4) Сегнетоэлектрики и пироэлектрики.

Сегнетоэлектрики – особый класс диэлектриков, отличительными свойствами которых являются: 1) диэлектрическая проницаемость ε этих веществ может достигать нескольких тысяч (для сравнения, у такого сильного полярного диэлектрика как вода ε=81); 2) зависимость отне является линейной; 3) при переполяризации сегнетоэлектрика обнаруживается явление гистерезиса, то есть запаздывание следования за изменением поля; 4) наблюдаетсясложная зависимость ε от температуры, причем для каждого сегнетоэлектрика существует такая температура (называемая точкой Кюри), выше которой сегнетоэлектрик утрачивает свои свойства и становится обычным диэлектриком.

- обычный диэлектрик (линейная зависимость). - сегнетоэлектрик (нелинейная зависимость). при,-остаточная поляризация, -коэрцитивная сила. Петля гистерезиса в сегнетоэлектриках.

Все перечисленные свойства сегнетоэлектриков объясняются наличием в них особых областей спонтанной (самопроизвольной) поляризации, называемых доменами, на которые распадается объем сегнетоэлектрика. Каждый из доменов, даже в отсутствие внешнего электрического поля, поляризован до насыщения (максимально). Под действием внешнего поля электрические моменты отдельных доменов поворачиваются как целое, устанавливаясь вдоль направления поля. При поляризации до насыщения весь сегнетоэлектрик становится как бы одним большим доменом.

В отличие от сегнетоэлектриков, у которых макроскопический электрический момент в исходном состоянии равен нулю, существует класс похожих веществ, называемых пироэлектриками, которые в исходном состоянии обладают отличной от нуля макроскопической спонтанной поляризацией. Ее появление связано с тем, что в этих веществах «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов смещены относительно друг друга. В известном смысле можно сказать, что пироэлектрик – это монодоменный сегнетоэлектрик.

9.Векторное изображение электрических величин (тока, напряжения, эдс). Применение комплексных чисел для расчета электрических цепей

В цепях переменного тока все токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени. Поэтому аналитические зависимости в виде уравнений не дают представления о реальных соотношениях величин. При переходе от оригиналов функций и параметров к их изображениям в виде комплексных чисел задача анализа несущественно упрощается, т.к., в отличие от цепей постоянного тока, где все величины однозначно характеризуются одним числом, в области изображений каждая величина определяется двумя числами, каждое из которых в общем случае недостаточно для полной оценки состояния цепи. Помочь в анализе соотношений между величинами и параметрами электрический цепи может их геометрическое представление в виде векторной диаграммы.

Из курса математики известно, что любое комплексное число может быть изображено в виде точки на плоскости с ортогональной системой координат, в которой на оси абсцисс откладывается вещественная составляющая, а на оси ординат мнимая. Такое изображение соответствует алгебраической форме записи комплексного числа. Если начало координат соединить отрезком прямой с точкой изображающей комплексное число, то длина этого отрезка и его угол с вещественной осью также могут служить изображением комплексного числа. Причем, для однозначного определения угла нужно задать положительное направление отрезка, т.е. определить его как радиус-вектор или просто вектор.

Векторной диаграммой называется совокупность векторов на комплексной плоскости, соответствующая комплексным величинам и/или параметрам электрической цепи и их связям.

Векторные диаграммы могут быть точными и качественными. Точные диаграммы строятся с соблюдением масштабов всех величин по результатам численного анализа. Они предназначены в основном для проверки расчетов. Качественные векторные диаграммы строятся с учетом взаимных связей между величинами и обычно предшествуют расчету или заменяют его. В качественных диаграммах масштаб изображения и конкретные значения величин несущественны, важно только, чтобы в них были правильно отражены все связи между величинами, соответствующие связям и параметрам элементов электрической цепи. Качественные диаграммы являются важнейшим инструментом анализа цепей переменного тока.

Аналитический метод с использованием комплексных чисел

Рисунок 9

Синусоидальный ток можно представить комплексным числомна комплексной плоскости

,

где амплитуда тока – модуль, а угол ψ, являющийся начальной фазой, – аргумент комплексного тока.

Использование комплексной формы представления позволяет заменить геометрические операции над векторами алгебраическими операциями над комплексными числами. В результате этого к анализу цепей переменного тока могут быть применены все методы анализа цепей постоянного тока. Подробнее этот метод будет рассмотрен ниже.

