Дослідження впливу температури на полярізацію та втрати у діелектриках Мета роботи

Дослідження температурної залежності діелектрічної прониклості та тангенсу кута діелектричних втрат деяких диелектриків.

Основні положення

Під діелектриком розуміють речовину, провідність якої незначна, а основною властивістю якої є можливість поляризуватися у електричному полі. Ступінь поляризації оцінюється відносною діелектричною проникністю , яка показує, як зростає ємність конденсатора у разі заміни вакууму між його пластинами даним діелектриком:

; (5.3.1)

де С_х- ємність конденсатора з досліджуваним діелектриком,

С_о- ємність того ж конденсатора у вакуумі.

Ємність площинного конденсатора може бути визначена за формулою:

С_х = ; (5.3.2)

де S - площа поверхні конденсатора, m²;

d - товщина діелектрика, m;

 - відносна діелектрична проникність;

 - електрична стала, ₀=8,8510^-12 F/m.

Якщо плошинний конденсатор утворено набором з n пластин, то формула (5.3.2) частково змінюєтся:

С_х = ; (5.3.3)

Ємність ціліндрового конденсатора розраховуєтся за формулою :

; (5.3.4)

де L - довжина ціліндра, m;

D та d - зовнішний та внутрішній діаметр циліндра, відповідно, m;

Вимірявши ємність конденсатора та знаючи геометричні розміри діелектрика, можна винайти його відносну проникність .

Діелектричними втратами називають електричну потужність, яка втрачається на нагрів діелектрика, що знаходиться у електричному полі.

Частіш за все, для характеристики можливості діелектриків розсіювати енергію в електричному полі використовують кут діелектричних втрат , а також тангенс цього куту tg . . Кутом діелектричних втрат називають кут, доповнюючий до 90 кут зсуву фаз між струмом та напругою у ємністному колі. Конденсатор з втратами можливо уявити у вигляді ідеального конденсатора з паралельно ввімкнутим активним опором (паралельна схема) чи конденсатором з послідовно ввімкнутим опором (послідовна схема). Такі схеми наведені на

рис.5. 3.1. (а, б).

а) б)

Рисунок 5.3.1 – Схеми заміщення конденсатора з втратами а) паралельна та б) послідовна та

векторні діаграми до них

Кут діелектричних втрат не залежить від вибору схеми і визначається за векторними діаграмами таким чином:

- для паралельної схеми заміщення;

- для послідовної схеми заміщення;

Втрати енергії у діелектриках спостерігаються як при змінній так і при постійній напрузі, подеяк у технічних матерілах завжди існує наскрізний струм витоку, обумовлений електропроводністю. При змінній напрузі, крім втрат, обумовлених струмами витоку, виникають релаксаційні втрати, обумовлені активними складовими поляризаційних струмів.

При змінній напрузі діелектричні втрати обчислюються по формулі , а при

постійній напрузі - .

Діелектрічні втрати мають важливе значення для матеріалів, які використовуються в установках високої напруги, високочастотній апаратурі, і особливо у високовольтних високочастотних обладнаннях, тому що величини діелектричних втрат пропорційні квадрату прикладеної до діелектрика напруги і частоти.

При напругах певної величини може статися пробій діелектрика – це явище утворення в діелектрику токопровідного каналу. Найменша, напруга при якій відбувається пробій діелектрика, називається напругою пробою Uпр.

Однією з найважливіших характеристик діелектриків є електрична міцність – це напруженність електричного поля при якій стався пробій:

(5.3.5)

Для безпечної роботи діелектриків треба враховувати коефіцієнт запасу електричної міцності

, (5.3.6)

де - номінальна чи робоча напруга. В цій роботі приймемо .

Схема вимірювання та апаратура

Рисунок 3.2 - Схема вимірювань за допомогою моста змінного струму

I

зр

Рисунок 5.3.2 – Схема вимірювання ємності за допомогою моста змінного струму

У лабораторній роботі використана апаратура:

- вимірювальний міст;

- термостат;

- плата з зразками досліджуваних конденсаторів;

- перемикач для вибору конденсатора.