ИДЗ / ИДЗ_4_Васильев_Л_5А47_ИШЭ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Подразделение: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Отделение: Электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 4

Расчет емкости и диэлектрических потерь коаксиальной конструкции

по дисциплине:

«Электротехническое материаловедение»

Вариант 4

Исполнитель:
студент группы	5А47		Васильев Леонид Максимович				02.06.2026
Руководитель:
Доцент ОЭЭ ИШЭ			Сапугольцева Ольга Владимировна
	к.т.н.

Томск - 2026 г

Задание: рассчитать емкость и диэлектрические потери в изоляции коаксиальной конструкции при двух частотах. Указать вид диэлектрика (полярный/неполярный), область применения. В выводе пояснить, какой используется диэлектрик по способности к поляризации: полярный или неполярный, определение, особенности для данного вида диэлектрика и область применения.

Таблица 1 – Исходные данные

f1, Гц	f2, кГц	Up, кВ	D, мм	d, мм	l, м	Материал
10	2	55	98	8,3	0,95	Форстерит США (Алсимаг)

Рис. 1 Коаксиальный кабель

Ход выполнения работы

1. Определим емкость С изоляции коаксиального кабеля (рис. 1) по формуле:

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала изоляции, = 8,85* - диэлектрическая постоянная Ф/м, l - длина кабеля м, D, d - диаметры м.

Определим ε по графику при двух заданных частотах.

Форстерит - это высокочастотный диэлектрик, поэтому подавляющее большинство исследований и справочных данных посвящено его свойствам в диапазоне от единиц мегагерц (МГц) до гигагерц (ГГц).

 

Исходя из данной таблицы: ε=6.2 =4* .

2. Определим мощность диэлектрических потерь в изоляции коаксиального кабеля при двух заданных частотах.

Вывод

Форстерит США (Алсимаг) относится к неполярным диэлектрикам. Неполярными называются диэлектрики, молекулы или атомы которых в отсутствие внешнего электрического поля не обладают собственным электрическим моментом. Их поляризация обусловлена исключительно электронной поляризацией - смещением электронных оболочек относительно ядер атомов под действием внешнего поля.

Форстерит (Mg₂SiO₄) является ионным кристаллом с высокой симметрией кристаллической решетки. В нем отсутствуют молекулы с постоянным дипольным моментом, а ионная (дипольная) поляризация в данном типе керамики практически не проявляется на высоких частотах из-за инерционности ионов.

Благодаря своей неполярной природе и обусловленным ею свойствам (низкие потери, стабильность параметров), форстеритовая керамика применяется в:

1. Высокочастотной технике (ВЧ и СВЧ) - резонаторы, фильтры, диэлектрические антенны, где критичны низкие диэлектрические потери.

2. Подложках интегральных микросхем - обеспечивает малые паразитные емкости и высокую стабильность.

3. Герметичных корпусах радиоэлементов - с обязательным условием работы на высоких частотах.

5