16. Электропроводность диэлектрика, ток утечки и ток поляризации. Поверхностное и объёмное сопротивление диэлектриков.

Электропроводностью называется способность вещества проводить ток под действием внешнего поля. В реальном диэлектрике, за счёт примесей и несовершенства структуры, может быть некоторое количество свободных электронов, которые, перемещаясь в электрическом поле, создают ток сквозной проводимости или ток утечки, т.к. количество свободных электронов невелико, то и ток очень мал. Смещение связанных зарядов вызывает ток смещения. Эти токи возникают в момент включения и выключения электрического поля.

В переменном электрическом поле токи смещения возникают при изменении фазовой напряженности внешнего поля, т.е. всегда, пока приложено напряжение.

Количественной мерой электропроводности является удельное объёмное сопротивление ⍴_v и удельное поверхностное сопротивление ⍴_s. Удельное объёмное сопротивление ⍴_v численно равно сопротивлению куба с рёбрами в 1 метр, если ток проходит через объём между противоположными гранями куба.R=⍴l/S, ⍴=RS/l, ⍴_v=R_vS/l, Ом*м.

Удельное поверхностное сопротивление ⍴_s численно рано сопротивлению квадрата любомго размера на поверхности диэлектрика, если то проходит между противоположными сторонами квадрата. ⍴_S=R_s*l/h, Ом. Удельное поверхностное сопротивления сильно зависит от состояния поверхности, поэтому оно изменяется (от влажности, загрязнённости, степени окисления и т.п.).

17. Потери в диэлектриках. Причины потерь. Векторная диаграмма токов и напряжений в диэлектрике. Тангенс угла диэлектрических потерь.

Потерями в диэлектрике называется мощность, рассеиваемая в диэлектрике, помещённым в электрическое поле и вызывающая нагрев диэлектрика, т.е. энергию электрического поля, затрачиваемую на нагрев диэлектрика в течении 1 секунды.

Существует 2 причины потерь: 1.нагрев за счёт тока сквозной проводимости, т.е. за счёт тока утечки 2.нагрев за счёт тока поляризации или тока смещения.

Для инженерных расчётов диэлектрических потерь пользуются количественным параметром, называемым тангенсом угла диэлектрических потерь. Если диэлектрик внести в переменное электрическое поле, то векторная диаграмма имеет вид:

где δ - угол диэлектрических потерь.

Активный ток I_а совпадает по фазе с напряжением, а реактивный ток I_р опережает напряжение на 90⁰. Полный ток I опережает напряжение на угол φ. Дополняющий угол δ сдвига фаз между током и напряжением до 90⁰ называется углом диэлектрических потерь. Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует потери в диэлектрике. По значению tgδ оценивают качество диэлектрика. Чем больше tgδ, тем хуже диэлектрик. Для хороших диэлектриков tgδ≤10^-4. tgδ=I_a/I_р. P_потерь=I_a*U. Чем больше I­а­ в диэлектрике, тем больше потери, но при увеличении активного тока возрастает tgδ. I_р=U/x_c=U/(1/wc)=Uwc=U2πfc I_a=tgδ*I_р Р_потерь=tgδ*U*2πfc*U=U²*2πfc*tgδ. Потери в конденсаторе зависят от приложенного напряжения, частоты, ёмкости и качества диэлектрика.

18. Мощность, теряемая в диэлектрике (вывести формулу потерь).

I_р=U/x_c=U/(1/wc)=Uwc=U2πfc I_a=tgδ*I_р Р_потерь=tgδ*U*2πfc*U=U²*2πfc*tgδ.