Билет 7.

Потери в диэлектрике. Включив образец диэлектрика под переменное напряжение, легко заметить, что диэлектрик начинает нагреваться. Следовательно, существует какой-то механизм, с помощью которого часть энергии электрического поля превращается в тепло. Эта энергия теряется зря и даже приводит к ухудшению свойств диэлектрика за счет повышения его температуры. Основные причины потерь энергии в диэлектриках следующие:потери от проводимости обусловлены током утечки, протекающим через изоляцию; потери от дипольной поляризации вызваны внутренним трением в диэлектрике при повороте диполей в переменном электрическом поле;потери от ионизации воздушных включений обусловлены частичными разрядами в воздушных включениях.

Магнитострикционный эффект. Магнитострикционный эффект. Изменение размеров и форм тела при изменении их магнитного состояния (при намагничивании). При пропускании по обмотке, наложенной на ферромагнитный стержень, переменного тока стержень изменяет свои размеры под воздействием переменного магнитного поля, т.е. наблюдается прямой магнитострикционный эффект (рис.). Если стержень из ферромагнитного материала сжимать или растягивать, то в обмотке возникает переменный ток – обратный магнитострикционный эффект. Наиболее выраженным магнитострикционным эффектом обладают ферромагнетики и некоторые ферриты, а у диа- и парамагнитных веществ он практически отсутствует.

Назначение установок диэлектрического нагрева. Особенность установок диэлектрического нагрева: нагрев идет изнутри к поверхности. В промышленности нагрев непроводящих материалов в электрическом высокочастотном поле широко распространен: процессы предвари­тельного подогрева пресс-материалов перед прессованием; сварка термопластических пленок; склейка изделий из древесины; сушка литейных стержней и форм; изготовление изделий из стеклопластиков и пенопластов; стерилизация пищевых продуктов при консервирова­нии, дезинфекции и дезинсекции книг, архивных материалов, зерна.

Преимущества:1. Чистый бесконтактный метод, позволяющий проводить разогрев в вакууме, защитном газе и т.п.2. Высокая скорость разогрева. 3. Выделение тепла идет во всем объеме заготовки, что важно для диэлектриков, обладающих плохой теплопроводностью.

Недостатки: 1. Сложность оборудования обычно более высока по сравнению с оборудованием для других методов нагрева. Ремонт и настройка требует квалифицированного персонала. 2.Необходима электроэнергия, отсутствующая в полевых условиях.

Билет 8.

Тангенс угла диэлектрических потерь. В идеальных диэлектриках предполагается отсутствие потерь. В конденсаторе с таким диэлектриком ток I опережает напряжение U на угол φ=90° При этом активная мощность, а соответственно и потери будут равны нулю:P = UIcosφ =UIcos90° = 0.В конденсаторе с реальным диэлектриком заведомо имеются потери, следовательно, cosφ не равен 0 и угол φ не 90°. В этом случае должен быть некоторый добавочный угол δ, дополняющий угол φ до 90°. Этот угол будет тем больше, чем больше потери, а потому его называют углом потерь в реальном конденсаторе. Поскольку в реальном конденсаторе имеются потери, его нельзя обозначать значком чистой емкости, следует учесть присутствие активного сопротивления. Поэтому реальный конденсатор надо изображать некоторой эквивалентной схемой. Таких простейших схем может быть две: последовательная и параллельная. Обе эти схемы не отражают физики явлений и служат лишь для построения векторных диаграмм и вычисления угла потерь δ. Последовательная эквивалентная схема для конденсатора с потерями (рис. 2) r=Р/I²,tgδ = U_r/U_c= rωC.

Параллельная эквивалентная схема для конденсатора с потерями (рис. 1)

R = U²/P, tgδ =I_R/I_c=1/(RωC). Наименьшее значение tgδ для твердой и жидкой изоляции 10^-4.

Преобразование электрической энергии в тепловую (печи сопротивления). Эл. печи сопротивления применяются в машиностроении, металлургии, легкой и хим. промышленности, строительстве. В ЭПС используется только нагрев посредством электричества. ЭПС бывают прямого и косвенного действия. В ЭПС кос. действия эл. энергия превращается в тепловую в спец. нагревателях, а затем передается в раб. пространство посредством теплопроводности, конвекции и излучения. В ЭПС прямого действия нагрев. тело включается непосредственно в эл. цепь и нагревается за счет протекающего по нему тока по закону Джоуля-Ленца Q=I²Rt. Плотность постоянного тока по сечению проводника простой конструкции распределяется равномерно, проводник нагревается равномерно. Плотность переменного тока по сечению проводника даже простой формы распределяется неравномерно вследствие влияния поверхностного эффекта и эффекта близости, что ведет к неравномерному нагреву материала.

Принцип действия ЭЛУ. Является самым дорогим видом эл-тех. промыш. установок. Предназначены для плавки титана, ниобия, циркония (металлов, окисляющихся при T выше 400, нужно вести плавку в вакууме). В этих установках ведут напыления тонких плёнок методом испарения в вакууме. Рабочий орган – электронно-лучевая пушка. Электронно-лучевые установки рабо­тают на принципе преобразования в тепло энергии пучка ускоренных в электричес­ком поле электронов при взаимо­действии пучка с поверхностью нагревае­мого материала. Создание и уско­рение пучков электронов эффективно толь­ко в условиях высокого вакуума, поэтому ЭЛУ оснащают высокопроизводительными вакуумными агрегатами и тщательно гер­метизируют.