Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков, страница 11

В температурной зависимости tgδ полярныхполимеров может наблюдаться несколько максимумов tgδ - α, β, γ, δ (см. рисунок)тогда, когда у полимера имеются полярные группы, обладающие различнойподвижностью (дипольно-групповые потери). При температуре выше температурыстеклования Тс у полимеров возможна ориентация крупных блоков макромолекулы сегментов (дипольно-сегментальная поляризация).49Рис. 3.8. Зависимость тангенса угла диэлектрическихпотерь от температуры для полимерного диэлектрикаДипольно-сегментальнаяполяризацияприводиткпоявлению"высокотемпературного" максимума (α). Этот вид поляризации может не наблюдаться уполимеров с очень жесткими макромолекулами. Характерная зависимость tg δ от Т дляполимерного диэлектрика с дипольно-групповыми (β, γ, δ) и дипольносегментальными потерями (α) показана на рисунке 3.8.Диэлектрические потери в неорганических диэлектрикахОбзор экспериментальных частотных и температурных зависимостей тангенсаугла диэлектрических потерь в стеклах, керамике, ситаллах был проведен вмонографии М.Д.

Машкович, главным образом для диапазона СВЧ, что исключительноактуально. Установлено, что на частотах выше 107 - 108 Гц диэлектрические потеримонотонно растут, как показано на рисунке.Рис. 3.9. Зависимость тангенса угла диэлектрическихпотерь от частоты для исходного стекла (1) и ситаллов(2,3) (по М.Д.Машкович):1 – стекло 1; 2 – стекло 5; 3 – стекло С49-2Наиболее пологая зависимость tg δ (см.

рисунок) у боросиликатного стекла 1 смалым содержанием ионов модификаторов, наиболее резкое изменение у tg δсвинцовосиликатного стекла 6 (кривая 4) . Составы указанных стекол приведены в50таблице . Изменение tg δ от частоты для исходного стекла и ситаллов системы Li2OAl2O3-SiO2 показано на рисунке. Рост tg δпри СВЧ у ситаллов обусловленрелаксационными процессами в кристаллических фазах.Рис. 3.10.

Изменение тангенса угла диэлектрическихпотерь от частоты для стекол разного состава (поМ.Д.Машкович):1 – стекло 1; 2 – стекло 5; 3 – стекло С49-2;4 – стекло 6В области СВЧ наиболее слабо поглощают лишь чисто кварцевое иборосиликатное стекла. Стеклообразная фаза в керамике или ситалле служитосновной причиной роста tg δ с частотой при СВЧ.Индекс стеклаСостав стеколСодержание, мол. %SiO2B2O3Al2O3BaOДругие окислы153.035.57.04.6559.6-3.335.31.8.CaOС49-272.417.42.2-5NaO; 3.0.K2O658.8-2.0-39.2.PbOДефекты в кристаллах, например в корунде, могут быть причиной релаксационныхпотерь, проявляющихся в диапазоне СВЧ при температурах, близких к комнатной.Повышенные диэлектрические потери в диапазоне СВЧ наблюдаются так же ввысокоглиноземистой керамике, зависимости tgδ от температуры для которой показанына рисунке.Диэлектрические потери в неоднородных диэлектрикахВо многих устройствах электроизоляционной, кабельной, электронной техникиприменяемые диэлектрические материалы являются макроскопически дефектнымисредами.

Примером таких диэлектриков является многослойная бумажная изоляцияэлектрических вводов, кабелей диэлектрика силовых бумажных конденсаторов,объемно-пористых диэлектриков электролитических конденсаторов и др. Такиематериалы относятся к макроскопически неоднородным диэлектрикам.В электрическом поле в таких диэлектриках практически мгновенноустанавливается распределение электрического поля в соответствии с распределениемдиэлектрической проницаемости.

В переменных полях протекание замедленных51абсорбционных процессов поляризации приводит к диэлектрическому поглощению.Процесс оседания свободных зарядов на границах раздела, приводящий к искажениюэлектрического поля, часто называют межповерхностной или объемнойполяризацией.

Подобного типа поляризационные процессы возможны и в однородныхдиэлектриках при наличии в них структурных дефектов, дислокаций, трещин и т.п.Неоднородный диэлектрик с проводящими включениями в переменномэлектрическом поле может рассматриваться как диэлектрик, содержащий диполи.После оседания на границах раздела носителей заряда их можно рассматривать какдиполь, направление момента которого изменяется вместе с изменением направлениявнешнего электрического поля. При низких частотах поверхностный заряд успеваетполностью сформироваться и диэлектрические потери оказываются малыми, так какполяризация находится в фазе с электрическим полем.

