Отчет по лабораторной работе №6 / лаба6

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет им. В.И.Ульянова (Ленина) «ЛЭТИ»

Отчет по лабораторной работе №6

Исследование свойств конденсаторных материалов

Выполнил: ст.гр.6862

Проверил:

Санкт-Петербург

2008

1. Основные понятия

Конденсаторные материалы применяются в качестве рабочего диэлектрика в конденсаторах. К основным параметрам конденсатора относятся емкость С, температурный коэффициент емкости (ТКЕ) _с, тангенс угла потерь tg(). Значения этих параметров во многом обусловливаются свойствами используемого материала.

Емкость конденсатора С определяется как отношение накопленного в нем заряда Q к напряжению U, приложенному к обкладкам конденсатора, и зависит отконструкции и геометрических размеров конденсатора, а также от диэлектрической проницаемости диэлектрика. Емкость простейшего плоского конденсатора с электродами, имеющими форму квадрата,

(1) где ₀ = 8.85*10^-12 Ф/м – электрическая постоянная;  – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; l – сторона квадрата; h – толщина диэлектрика. Из выражения видно, что для увеличения емкости конденсатора при минимальных его размерах, следует применять диэлектрики с возможно большим значением .

ТКЕ отражает отклонение емкости, обусловленное изменением температуры и, следовательно, характеризует температурную стабильность емкости конденсатора.

(2)

Дифференцирование выражения (1) дает:

(3)

Разделим выражение (3) на выражение (1):

, или _С =_+2_М -_Д

где _, _М и _д – температурные коэффициенты диэлектрической проницаемости диэлектрика, линейного расширения металла электродов и линейного расширения диэлектрика соответственно. В случае, когда в качестве электродов используется тонкий слой металла, нанесенный непосредственно на диэлектрик, можно считать, что _М = _д, и ТКЕ будет _С = _+_Д .

При включении конденсатора в цепь в нем наблюдаются потери электрической энергии, приводящие к его нагреванию. Потери энергии складываются из потерь в диэлектрике и потерь в проводящих частях конденсатора. Для описания потерь на переменном напряжении обычно используют tg(), где  – угол, дополняющий до 90 угол сдвига фаз между током и напряжением конденсатора. Этот параметр характеризует склонность конденсатора рассеивать энергию.

Различают высокочастотные и низкочастотные конденсаторные материалы. В качестве высокочастотных применяют неполярные полимеры, ионные диэлектрики и другие материалы, у которых на высоких частотах главную роль играет электронная или ионная поляризация. Такие материалы имеют низкое значение tg(). В качестве низкочастотных применяются полярные полимеры, сегнетоэлектрики и т.д. Эти материалы характеризуются повышенным значением tg(), но имеют высокую диэлектрическую проницаемость.

t°С	Материалы
	1		2		3		4		5
	c1 pF	tgδ	c2 pF	tgδ	c3 pF	tgδ	c4 nF	tgδ	c5 nF	tgδ
18	1544,6	11	1478,8	9	1396,2	5	2148	7	1797	70
35	1545,2	12	1478,9	10	1387,8	6	2148	5	2342	187
40	1546,5	12	1479,1	10	1378,6	5	2145	6	3712	190
48	1547,4	13	1479,4	11	1370,4	5	2143	6	3758	164
55	1550,6	13	1479,8	12	1361,8	6	2138	7	3971	148
60	1551,7	14	1479,3	13	1350,7	6	2134	6	8099	226
65	1556,9	16	1481,2	21	1337,4	6	2123	5	9130	64
70	1557	17	1481,8	27	1332,5	6	2120	6	7422	47
75	1560	19	1482,7	37	1324,9	6	2114	6	5635	39
18	1544,6	11	1478,8	9	1396,2	5	2148	7	1797	70

Исходные данные

Материалы

1 Неорганическое стекло

_д1 = 3*10^-6 К^-1;

2 Слюда

_д2 = 13,5 *10^-6 К^-1;

3 Тиконд

_д3 = 8*10^-6 К^-1;

4 Полипропилен

_д4 = 1,1*10^-4 К^-1

5 Сегнетокерамика

_д5 = 12*10^-6 К^-1

Результаты вычислений температурных коэффициентов диэлектрической проницаемости

t°C	Материалы
	1		2		3		4		5
	д =0,000003		0,0000135		αд 0,000008		αд 0,00011		αд 0,000012
	αc	αε	αc	αε	αс	αε	αс	αε	αс	αε
18	0,00017492	0,0001719	4,627E-05	3,277E-05	-0,0009	-0,0009	-0,0002777	-0,000388	0,03747	0,0375
35	0,00017485	0,0001718	4,626E-05	3,276E-05	-0,0009	-0,00091	-0,0002777	-0,000388	0,02875	0,0287
40	0,0001747	0,0001717	4,626E-05	3,276E-05	-0,00091	-0,00092	-0,0002781	-0,000388	0,018139	0,0181
48	0,0001746	0,0001716	4,625E-05	3,275E-05	-0,00091	-0,00092	-0,0002783	-0,000388	0,017917	0,0179
55	0,00017424	0,0001712	4,624E-05	3,274E-05	-0,00092	-0,00093	-0,000279	-0,000389	0,016956	0,0169
60	0,00017412	0,0001711	4,625E-05	3,275E-05	-0,00093	-0,00093	-0,0002795	-0,00039	0,008314	0,0083
65	0,00017353	0,0001705	4,619E-05	3,269E-05	-0,00094	-0,00094	-0,000281	-0,000391	0,007375	0,0074
70	0,00017352	0,0001705	4,617E-05	3,267E-05	-0,00094	-0,00095	-0,0002814	-0,000391	0,009072	0,0091
75	0,00017319	0,0001702	4,615E-05	3,265E-05	-0,00094	-0,00095	-0,0002822	-0,000392	0,011949	0,0119

; _ = _С - _д