3.3 Диэлектрические потери в стекле

Если к диэлектрику приложено постоянное электриче­ское напряжение, то потери энергии обусловлены только его проводимостью. Переменное напряжение электрического поля вызывает в диэлектрике дополнительные потери, кото­рые часто значительно превышают потери, связанные с проводимостью диэлектрика.

Диэлектрическими потерями называют ту часть электри­ческой энергии, которая при прохождении переменного то­ка через диэлектрик теряется в нем, превращаясь в тепло. Вследствие этих потерь диэлектрик в сильных высокочас­тотных электрических полях разогревается и нарушает нормальную работу того или иного электрического прибора. Конденсатор с идеальным диэлектриком обладает только емкостным сопротивлением, поэтому в нем тепло не выделяется. Кон­денсатор с диэлектриком из стекла обладает не только ем­костным, но и активным сопротивлением, поглощая неко­торое количество энергии, составляющей диэлектриче­ские потери.

Величину диэлектрических потерь определяют по урав­нению:

,

где Q_п – мощность, поглощаемая конденсатором; Е – напряжение на обкладках конденсатора; I – сила переменного тока; – угол сдвига фаз между током и напряжением.

Диэлектрические потери в стеклах складывается из по­терь проводимости, релаксационных и структурных.

Потери проводимости обусловлены электропроводностью стекла. Эти потери преобладают в основном при технической частоте тока при высоких же частотах они очень малы и зависят от температуры, частоты тока и со­става стекла.

Релаксационные потери связаны с тепловым движением слабосвязанных ионов. Величина этих потерь особенно воз­растает в области температуры размягчения стекла, а также с увеличением частоты тока; при высоких частотах этот вид потерь является преобладающим.

Структурные потери обусловлены особенностями строе­ния диэлектрика и зависят от степени упаковки элементар­ных частиц. Эти потери не связаны с тепловым движением и не зависят от температуры. При технических и низких час­тотах тока структурные потери ничтожны; они значительно возрастают только в области частот, соответствующих соб­ственным колебаниям ионов..

Твердые неорганические диэлектрики – кристаллы, стек­ла и керамические материалы – имеют сравнительно малые диэлектрические потери, которые сильно зависят от соста­ва и структуры диэлектрика. В стеклах высокочастотные потери значи­тельно превышают омические.

Влияние химического состава стекла на величину ди­электрических потерь подобно влиянию его на электро­проводность стекла, т.е. компоненты, увеличивающие элек­тропроводность, повышают и диэлектрические потери в стекле. Соответственно, стекла, содержащие малоподвижные ионы имеют малую электропроводность и малые диэлектриче­ские потери. Чистое кварцевое стекло имеет очень малые потери и проводимость, а также небольшую диэлектриче­скую проницаемость. Обычные стекла, содержащие ще­лочные и щелочноземельные окислы, наоборот, имеют зна­чительные потери и проводимость, а также повышенную диэлектрическую проницаемость.

Термическая обработка стекла заметно влияет на величи­ну диэлектрических потерь. Так, закалка стекла почти уд­ваивает угол диэлектрических потерь по сравнению с нор­мально отожженным стеклом.