31.Диэлектрические потери.

Диэлектрическими потерями называют мощность, которая рассеивается в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающее нагрев диэлектрика.

Потери в диэлектриках обнаруживаются как при постоянном напряжении, так и при переменном. Поскольку в диэлектрике наблюдается сквозной ток, обусловленный проводимостью. При постоянном напряжении потери характеризуются значениями удельной объемной и удельной поверхностной сопротивлениями. При переменном напряжении нужно использовать другую характеристику, т.к. кроме сквозного тока возникают другие причины, которые вызывают потри. Диэлектрические потери можно характеризовать рассеиваемой мощностью в единице объема – удельной потери.

Чаще для оценки способности диэлектрика рассеивать мощность в электрическом поле пользуются углом диэлектрических потерь. Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90⁰ угол фазового сдвига  между током и напряжением в емкостной цепи.

Для идеального диэлектрика вектор тока будет опережать вектор напряжения на 90⁰, при этом угол диэлектрических потерь равен нулю.

Тангенс угла диэлектрических потерь непосредственно входит в формулу для величины рассеиваемой мощности и пользуются

Рассмотрим схему эквивалентную конденсаторам диэлектрика, обладающего потерями. Эта схема должна быть выбрана так, чтобы активная мощность, расходуемая в схеме была равна мощности, рассеиваемой в диэлектрике, а ток опережал напряжение на тот же угол, что и рассматривался в конденсаторе. Заменим конденсатор с потерями идеальным конденсатором с последовательно включенным активным сопротивлением или идеальным конденсатором с шунтированным идеальным сопротивлением:

Из теории переменных токов известно, что активная мощность равна: . Для последовательной схемы: . Для параллельной схемы: . Приравнивая 1-ю формулу к 3-й, 2-ю к 4-й, находим соотношения между C_p , C_S , r_p , r_S: .

Для высококачественных диэлектриков можно пренебречь значениями и считать C_p=C_S , r_p=r_S , следовательно, выражения мощности будут равны для обеих схем: ,  - угловая частота, Р_а – активная мощность, U – напряжение, С – емкость.

Выражение для удельной электрической потери: , Е – напряженность, р – удельные потери.

Виды диэлектрических потерь.

Диэлектрические потери по их особенностям и физической природе можно разделить на 4 группы:

1) Диэлектрические потери, обусловленные поляризацией

2) на электропроводность

3) Ионизация диэлектрических потерь

4) Диэлектрические потери, обусловленные неоднородностью структуры.

1. Наблюдается в веществах, обладающих релаксационной поляризацией, в диэлектриках с дипольной структурой, в диэлектриках с ионной структурой, с неплотной упаковкой ионов.

Релаксационные потери обусловлены нарушением теплового движения частиц под влиянием сил электрического поля. Температурные зависимости tg наблюдают некоторый максимум (при этой температуре время релаксации совпадает с периодом изменения приложенного переменного поля).

Диэлектрические потери в сегнетоэлектриках связаны с явлением спонтанной поляризации.

Потери в сегнетоэлектриках значительным при температуре ниже точки Кюри, в это время – спонтанная поляризация. При температурах выше точки Кюри потери сегнетоэлектрика уменьшаются. Диэлектрические потери, связанные с поляризацией можно отнести резонансные потери, они проявляются в диэлектриках при высоких частотах.

2. Они обнаруживаются в диэлектриках, имеющих высокую объемную и поверхностную проводимости и тангенс угла диэлектрических потерь равен: .

Эти потери не зависят от частоты поля. Они увеличиваются с повышением температуры по экспоненсальному закону: , P_a0 – потери при t=0, Р_аТ – потери при температуре Т.  - постоянная материала.

3. Характерным для диэлектриков в газообразном состоянии. постоянный коэффициент, f – частота поля, U – приложенное напряжение, U_i – напряжение составляющее началу ионизации.

Эта формула справедлива, когда

4. Наблюдается в слоистых диэлектриках, которое состоят из пропитанной бумаги или ткани, пластмассонаполнителем, керамики и т.д.