17. Потери в диэлектрике и их влияние на характеристики линии передач.

Термин "диэлектрические потери" возник из-за того, что в идеальном диэлектрике энергия может только накапливаться в виде W=₀ E ²/2, (на единицу объема, см. (2.1)), но не теряться. В реальном диэлектрике часть энергии уходит из электрической цепи, превращаясь в другой вид энергии, а именно в теплоту. Есть два основных канала превращения энергии в тепло: потери за счет проводимости и поляризационные потери.

Потери за счет проводимости при постоянном напряжении определим из известных выражений. Из закона Ома можно определить мощность, поглощенную веществом изоляции P=U²/R_изол, а из закона Ома в дифференциальной форме (ф-ла (1.23)) следует, что за счет обычной проводимости удельные потери мощности составят Для случая переменного напряжения появляются дополнительные потери, связанные с поляризацией и токами абсорбции, которые принято представлять в виде:

При воздействии переменного напряжения, период которого много меньше времени установления соответствующей поляризации, диэлектрическая проницаемость, соответствующая этому виду не устанавливается и потери, связанные с этим малы. Поэтому в неполярных диэлектриках потери малы, практически на всех частотах. Если период переменного напряжения близок к времени установления поляризации, то потери максимальны.

Следует отметить, что диэлектрические потери в любых материалах зависят от температуры, частоты, влажности, напряженности поля. Частотная зависимость потерь является характеристикой материала и определяется для каждого диэлектрического материала не только свойствами молекул материала, но и наличием и составом примесей. Как правило, потери имеют максимум при одной или нескольких частотах, в зависимости от типа молекул. Положение максимумов характеризуется собственными частотами установления поляризации. Они могут быть связаны с поворотом полярных молекул в жидком диэлектрике или с поворотом домена в сегнетоэлектрике. Например для диэлектрика, соответствующего схеме рис.3б потери максимальны при частоте  _м ~1 /  . Исследование частотного поведения потерь, т.н. диэлектрическая спектроскопия позволяет изучать структуру веществ.

Температурная зависимость потерь обычно имеет монотонный характер, потери растут с ростом температуры, хотя у некоторых дипольных диэлектриков наблюдаются локальные максимумы, имеющие ту же природу, что и максимумы в частотной зависимости.

С ростом влажности потери также растут, зачастую весьма значительно. Это связано, как с увеличением сквозной проводимости, так и с поляризацией растворенной и эмульгированной воды.

Увеличение напряженности поля сопровождается ростом tg , что объясняется ростом электропроводности. Причины этого будут подробно рассматриваться в следующем разделе.

18. Эмв на границах раздела сред. Полное прохождение и полное отражение. Влияние поляризации на распространение эмв.

ЭМВ на границе раздела сред

ЭМ явления на границе раздела двух разнородных сред (преломление, отражение и т. п.) играют большую роль в теории ЭМП. Границу раздела будем считать плоской и бесконечно протяженной, что позволяет использовать для анализа приближения геометрической оптики и рассматривать ЭМВ в виде лучей. Полученные результаты справедливы и для криволинейных граничных поверхностей и неплоских ЭМВ, если их радиус кривизны значительно больше .

Расположим координатные оси так, чтобы оси y и z лежали в плоскости границы раздела сред (рис. 13.1), а ось x совпадала с направлением вектора нормали ( ) для второй среды (₂, ₂).

что позволяет сформулировать законы, открытые еще в XVII веке в приближении геометрической оптики В. Снеллиусом и уточненные Р. Декартом [1]:

• векторы падающей, отраженной и прошедшей ЭМВ лежат в одной плоскости (плоскости распространения);

• угол падения равен углу отражения ( );

• отношение синусов углов падения и преломления равно отношению комплексных коэффициентов распространения во второй и первой средах (закон преломления В. Снеллиуса):

. (13.3)