Для сравнения действий постоянного и переменного токов вводят понятие действующее значение переменного тока.

Действующее значение переменного тока численно равно такому постоянному току, при котором за время равное одному периоду в проводнике с сопротивлением R выделяется такое же количество тепловой энергии, как и при переменном токе.

Замена синусоидальных функций a(t) комплексными числами и изображающими их векторами A позволяет перейти от тригонометрических функций времени к алгебраическим. При этом исходные синусоидальные функции времени можно считать оригиналами, а комплексные числа и векторы их изображениями или символами. Поэтому метод расчета электрических цепей, использующий такое представление функций называется символическим.

Любой математической операции в области оригиналов будет соответствовать некоторая операция в области изображений. Без доказательства сведем в таблицу основные математические операции над оригиналами и изображениями, представляя последние в двух формах: аналитической и графической, т.е. в виде аналитических выражений и соответствующих операций с векторами.

Таблица 9.

Оригинал	Изображение
a(t)=Amsin(wt+y a)	A=p+jq=Ae jya
C×a(t)=С×Amsin(wt+ya)	C× A=C(p+jq)=C×Ae jya
b(t)=a1(t)+a2(t)
b(t)=a1(t)-a2(t)
b(t)=a1(t)×a2(t)

Таким образом, умножение на константу оригинала соответствует умножению на эту константу модуля изображения, а в графической форме - изменению длины вектора.

Сложение оригиналов соответствует операции сложения комплексных чисел изображений или сложению изображающих векторов. Для операции сложения комплексных чисел удобнее использовать алгебраическую форму. 

Заключение

Создание энергетических систем высокого и сверхвысокого напряжения требует решения сложных научно-технических проблем, среди которых можно выделить комплекс вопросов, касающихся электрической изоляции. Этот комплекс вопросов, объединенных единой целью - обеспечить безаварийную работу изоляции всех элементов системы, связан с изучением весьма разнородных физических процессов и относится к электрофизике высоких напряжений.

В нормальных рабочих режимах на изоляцию воздействует фазное напряжение. В переходных режимах, возникающих при включении и отключении элементов сети и коротких замыканиях в установившихся режимах, возникают так называемые внутренние перенапряжения. При грозовых разрядах в сетях возникают атмосферные перенапряжения. Так как возможность нарушения изоляции зависит от состояния самой изоляции, то нельзя указать определенной нижней границы, при которой повышение напряжения становится перенапряжением и, следовательно, термин «перенапряжение» имеет качественный характер.

Для обеспечения нормальной работы электрических систем необходимо применять определенные средства грозозащиты, предотвращающие повреждения изоляции. Известными средствами грозозащиты являются молниеотводы — надежно заземленные металлические провода или стержни, расположенные вблизи защищаемого объекта. На линии очень высокого напряжения в качестве молниеотводов применяются заземленные провода (тросы), подвешиваемые на опорах выше фазовых проводов. Несмотря на то, что защита тросами резко уменьшает вероятность появления на изоляции перенапряжений, но полностью ее не устраняет. Поэтому, помимо молниеотводов в целях грозозащиты применяются специальные защитные аппараты - разрядники и нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН).

В переходных режимах возникают так называемые внутренние перенапряжения. Закон изменения во времени внутренних перенапряжений может быть самым разнообразным, а длительность их изменяется от сотых долей секунды до нескольких секунд. Прочность электрической изоляции, как правило, уменьшается при увеличении длительности воздействия напряжения. Поэтому, одинаковые по амплитуде грозовые и внутренние перенапряжения представляют неодинаковую опасность для изоляции. Таким образом, уровень изоляции нельзя характеризовать одной величиной выдерживаемого напряжения, т.е. другими словами, выбор необходимого уровня изоляции невозможен без тщательного анализа возникающих в системах перенапряжений и наоборот: оценка опасности данного перенапряжения не может быть выяснена без знания основных электрических характеристик изоляции. Необходимо отметить, что в процессе эксплуатации естественно изоляция стареет. Это вызывает снижение уровня изоляции, и она может быть пробита, вызвав тем самым аварию. Для своевременного обнаружения дефектов в изоляции должна быть разработана система эксплуатационных испытаний изоляции, которые называются профилактическими испытаниями.