Pierderile dielectrice sunt energia disipată pe unitatea de timp într-un dielectric când se aplică un câmp electric și provoacă încălzirea dielectricului.
Pierderile dielectrice din dielectric pot fi caracterizate de puterea disipată, care este determinată de formula
P = U2 · # 969; C · tg # 948;
unde # 969; - frecvența unghiulară (# 969; = 2πf); C este capacitatea dielectrică; U este tensiunea aplicată dielectricului; tg # 948; Este tangenta unghiului de pierdere dielectrică.
Figura 4 prezintă circuitul de înlocuire și diagrama vectorială a dielectricului cu pierderi. Unghiul pierderilor dielectrice este unghiul care completează până la 90 ° unghiul de schimbare a fazei # 966; între curent și tensiune în circuitul capacitiv.
Fig. 4. Schema de înlocuire a) și diagrama vectorială b) dielectrică
Tipuri de pierderi dielectrice. Pierderile pierdute prin caracteristicile și natura fizică pot fi împărțite în patru tipuri principale:
1) pierderile datorate polarizării;
2) pierderile datorate conductivității;
3) pierderile prin ionizare;
4) pierderile datorate eterogenității structurii.
Pierderile dielectrice datorate polarizării. Dintre toate tipurile de polarizare cu pierderi, dipolul și relaxarea cu ioni sunt cele mai frecvente în dielectrici. Ei au modele generale:
a) tg # 948; la o anumită frecvență f1 are un maxim;
b) pentru tg # 948; un maxim este de asemenea observat la o anumită temperatură t1, care este caracteristică pentru un dielectric dat.
În schema de substituție, aceste tipuri de pierderi sunt bine descrise de un lanț de capacitate C și rezistență r (figura 4, a).
Pierderile dielectrice datorate conductivității tranzitorii a substituției sunt bine descrise de rezistența R
(Figura 4, a). Ele nu depind de frecvență:
Deoarece rezistența R depinde de temperatură, depind și de pierderile din aceasta. Ele cresc cu temperatura conform legii exponențiale:
unde A și b sunt constante materiale.
tangentă # 948; în acest caz se poate calcula din formula
unde f este frecvența tensiunii, Hz; # 961; - rezistivitate;
Ionizarea pierderilor dielectrice. Aceste pierderi sunt inerente dielectricilor gazoase. Acestea apar dacă tensiunea aplicată dielectricului depășește valoarea critică Ucr. la care începe procesul de ionizare. Până la tensiunea Ucr, pierderile dielectrice sunt practic zero și apoi cresc brusc și pot fi estimate din formula aproximativă
unde A este un coeficient constant, f este frecvența câmpului.
Pierderile de ionizare se produc, de asemenea, în dielectrice lichide și solide în bule de gaz și incluziuni.
Pierderile dielectrice datorate eterogenității structurii. Ele sunt observate în dielectrici stratificate: hârtie impregnată cu ulei, în PCB ceramic poros, fibră de sticlă, etc. Având în vedere diversitatea structurii dielectricilor neomogene formula generală de calcul a pierderii dielectrice nu există ...
Pierderi dielectrice în gaze. Pierderile dielectrice în gaze la intensități ale câmpului sub valoarea necesară pentru dezvoltarea ionizării la impact a moleculelor de gaz sunt foarte mici. În acest caz, gazul poate fi practic considerat ca un dielectric ideal. Pierderile dielectrice de gaze Sursa poate fi doar o conductivitate electrică, deoarece orientarea moleculelor dipol în polarizare lor de gaze din cauza distanțelor mari dintre moleculele nu este însoțită de pierderi dielectrice.
Dar, deoarece conductivitatea electrică a gazelor este foarte mică, unghiul de pierdere dielectric este neglijabil. Valoarea tg # 948; poate fi determinată din formula (1). Pentru gazul tg # 948; ≈ 4 · 10 -8.
La intensități de câmp mai mari decât Ecr în ionizarea gazelor începe, iar pierderile cresc brusc.
Pierderi dielectrice în dielectric lichid. Dintre dielectricii lichizi, ar trebui să se țină seama separat de cele nepolare și polare.
