2.4. Схема замещения диэлектрика.

Н

Рис.5. Диэлектрик сложного состава с различными механизмами поляризации в электрическом поле и его эквивалентная схема замещения.

а рис.4. представлен подключенный к источнику напряжения диэлектрик сложного состава с различными механизмами поляризации и его эквивалентная схема замещения (рис.5).

К электродам подключен источник постоянного напряжения U. Приложенное напряжение создает в диэлектрике электрическое поле, на которое диэлектрик реагирует путем поляризации.

На схеме замещения обозначены: C₀, Q₀– емкость и заряд конденсатора в вакууме, эти параметры не зависят от вида диэлектрика;C₀, Q₀ – емкость и заряд обусловленный действиемi-го механизма поляризации, R_di – сопротивления, обусловленные потерями энергии для этих механизмов поляризации. Например, для деформационных видов поляризации это сопротивление равно нулю, а для релаксационных – больше нуля;R_н – активное сопротивление изоляции сквозному току утечек, который обусловлен движением свободных заряженных частиц. Таким образом, схема замещения диэлектрика содержит как реактивные компоненты (емкость), отображающие способность диэлектрика накапливать энергию электрического поля, так и активные компоненты (сопротивления), обусловленные как потерями некоторых механизмов поляризации, так и сопротивлением сквозному току.

2.5. Зависимость диэлектрической проницаемости от различных факторов.

Согласно уравнению Клаузиуса-Мосотти-Дебая, диэлектрическая проницаемость диэлектрика зависит от концентрации молекул nв диэлектрике и поляризуемостиα каждой молекулы. В свою очередьnиα зависят от природы диэлектрика, температуры окружающей среды и от частоты приложенного напряжения.

2.5.1. Газообразные диэлектрики.

Газы имеют низкую молекулярную плотность, значения nмалы, и ля большинства газов характерна только электронная поляризация. Поэтому у газов диэлектрическая проницаемость незначительно превышает единицу и не зависит ни от температуры, ни от частоты напряжения во всем диапазоне частот. Диэлектрическая проницаемость воздуха при нормальных условиях равна 1,00059. При относительной влажности 100% диэлектрическая проницаемость воздуха возрастает до 1,00074. В инженерных расчетах для воздухообразующих газов принимаютε = 1.

Контрольные вопросы по лекции №4.

1. Представление о доменной поляризации.

2. Механизм образования некомпенсированных поверхностных зарядов в диэлектрике.

3. Диэлектрическая проницаемость. Определение.

4. Схема замещения диэлектрика.

5. Диэлектрическая проницаемость газов.

2.5.2. Неполярные жидкие и твердые диэлектрики.

К этой группе принадлежат, например, трансформаторное масло, парафин и др. Эти вещества обладают в основном электронной поляризацией. Поэтому они обладают низкими значениями диэлектрической проницаемости (ε = 2,1 – 2,5). Эта величина больше, чем у газов, что связано с большей плотностью и большим значением концентрации частицn. Диэлектрическая проницаемость неполярных диэлектриков практически не зависит от частоты. При нагревании диэлектрическая проницаемость монотонно снижается, так как в результате теплового расширения снижается концентрация молекул в единице объёма.

Н

Рис.5. Схематическая зависимость диэлектрической проницаемости от температуры T.

а рис.5. представлена схематическая зависимость диэлектрической проницаемости от температурыT. На кривой 2 наблюдается скачкообразное уменьшение диэлектрика в точке плавления (для парафинаT_пл= 50^◦С). Величина, характеризующая изменение диэлектрической проницаемости ε на один градус, называется температурным коэффициентом диэлектрической проницаемостиTK_ε.