трусики женские украина

На головну

 Основні електроматеріали - Фізика

Завдання контрольної роботи

1. Перерахувати основні механізми поляризації із зазначенням їх головних особливостей. Наведіть класифікацію діелектриків за видом поляризації. Назвати по 5-6 діелектриків, що відносяться до кожної групи, і вказати значення діелектричної проникності кожного названого діелектрика

2. Пояснити, в чому полягає відмінність між поняттями "тангенс кута діелектричних втрат" і "коефіцієнт діелектричних втрат"

3. Синтетичні і штучні волокна. Їх властивості та області застосування в електропромисловості

4. Описати наступні матеріали: вольфрам, золото, срібло, платину, нікель, кобальт, свинець

5. Трубка з полівінілхлориду має розміри: внутрішній діаметр d1 = 1,45 мм і зовнішній діаметр d2 = 4,5 мм. Побудувати графіки залежності діелектричних втрат в температурному діапазоні від Т1 = -200С до Т2 = 600С: а) при постійній напрузі U = 1,5 кВ; б) при змінній напрузі U = 1,5 кВ (діюче значення) частотою 50 Гц

1. Перерахувати основні механізми поляризації із зазначенням їх головних особливостей. Наведіть класифікацію діелектриків за видом поляризації. Назвати по 5-6 діелектриків, що відносяться до кожної групи, і вказати значення діелектричної проникності кожного названого діелектрика

Поляризація - обмежене зміщення, пов'язаних зарядів або орієнтація дипольних молекул під дією зовнішнього електричного поля, при цьому всередині діелектрика створюється власне поле, спрямоване в бік суворо протилежну зовнішньому полю.

Основні види поляризації

Величина заряду, накопичена в конденсаторі зі складним діелектриком, обумовлена ??сумою різних механізмів поляризації, властивих даному діелектрика.

Тому еквівалентною схемою заміщення діелектрика, в якій виявляються різні види поляризації, служить ряд ємностей, включених паралельно джерела живлення (див. Рис. 1,1).

Малюнок 1.1 - Еквівалентна схема заміщення діелектрика з різними видами поляризації

Заряди емкостьсоответствуют власним полю електродів, якщо між ними немає діелектрика (вакуум).

- Електронна поляризація;

- Іонна поляризація;

- Електронно-релаксаційна поляризація;

- Іонно-релаксаційна поляризація;

- Дипольно-релаксаційна поляризація;

- Міграційна поляризація;

- Спонтанна поляризація (мимовільна);

- Узагальнене опір ізоляції діелектрика наскрізного струму витоку.

Електронна поляризація

Електронна поляризація представляє пружне зміщення і деформацію електронних оболонок атомів і іонів. Час встановлення електронної поляризації дуже маленьке і составляетс.

Велічінапрімерно дорівнює квадрату показника заломлення світати даному середовищі:

,

де- довідкова величина, встановлена ??для кожного матеріалу.

Зсув і деформація електронних оболонок атомів та іонів, як явище, не залежить від температури нагріву діелектрика. Однак, з підвищенням температури у зв'язку з температурним розширенням щільність матеріалу зменшується, число часток в одиниці об'єму зменшується і здатність до поляризації також зменшується (див. Рис. 7.9).

Малюнок 1.2 - Температурна завісімостьдля електронної поляризації

Найбільш різкі зміни діелектричної проникності від температури характерні діелектриків (твердим та рідким) при досягненні температури фазового переходу (з твердого в рідкий, див. Рис. 1.2; з рідкого в газоподібний).

Температурна завісімостьхарактерізуется температурним коефіцієнтом:

, 1 / К

Температурний коеффіціентможет бути як позитивним, так і негативним, наприклад, для парафінаотріцательний (див. Рис. 1.2).

Електронна поляризація в чистому вигляді спостерігається в нейтральних діелектриках.

Дуже важливо знати поведінку діелектрика і зміна діелектричної проникності в змінних полях зі змінною частотою. Для електронної поляризації характерним є те, що діелектрична проникність не залежить від частоти зміни поля (див. Рис. 1.3). Це пояснюється тим, що час встановлення поляризації дуже мало.

Малюнок 1.3 - Частотна завісімостьдля діелектриків з чисто електронної поляризацією

Електронна поляризація спостерігається у всіх видів діелектриків, і не пов'язана з розсіюванням енергії.

Іонна поляризація

Іонна поляризація характерна для твердих діелектриків з іонним будовою, і обумовлюється пружним зсувом іонів на відстані менші постійної решітки.