При высоких частотахдиэлектрические потери также малы, так как поверхностная поляризация не успеваетустанавливаться за полупериод. В области промежуточных частот диэлектрическиепотери велики, так как время полупериода будет сопоставимо с временем релаксацииповерхностной поляризации. Следовательно, этот вид поляризации обусловливаетпотери релаксационного типа. В литературе такого типа потери иногда называютпотерями Максвелла-Вагнера. В простейшем случае такие потери рассчитываются длядвухслойного конденсатора.Вопросы для самопроверкиВопрос. Что называется диэлектрическими потерями?Ответ.

Диэлектрические потери — та часть энергии электрического поля, котораярассеивается в диэлектрике в виде тепла.Вопрос. Чем обусловлены диэлектрические потери в переменном электрическомполе?Ответ. В переменном электрическом поле диэлектрические потери связаны восновном с процессами установления поляризации.Вопрос. Что является основным источником диэлектрических потерь в широкойобласти радиочастот?Ответ. Основным источником диэлектрических потерь в широкой областирадиочастот в большинстве случаев являются релаксационные виды поляризаций,связанные с тепловым движением ионов, электронов и полярных молекул, радикалов,доменов или объемных зарядов, локализованных на неоднородностях.Вопрос. Что называется углом диэлектрических потерь?Ответ. Угол, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением до 90o,называется углом диэлектрических потерь.Вопрос.

Что представляют собой потери на электропроводность?Ответ. Потери на электропроводность характерны для всех без исключениядиэлектриков. Наблюдаются при постоянном и переменном напряжении. В однородныхнеполярных диэлектриках являются единственным видом потерь.Вопрос. Что представляют собой релаксационные потери?Ответ. Релаксационные потери обусловливаются поляризацией диэлектриков.Вызываются активными составляющими абсорбционных токов замедленныхполяризаций.52Вопрос. Что представляют собой потери, обусловленные неоднородностью?Ответ. Потери, обусловленные неоднородностью, вызывается проводящими игазовыми включениями, слоистостью и т.п. Эти потери являются дополнительнымирелаксационными потерями. Наиболее часто они проявляются в виде потерь,обусловленных миграционной поляризацией, характерной в основном длякомпозиционных и слоистых диэлектриков.Вопрос.

Что представляют собой ионизационные потери?Ответ. Ионизационные потери возникают в диэлектриках, содержащих поры илигазовые включения.Вопрос. Что представляют собой резонансные потери?Ответ. Резонансные потери характерны для частот, совпадающих с собственнымичастотами колебаний электронов, ионов, доменов.Вопрос. Чем обусловлены диэлектрические потери на электропроводность?Ответ. Протекание сквозного тока через диэлектрик как в постоянном, так и впеременном электрическом поле приводит к диэлектрическим потерям наэлектропроводность, наблюдаемых во всех без исключения диэлектриках.Вопрос. По какому закону изменяется тангенс угла диэлектрических потерь оттемпературы?Ответ.

Тангенс угла диэлектрических потерь возрастает экспоненциально сростом температуры.Вопрос. Назовите порядок величины тангенса угла диэлектрических потерьнеполярных диэлектриков - полиэтилена, политетрафторэтилена.Ответ. Значения тангенса угла диэлектрических потерь неполярных полимеров полиэтилена, политетрафторэтилена лежат в диапазоне (2-5).10-4.Вопрос. Что называется кривой ионизации изоляционного материала?Ответ.

Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от напряжения(напряженностиполя)называетсякривойионизации.53Электрическая прочность диэлектриковПробивное напряжение и электрическая прочностьМинимальное напряжение Uпр, приложенное к диэлектрику, и приводящее кобразованию в нем проводящего канала, называется пробивным напряжением.В зависимости от того, замыкает ли канал оба электрода, пробой может бытьполным, неполным или частичным. У твердых диэлектриков возможен такжеповерхностный пробой, после которого повреждается поверхность материала, образуяна органических диэлектриках науглероженный след-трекинг.Отношение импульсного пробивного напряжения к его статическому значениюбольше единицы и называется коэффициентом импульса.Зависимость пробивного напряжения от времени приложения напряженияназывают кривой жизни электрической изоляции.Снижение Uпр от времени происходит из-за электрического старения изоляции необратимых процессов под действием тепла и электрического поля.Электрической прочностью называют напряженность электрического поля припробое изоляции в однородном электрическом поле,Eпр = Uпр / d,где Eпр, В/м; Uпр - пробивное напряжение, В; d - толщина диэлектрика, м.Кроме В/м электрическую прочность часто выражают в мВ/м или кВ/мм.Соотношение между этими единицами таково:1 МВ/м=106 В/м=1 кВ/мм.Определение электрической прочностиДля оценки электрической прочности Епр необходимо, чтобы пробойпроизводился в однородном электрическом поле.

В этом случае пробивноенапряжение Uпр будет пропорционально Епр. Однородное поле можно создать междудвумя электродами, представляющими собой тела вращения определенной формы.Дляполученияполя,близкогокоднородному,можновоспользоватьсяцилиндрическими электродами, при этом диаметр нижнего электрода D1 должен бытьбольше диаметра верхнего D электрода не менее чем в 3 раза.54Рис.