Материаловедение. Варжицкий Л.А. - 21 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СамГУПС | Самара

Составители: 

Рубрика: 

электронная поляризация устанавливается за субпикосекундные интервалы
времени (10-15с), ионная – за пикосекундные (10-12с), дипольная - за
наносекундные (10-9с), а доменная - за микросекундные интервалы Δt.
Рассмотрим особенности потерь в диэлектриках разных видов.
Низкие потери в газообразных диэлектриках обусловлены как малой
электропроводностью, так и малой поляризацией, даже в случае дипольных
молекул, поскольку малы его концентрация
и вязкость.
Сравнительно низкие потери в полиэтилене и некоторых других полимерах
обусловлены преимущественно поляризацией молекул и групп молекул
вещества. При этом потери происходят, в основном, за счет наличия примесей
(их поляризации и движения).
Потери в жидких диэлектриках (типа трансформаторного масла), связаны с
наличием слабополярных групп в молекулах и наличием ионных
примесей.
В сегнетоэлектриках потери высоки в области мегагерцовых частот, что
обусловлено установлением доменной поляризации.
Частотная зависимость потерь является важной характеристикой материала и
определяется не только структурой материала, но и наличием и составом примесей. Как
правило, потери имеют максимум при одной или нескольких частотах, в зависимости от
строения диэлектрика. Положение максимумов на частотной оси характеризуется
собственными частотами установления поляризации. Они могут быть связаны с поворотом
полярных молекул в жидком диэлектрике или с поворотом домена в сегнетоэлектрике.
При воздействии переменного напряжения, период которого много меньше времени
установления соответствующей поляризации, диэлектрическая проницаемость и,
соответственно, потери - малы. Поэтому в неполярных диэлектриках потери малы практически
на всех частотах. Если период переменного напряжения близок к времени установления
поляризации, то потери достигают максимального значения.
Физически это можно представить следующим образом на примере дипольной
поляризации. При воздействии напряжения диполи начинают поворачиваться и ориентируются
вдоль действия электрического поля примерно к моменту окончания первого полупериода
напряжения. На следующем полупериоде они разворачиваются и ориентируются в новом
направлении примерно к его окончанию. Это явление по своей сути напоминает резонанс.
Получается, что диполи
непрерывно вращаются, а поскольку этот процесс происходит в
вязкой среде, то энергия движения, поступающая из электрического поля, передается
окружающим молекулам. В результате этого энергия, поступающая из источника, расходуется
на нагревание диэлектрика. При воздействии переменного напряжения, период которого много
больше времени установления соответствующей поляризации, диэлектрическая
проницаемость, соответствующая этому виду максимальна и
потери, связанные с этим малы.
Знание частотной зависимости tgδ необходимо для рационального выбора диэлектрика
(или типа применяемого конденсатора), работающего при вполне определённых напряжениях
и частотах, определяющих уровень диэлектрических потерь, а значит и температуру
материала, которая не должна превышать предельно допустимую.
Следует отметить, что влиянию температуры, частоты, влажности, напряженности поля
подвержены не только диэлектрические потери, но и другие электрические характеристики
диэлектриков – диэлектрическая проницаемость ε и проводимость γ. Причинами этого
является зависимость характера движения связанных и свободных зарядов от этих факторов.

Страницы