În lichide nepolare, pierderile dielectrice se datorează numai conductivității electrice. În dielectricul lichid pur, conductivitatea electrică este mică, astfel că pierderile dielectrice sunt mici. Puteți calcula tg # 948; prin formula (1). De exemplu, pentru un ulei condensator de ulei, obținem tg # 948; ≈ 0,001. Pierderile dielectrice ale dielectricilor nepolare depind de temperatură, deoarece rezistența specifică a dielectricului lichid scade cu creșterea temperaturii. Într-un izolator nepolar, tg # 948; cu scăderea frecvenței crescătoare. Și pierderile dielectrice nu depind de frecvență.
În lichidul polar, pierderile sunt cauzate de două motive:
a) conductivitatea electrică; b) polarizarea dipolului.
Pierderile cauzate de conductivitatea electrică depind doar de temperatură. Pentru polarizarea dipolului, tg # 948; are un maxim la o anumită temperatură t1. Dacă luăm acum în considerare ambele tipuri de pierderi și rezumăm ambele relații, obținem graficul prezentat în figura 5a. Efectul frecvenței f pe tg # 948; iar puterea disipată este prezentată în figura 5b
Figura 5. Efectele temperaturii a) și ale frecvenței b) asupra pierderilor din polar
Pierderile dielectrice în dielectricii solizi. În dielectrici solizi, sunt posibile toate tipurile de polarizare și pierderi. Pentru a determina regularitățile generale, dielectricii solizi sunt împărțiți în următoarele grupuri.
1. Dielectricitatea structurii moleculare:
a) nepolar, b) polar.
2. Dielectricitatea structurii ionice:
a) ambalajele închise, b) ambalajele libere.
4. Dielectricitatea unei structuri neomogene.
Dielectricii non-polari au pierderi dielectrice neglijabile și sunt utilizate ca dielectrice de înaltă frecvență. tangentă # 948; pentru ei este posibil să se calculeze prin formula (1). Pierderile dielectrice pentru dielectrice nepolare sunt independente de frecvență. Pe măsură ce crește temperatura, rezistivitatea dielectricului scade, ceea ce duce la o creștere a tangentei pierderii dielectrice.
Schimbarea tg # 948; privind temperatura și frecvența în dielectrici polari
este aceeași ca și pentru un dielectric polar lichid.
Substanțele solide ale structurii ionice cu densitate densă a ionilor au doar două tipuri de polarizare: electronice și ionice. În aceste dielectrice, pierderile dielectrice sunt foarte mici. La temperaturi ridicate, astfel de pierderi măresc pierderile prin conductivitate. Cu frecvență în creștere tg # 948; scade, la fel ca în dielectrice nepolare, deoarece curentul activ rămâne constant, iar curentul reactiv crește.
Particule solide Structura ionică cu umplutură în vrac de ioni este ion considerabil de relaxare polarizare, astfel încât modelele observate ale schimbării tg # 948; de la temperatură și frecvență, caracteristic pentru polarizarea dipolului.
Există două tipuri de pierderi:
a) pierderile cauzate de mișcarea ionilor liber legați. Acestea sunt considerate ca pierderi datorate conductivității electrice, crescând cu temperatura și aproape independente de frecvență (tg # 948, scade cu frecvență în creștere);
b) pierderile cauzate de polarizarea relaxării, pentru care tg # 948; depinde de temperatură și frecvență.
Pentru majoritatea electroceramicii, numărul de ioni care participă la polarizarea de relaxare crește continuu cu temperatura, deci maximul de tg # 948; De asemenea, nu există nici o dependență de temperatură de tg # 948; ca dielectrice nepolare, are un caracter exponențial în prima aproximare.
O caracteristică a feroelectricilor este aceea că polarizarea spontană se manifestă într-un anumit interval de temperatură până la punctul Curie. Pierderile dielectrice în feroelectricilor mică schimbare de temperatură în regiunea de polarizare spontană și slumping la o temperatură peste punctul Curie când structura domeniului se prăbușește.
Dependențe tg # 948; din punct de vedere al temperaturii și frecvenței în dielectricitatea unei structuri neomogene sunt foarte complexe și sunt definite ca sumele dependențelor componentelor.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: