4. Тангенс угла диэлектрических потерь

tgδ. Если отрезок металлического проводника один раз включить под постоянное напряжение, а другой—под переменное, действующее значение которого будет равно постоянному напряжению, то потери энергии в том и другом случае будут одинаковы, т. е. Р~.= Р-

Если же такой опыт произвести с диэлектриком, то потери энергии в нем на переменном напряжении будут во много раз больше потерь энергии на постоянном напряжении, т. е. Р~.»Р- Потери энергии в диэлектрике на переменном напряжении называют диэлектрическими потерями. Активную мощность, Вт, теряемую в диэлектрике, подсчитывают по формуле

Рис.(8)

где U — переменное напряжение, приложенное к диэлектрику, В; f — частота, Гц; С — емкость диэлектрика (изоляции), Ф.

Из выражения (8) следует, что при заданном напряжении U, частоте / и емкости диэлектрика С активные потери в нем будут зависеть от величины tg δ. У газообразных диэлектриков

tg δ = 10-6—10-5, поэтому газообразные диэлектрики (воздух и др.) используются в образцовых конденсаторах.

У жидких и твердых диэлектриков высшего класса tg δ = (2—6) · 10-4, у остальных

tg δ = 0,002—0,05.

Таким образом, tg δ определяет потери энергии в диэлектриках. Эта величина в сильной степени зависит от температуры диэлектрика (рис. 5).

Увеличение tg δ у нейтрального диэлектрика, а следовательно, и потерь энергии в нем обусловлено возрастанием тока проводимости в диэлектрике. У полярного диэлектрика рост tg δ до температуры t1 обусловлен потерями энергии, затрачиваемой на поворот все большего количества полярных молекул. В интервале температур t1 — t2 потери энергии падают. Это вызвано тем, что сильный нагрев диэлектрика лишает диполи возможности принять участие в процессе поляризации, так как происходит тепловой разброс диполей. Рост tg δ, а следовательно, активных потерь в диэлектрике, начиная с температуры t2 и выше, вызван увеличением тока проводимости, так как с нагревом диэлектрика выше температуры t2 вязкость его уменьшается и носители тока (свободные ионы и электроны) приобретают большую скорость, в связи с чем ток проводимости возрастает.

5. Электрическая прочность.

Епр представляет собой напряженность электрического поля, при которой происходит пробой — разрушение диэлектрика с образованием в нем сквозного

канала с очень большой проводимостью. Электрическую прочность диэлектрика, В/м, при пробое его в однородном * поле вычисляют по формуле

* ОДНОРОДНЫМ НАЗЫВАЕТСЯ ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, ВО ВСЕХ ТОЧКАХ КОТОРОГО НАПРЯЖЕННОСТИ Е ОДИНАКОВЫ.

где Uпр — пробивное напряжение, при котором наступает пробой диэлектрика, В; h—толщина диэлектрика в месте пробоя, м.

Ввиду того что диэлектрики пробиваются при очень больших напряжениях (тысячи вольт), значения электрической прочности исчисляют в мегавольтах на метр толщины материала в месте пробоя (МВ/м)*.

Как правило, Епр уменьшается с увеличением толщины диэлектрика и с повышением температуры.(рис. 6).

Опорный конспект темы «Тепловые характеристики материалов.»