Основные определения. Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков

Диэлектрические потери

Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков

Поверхностная электропроводность обусловлена наличием влаги, загрязнениями и различными дефектами поверхности диэлектрика.

Твердость или полярность вещества ↓, чистота и/или ровность поверхности ↑, краевойÐ смачивания ↑ → γ_s ↓.

Диэлектрики

/ \

гидрофобные гидрофильные

(неполярные) (полярные и ионные)

большой краевой Ð смачивания малый Ð смачивания

Влажность сильно повышает γ_s гидрофильных диэлектриков, особенно пористых.

Для ↑ r_s: промывка диэлектрика в кипящей дистиллированной воде или растворителях, прогревание при высокой температуре, механическая очистка и полировка поверхности, покрытие поверхности влагостойкими лаками.

Диэлектрические потери – это часть энергии электрического поля, которая рассеивается в диэлектрике в виде тепла.

Удельные диэлектрические потери – мощность, рассеиваемая в единице объема диэлектрика: р = P/V = E ²γ_a [Вт/м ³]

В электрическом конденсаторе с идеальным диэлектриком (диэлектриком без потерь), вектор тока I_с опережает вектор напряжения на 90° (а).

Угол диэлектрических потерь – это угол δ, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением до 90°.

tgδ = P_a / P_c

tgδ и δ – характеристики способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле.

Добротность (х-ка устройства с диэлектриком) Q = 1/tgδ = ctgδ = tgφ

Параллельная схема замещения диэлектрика (b):

tgδ = I_a / I_c = 1/(ωC_рR)

P_а = UI_a =UI_ctgδ, I_c = UωC_р

P_а = U ² ω C_p tgδ

Последовательная схема замещения диэлектрика (c):

tgδ = U_a / U_c = ωC_sR_s

P_а = IU_a = I²R_s

P_а = U ²ω×C _s tgδ / [ 1 + (tgδ) ² ]

Доброкачественный диэлектрик: tgδ «1, C_s = C_p → P_а = U ² ω C_p tgδ

Комплексная диэлектрическая проницаемость: ε* = ε' - jε"

Коэффициент диэлектрических потерь ε" = ε’tgδ