Лабы | |||
Физика | |||
Лекции | |||
Задачи | |||
Термин возник из-за того, что в идеальном диэлектрике энергия может только накапливаться
в виде W = e0eE2/2,
(на единицу объема, см.8.1.), 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 P = U2/Rизол,а
из закона Ома в дифференциальной форме (формула (8.5)) следует, что за счет обычной
проводимости удельные потери мощности составят p = E2/r.
Для случая переменного напряжения появляются дополнительные потери, связанные
с поляризацией и токами абсорбции, которые принято представлять в виде:
P = U2wC
tgd
(8.11)
Ir
|
Рис
8.5 Векторная диаграмма токов в диэлектрике с потерями. |
где
d
-угол диэлектрических потерь,
смысл которого можно понять из векторной диаграммы рис.8.5.,
tgd
= Ia/Ic - отношение активного
тока к реактивному. В принципе физический смысл tgd
можно понять из общих соображений. Мощность потерь - это активная мощность, произведение
активного тока на напряжение. Можно пойти от известного угла между током и напряжением
j
P = UIcosj,
выразив I через реактивный ток I = Iр/sinj,
получим P = U2wC
ctgj,
откуда видно что d
= p¤2-j.
В некоторых случаях целесообразно рассмотреть удельные диэлектрические потери
р = Е2wee0
tgd.
В
заключение приведем выражения для tgd
для разных схем замещения диэлектрика:
Схема
рис.8.1. tgd
= 1/wRC;
Последовательная схема замещения tgd = wrC;
Схема
рис.8.2.
tgd
= (R+Rп)/wRRпC;
Схема
рис. 8.3б tgd
=
; t
= R2C2.
Следует отметить, что потери 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.8.3б потери максимальны при частоте
wм
~1/t.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
воды, и эмульгированной воды.
Увеличение напряженности поля сопровождается ростом tgd,
что объясняется ростом электропроводности. Причины этого будут подробно рассматриваться
в следующем разделе. Термопластичными электроизоляционными материалами являются такие, которые, будучи
твердыми в исходном, холодном состоянии, размягчаются при нагреве и растворяются
в соответствующих растворителях. После охлаждения эти материалы вновь отвердевают.
При повторном нагреве сохраняется их способность к размягчению и растворению в
растворителях.