической петли гистерезиса, и резко выраженная температурная зависимость диэлектрической проницаемости, в которой максимум диэлектрической проницаемости достигается при температуре, соответствующей точке Кюри.
Рисунок 3. Основные нелинейные свойства сегнтоэлектриков:
а – диэлектрический гистерезис; б – динамическая нелинейность; в–нелинейный ток через сегнетоконденсатор; г – эффективная нелинейность; д – реверсивная нелинейность; с – амплитудная модуляция.
При постепенном нагреве сегнетоэлектрического конденсатора петля гистерезиса видоизменяется и, постепенно сужаясь, превращается в прямую линию при потере сегнетоэлектрических свойств. По наблюдениям за трансформацией формы петли определяют критическую температуру (точку Кюри). Схема установки для определения точки Кюри (температуры Кюри Tk) показана на рис.4, только вольтметр В7-40 используется для измерения сопротивления Rт термодатчика. Блок нагревателя «БН» подключается к сети 220 В. На панели блока имеется тумблер включения и ручка регулятора мощности нагрева.
Рисунок 4. Схема установки для определения точки Кюри
В плоском конденсаторе емкостью (
39 нФ используется неорганическое стекло, имеющее диэлектрическую проницаемость (
6 и пробивную напряженность (
100МВ/м. Какими следует выбрать толщину диэлектрика и площадь обкладок, если конденсатор должен работать при напряжении (
16 кВ, при четырехкратном запасе по электрической прочности Решение:
Пробивное напряжение при четырехкратном запасе прочности в 4 раза больше номинального напряжения:
Искомая толщина стекла:
Из формулы емкости плоского конденсатора:
где 
Определяем площадь пластины:
При меньших значениях 
и больших d площадь пластины конденсатора должна быть больше.
Почему температура Кюри большинства ферритов с высокой магнитной проницаемостью меньше температуры Кюри ферромагнитных материалов переходной группы (Со, Ni, Fe)
У каждого ферромагнетика имеется такая температура, называемая точкой Кюри ( 
), выше которой это вещество теряет свои особые магнитные свойства. Наличие температуры Кюри связано с разрушением при 
упорядоченного состояния в магнитной подсистеме кристалла – параллельной ориентации магнитных моментов. Для никеля температура Кюри равна 360 °С. Если подвесить образец никеля вблизи пламени горелки так, чтобы он находился в поле сильного постоянного магнита, то не нагретый образец может располагаться горизонтально, сильно притягиваясь к магниту (рис. 6.9). По мере нагрева образца и достижения температуры 
ферромагнитные свойства у никеля исчезают и образец никеля падает. Остыв до температуры ниже точки Кюри, образец вновь притянется к магниту. Нагревшись, вновь падает и т. д., колебания будут продолжаться все время, пока горит свеча.
У ферромагнетиков (Со, Ni, Fe) наблюдается магнитная упорядоченность, соответствующая параллельному расположению спинов в макроскопических областях (доменах) даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Магнитная восприимчивость ферромагнетиков (также как и магнитная проницаемость) достигает больших положительных значений, сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.
Магнитные свойства феррита при увеличении температуры исчезают дважды в точке Кюри и в точке компенсации Наличие этой второй точки объясняется особенностями его кристаллической структуры. При повышении температуры ориентация магнитных моментов атомов внутри домена постепенно расстраивается, что приводит к соответствующему уменьшению намагниченности насыщения.
Список использованной литературы
Толмасский магнитные материалы. М.: Энергия, 1968. — 72 с. (Массовая радиобиблиотека, выпуск 651). М. Лайнс, А. Гласс. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М.: Мир, 1981. , Ю. Е., Наумов. Основы микроэлектроники. М. «радио и связь» , 1991г. – 288с. Микроэлектроника /Под ред. : в 9 т. – М.: Высшая школа, 1987г. , Козырь микроэлектроники – М.: Высшая школа, 1983г. – 384с. , , Козырь : физические и технологические основы, надежность. – М.: Высшая школа. 1986г. – 463с.