2. 2. Зависимость и от температуры

У материалов с неполярными молекулами зависимость диэлектрической проницаемости от температуры определяется, главным образом, изменением числа поляризуемых молекул в единице объема вещества вследствие его температурного расширения.

В случае перехода вещества под влиянием температуры в жидкое или газообразное состояние его диэлектрическая проницаемость уменьшается скачкообразно, что схематически показано на рис. 2. 4, (а).

У диэлектриков с дипольными молекулами зависимость от температуры проявляется значительно резче и характеризуется наличием максимума (рис. 2. 4, б).

Зависимость изменения от температуры для дипольной жидкости приведена на рис. 2.5. Максимум объясняется таким состоянием вязкости вещества, при котором полярные молекулы приобретают возможность совершать поворот на 180° под действием приложенного переменного напряжения, и, следовательно, производить максимальную работу, преобразуя затрачиваемую при этом мощность в тепло. Уменьшениепосле перехода через максимум объясняется дальнейшим снижением вязкости жидкости, а следовательно, и уменьшением количества энергии, затрачиваемой на ориентацию диполей.

Затем вновь наблюдается возрастание значения . Это можно объяснить возрастаниемэлектропроводности жидкости вследствие повышения температуры.

2. 3. Зависимость и от напряжения

Диэлектрическая проницаемость большинства диэлектриков слабо зависит от величины приложенного напряжения.

Зависимость от величины приложенного напряжения представляет весьма большой интерес, так как дает возможность контроля качества изоляционных материалов и конструкций.

В диэлектриках однородного строения в области напряжений, при которых остается неизменным, потери пропорциональны квадрату приложенного напряжения. В тех же случаях, когда с изменением напряжения значение увеличиваться, потери будут пропорциональны произведению , т.е. могут определяться значительно большим числом.

Порядок и методика выполнения работы

Определение и диэлектрической проницаемости при частоте 50 Гц производят обычно по стандартной методике на мосте высокого напряжения. В плечи моста включают: 1) испытываемый образец с электродами; 2) постоянный конденсатор высокого напряжения без диэлектрических потерь; 3) безиндуктивный магазин сопротивлений; 4) конденсатор переменной емкости, шунтированный постоянным сопротивлением. В диагональ моста включают индикатор равновесия – отсутствие разности потенциалов между соответствующими точками. Схема моста переменного тока представлена на рис 2. 6. Мост уравновешивается подбором параметров плеч и, при этом в первое плечо включен исследуемый образец диэлектрика, а во второе плечо - образцовый конденсатор без потерь.

Плечи имеют следующие параметры:

- полная проводимость исследуемого образца;

- емкостная проводимость постоянного образцового конденсатора; = 95,6 пФ;

- активная проводимость декадного магазина сопротивления;

- полная проводимость параллельно соединенных постоянного сопротивления и регулируемой емкости; = 3183 Ом.

Уравнения равновесия моста

(2. 1) или (2. 2)

позволяют получить комплексную проводимость:

,

Из сравнения вещественной и мнимой частей уравнения можно определить численное значение емкости С и испытуемого образца, выразив их через показания моста при его равновесии:

(2. 3)

(2. 4).

Описание лабораторной установки

В настоящей работе рассматривается метод измерения и емкости на высоковольтном мосте переменного тока марки Р-595, предназначенногодля работы на частоте 50 Гц. Мост включен по перевернутой схеме, т.е. один из электродов образца заземлен. Принципиальная схема моста приведена на рис. 2. 7. Высокое напряжение от трансформатора, в обмотку низшего напряжения которого включен лабораторный автотрансформатор, подводится к диагонали моста CD. К зажимам АВ подключен индикатор нуля, состоящий из транзисторного усилителя и стрелочного прибора. Низковольтная часть моста состоит из магазинов сопротивлений и емкостей, подбором которых достигается уравновешивание плечей моста.

При равновесии выполняются равенства (2. 1) и (2. 2). Значения тангенса угла диэлектрических потерь снимают непосредственно с лицевой панели моста. Емкость вычисляют по приведенным выше формулам.

Относительная диэлектрическая проницаемость рассчитывают по формуле:

где S – площадь электрода, см² ; d – толщина диэлектрика между электродами, см; – емкость конденсатора, пФ; = 8,854 · 10^-12 – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м.

Удельные потери мощности рассчитывают по формуле:

_~= Вт/м³

Проведение эксперимента

2. 1 Определение , емкости и твердого диэлектрика.

Эксперимент производится в следующей последовательности.

В начале необходимо измерить толщину испытуемого материала и диаметр меньшего электрода. Затем испытуемый образец поместить в высоковольтную камеру, которая снабжена блокировкой, исключающей подачу высокого напряжения при открытой дверце. Дальнейшие действия выполнять в следующей последовательности:

1. Подключить входные зажимы моста к испытуемому образцу.

2. Привести все переключатели и регуляторы в исходное положение:

1) ручку «Чувствительность» - в положении «Выкл.»;

2) сопротивление R₃ – в положении 50 Ом;

3) ручки – в положение 5 %;

4) ручку А – в положение – «+»;

5) переключатель В – в положение, соответствующее предполагаемому значению емкости. Если порядок величины емкости неизвестен, то переключатель В поставить в положение измерения наибольших значений емкости и при уравновешивании установить напряжение 3 кВ, сопротивление – не менее 15 Ом.

3. Включить питание моста.

4. Плавно поднять напряжение до требуемого значения, при этом в элементах схемы не должно наблюдаться появление разрядов.

5. Включить тумблер «сеть». При этом должна загореться лампочка освещения шкалы микроамперметра.

6. Установить ручку «Чувствительность» в такое положение, при котором стрелка микроамперметра отклонится на 30-35 делений.

7. Вращением ручек R₃ и добиться положения, при котором отклонение стрелки микроамперметра будет минимальным (при максимальной чувствительности указателя равновесия).

8. Записать величины R₃ и , а также формулу, указанную у ручки переключателя В.

9. Переключатель «Чувствительность» установить в положение «выкл.», уменьшить испытательное напряжение до нуля, выключить питание моста.

2. 2 Определение зависимостей и от температуры.

Образец поместить в вакуумный сушильный шкаф и подключить к нему зажимы моста. Произвести определение и при различных температурах, начиная с комнатной. Результаты эксперимента представить в виде графиков зависимостей = f ( t ) и = f ( t ).

2. 3 Определение зависимостей и от напряжения.

Подключить зажимы моста к исследуемому образцу диэлектрического материала. Произвести определение емкости и , постепенно увеличивая напряжение с интервалом 500 В.

Таблица № 1

Наименование материала	U, В	R3, Ом			Толщина образца, см	Диаметр электрода, см		~ Вт/м3