46.Диэлектрические потери в полярных диэлектриках.

Диэлектрические потери, часть энергии переменного электрического поля в диэлектрической среде, которая переходит в тепло. При изменении значения и направления напряжённости Е электрического поля диэлектрическая поляризация также меняет величину и направление; за время одного периода переменного поля поляризация дважды устанавливается и дважды исчезает. Если диэлектрик построен из молекул, которые представляют собой диполи (полярные молекулы) или содержит слабо связанные ионы, то ориентация таких частиц или смещение в электрическом поле (ориентационная поляризация) требуют определённого времени (время релаксации). При этом вызывается ток абсорбции I. В результате максимум поляризации не совпадает во времени с максимумом напряжённости поля, т. е. имеется сдвиг фаз между напряжённостью поля и поляризацией. Благодаря этому имеется также сдвиг фаз между напряжённостью электрического поля Е и электрической индукцией D, который и обусловливает потери энергии We.

При нахождении диэлектрика в электрическом поле в нем развиваются два процесса: электропроводность и поляризация. Оба процесса сопровождаются потерями энергии электрического поля. Потери на электропроводность при росте частоты снижаются. Однако на определенных частотах резко возрастает резонансная поляризация полярных молекул различных компонентов диэлектрика, поэтому коэффициент диэлектрических потерь Кd на этих частотах резко возрастает, а, следовательно, возрастают потери.

Наличие максимумов коэффициента диэлектрических потерь на определенных частотах ограничивает применение полярных диэлектриков в высоко частотных полях. Так, в качестве изоляции в высокочастотных радиокабелях типа РК-75 используется полиэтилен с неполярными молекулами. В силовых проводах типа АППВ в качестве материала изоляции используется полихлорвинил с полярными молекулами. Если в радиокабеле вместо полиэтилена использовать полихлорвинил, то при рабочих частотах — десятки и сотни мегагерц — потери будут настолько велики, что сигнал по кабелю проходить не будет. Напротив, в силовом кабеле недопустимо использовать в качестве изоляции полиэтилен, поскольку у материалов с неполярными молекулами прочность существенно ниже, чем у материалов с полярными молекулами.

47.Пробой диэлектриков. Механизм пробоя.

При повышенных значениях напряженности поля в диэлектрике на­блюдается значительное возрастание тока, причем ток возрастает по экспо­ненциальному закону. При достижении некоторой разности потенциалов ме­жду электродами диэлектрик утрачивает способность удерживать приложен­ное к нему напряжение, это явление называется пробоем диэлектрика и со­провождается его разрушением в месте (канале) пробоя. Напряжение, при­ложенное к диэлектрику и вызывающее его пробой, называется пробивным напряжением Unp (измеряется в В, кВ, MB).

Свойство диэлектрика выдерживать высокое напряжение количествен­но выражают напряженностью электрического ноля Е. Величина Е, при ко­торой произошел пробой диэлектрика, называется электрической прочно­стью Е_пр и определяется по формуле:

, МВ/м, где h - толщина диэлектрика в месте пробоя, м.

Механизм пробоя определяется состоянием вещества: в газах пробой обусловлен явлением ударной ионизации и фотоионизации; в жидких ди­электриках пробой происходит в результате тепловых и ионизационных про­цессов; в твердом теле вызывается электрическими, тепловыми и электрохи­мическими процессами.