2018-01-08
542
Большинство диэлектриков теряют поляризацию, когда исчезает внешнее поле. Но есть определенный класс диэлектриков, которые сохраняют поляризацию и при отсутствии внешнего поля. Такие диэлектрики называются электретами. К ним относится пчелиный воск, плексиглас, титанат бария и прочие вещества, преимущественно искусственного происхождения. На основе электретов создано большое количество приб Из последнего вытекает, что сила, действующая на электрический заряд в диоров, которые применяются в современной электронной технике. Среди них наиболее распространенными являются различные датчики, микрофоны и т. п.
Диэлектрики, сохраняющие состояние поляризации, называются электретами.
Электрет — электрический аналог постоянного магнита.
1.6 Потери энергии в диэлектриках.
Когда в диэлектрике происходят процессы поляризации, через него протекает электрический ток, вызванный этими процессами, поскольку при поляризации перемещаются электрические заряды. Ток, сопутствующий электронной поляризация, протекает в очень малые промежутки времени и может считаться мгновенным. Он получил название тока смещения (/см). Другие же виды поляризации (дипольная, объемно-зарядная) осуществляются в большие промежутки времени. Электрический ток, вызванный этими видами поляризации, называется током абсорбции (/абс). Кроме этих двух токов, через каждый диэлектрик проходит еще ток проводимости (/пр). Таким образом, в диэлектрике под действием приложенного напряжения протекает общий ток, состоящий из трех отдельных токов:
|
|
|
I = /см + /абс + /пр .
Изменение этого тока в зависимости от времени его протекания (т) в диэлектрике (с момента приложения постоянного напряжения) показано на рис. 1.
В первый момент приложения напряжения величина тока значительно больше, чем спустя некоторое время, когда в диэлектрике остается лишь ток проводимости (/пр). Это объясняется тем, что ток смещения и ток абсорбции быстро прекращаются, так как они были вызваны быстро заканчивающимися поляризациями. Так обстоит дело при постоянном напряжении. Если же диэлектрик включить под переменное напряжение, то все эти три тока будут протекать через диэлектрик в течение всего времени, пока он будет находиться под переменным напряжением. Все три тока в диэлектрике можно наглядно изобразить в виде векторной диаграммы, показанной на рис. 17.6. Здесь напряжение U отложено в виде горизонтально расположенного вектора, ток смещения /см (как опережающий напряжение на полпериода, 90°) изображается вектором, перпендикулярным к вектору напряжения U. Поскольку ток абсорбции не является мгновенным, он изображается вектором /aдс, который тоже опережает вектор напряжения U, но меньше чем на полпериода. Ток же проводимости /прсовпадает по времени (по фазе) с напряжением U. Пользуясь правилом геометрического сложения векторов, сложим три тока, перенося векторы I абс и I пр параллельно самим себе. В результате сложения получим общий ток в диэлектрике в виде вектора / об (рис. 60). Угол между векторами общего тока /об и напряжения U обозначают греческой буквой φ (фи) и.называют углом сдвига фаз. Угол, дополняющий φ до 90°, т. е. угол между общим током /об и током смещения /см, обозначают греческой буквой б (дельта) и называют углом диэлектрических потерь.
|
|
|
Рисунок 1. Рисунок 2.
Рис. 1. Изменение I в диэлектрике от времени приложенпостоянного U.
Рис. 2. Векторная диаграмма I в диэлектрике под переменным U.
Из векторной диаграммы I (рис. 2) находим, что:
Ia/ Ip = tgδ
Из этого соотношения следует, что величинаактивного Ia в диэлектрике:
Ia=Iptgδ.
Формула для подсчёта активной мощности Pa имеет вид:
Ра = U2ωC tgδ, вт,(1)
где ω – круговая частота = 2πf; f – частота переменного тока.
Из этой формулы следует, что при заданной величине U, его частоте и емкости потери энергии в изоляции yдут зависеть от значенияtg δ.
Диэлектрические потери представляют собой часть энергии электрического поля, которая превращается в диэлектрике в тепло и нагревает его. При частотах свыше 20 кГц величина потерь становится одним из самых важных параметров диэлектрика.
Для определения потерь диэлектрика, его удобно рассматривать как конденсатор в цепи переменного тока. У идеального конденсатора угол сдвига фаз между током и напряжением равен 90°, поэтому Pa=0 Диэлектрик не является идеальным конденсатором, и угол сдвига фаз у него меньше 90° на угол δ. Этот угол называется углом диэлектрических потерь.
Тангенс угла δ и диэлектрическая постоянная ε характеризуют удельные потери (на единицу объема диэлектрика):
Р= kE2f ε tg δ, Вт/м3