Спостерігається в речовинах кристалічної будови з щільною упаковкою іонів. Час встановлення поляризації мало і составляетс.

Зі збільшенням температури поляризація зростає, оскільки температурне розширення, видаляючи іони, один від одного послаблює діють між ними пружні сили, тобто для іонних сполук характерний позитивний температурний коефіцієнт. Для діелектрика з іонним будовою має сенс розглядати температурну завісімостьв межах твердого стану (див. Рис. 1.4). При розплавлюванні іонні сполуки стають провідниками другого роду.

Малюнок 1.4 - Температурна завісімостьдля діелектриків з іонною поляризацією

Матеріали з іонним будовою з щільною упаковкою іонів відрізняються тим, що їх діелектрична проникність не залежить від частоти зміни поля, так як час встановлення поляризації дуже мало.

Іонна поляризація не супроводжується витратами енергії і тому в схемі заміщення відсутня активний елемент - резистор.

Дипольно-релаксаційна поляризація

Дипольно-релаксаційна поляризація пов'язана з орієнтацією дипольних молекул, тобто полярних молекул під дією електричного поля. Вона можлива, якщо молекулярні сили не перешкоджають орієнтації диполів вздовж поля. Матеріали з дипольно-релаксаційної поляризацією характеризуються часом релаксації, яке фактично є часом саморазряда конденсатора.

Час релаксаціі- цей час протягом, якого орієнтація дипольних молекул після зняття електричного поля зменшується в е разів, тобто в 2,7 рази в порівнянні з первісним значенням (див. рис. 7.12). Час релаксації є внутрішнім параметром діелектрика з дипольно-релаксаційної поляризацією, яке істотно залежить від щільності речовини або в'язкості речовини. При більш високій температурі в'язкість речовини зменшується і час релаксації зменшується.

Малюнок 1.5 - Процес заряду і розряду конденсатора. Графічний спосіб визначення временіметодом дотичній

C збільшенням температури: з одного боку молекулярні сили слабшають і це підсилює поляризацію, а з іншого боку поступово починає наростати теплове хаотичний рух. Воно руйнує поляризацію.

В результаті температурної завісімостінаблюдается максимум (див. Рис. 1.6).

Малюнок 1.6 - Температурна завісімостьдля діелектриків з дипольно-релаксаційної поляризацією для разнихфіксірованних частоти

Максімумдля дипольно-релаксаційної поляризації спостерігається тоді, коли час релаксаціібудет одно напівперіоду чинного поля:

,

де- частота зміни електричного поля, Гц.

З підвищенням частоти максімумв температурної залежності зміщується в область високих температур, так як велика частота вимагає меншого часу релаксації, а менший час релаксації може бути отримано при більш високій температурі.

Частотні залежності діелектриків з дипольно-релаксаційної поляризацією істотно відрізняється від частотної завісімостідіелектріков з електронною та іонною поляризацією. У даному случаеопределяется сумарною дією дипольно-релаксаційної та електронної поляризацій (див. Рис 1.7).

Малюнок 1.7 - Частотна завісімостьдля діелектриків з діпольно- релаксационной поляризацією

У міру збільшення частоти дипольні молекули можуть не встигати орієнтуватися за зміною електричного поля. У цьому випадку величина діелектричної проникності знижується до рівня електронної поляризації, яка по максимуму не перевищує 2,5. Цієї нагоди відповідає певна гранична частота, яку можна знайти з виразу:

.

З підвищенням температури, наприклад, сдогранічная частота збільшується, так як при більшій температурі в'язкість речовини зменшується і час релаксації також зменшується. Відповідно до наведеного раніше условіемчетко видно, що гранична частота повинна бути більше.

Даний вид поляризації супроводжується значними втратами, тому в схемі заміщення послідовно з емкостьювключается активний елемент - резистор.

Електронно-релаксаційна поляризація

Електронно-релаксаційна поляризація відрізняється від електронної та іонної поляризаций і виникає внаслідок порушення тепловою енергією надлишкових (дефектних) електронів або "дірок".

Електронно-релаксаційна поляризація характерна для діелектриків з високим показником заломлення світла, великим внутрішнім полем і електронною електропровідністю. Наприклад: діоксид титану, забруднений домішками (ніобій), (кальцій), (барій); деякі з'єднання на основі оксидів металів змінної валентності - титану, ніобію, вісмуту.

При електронно-релаксаційної поляризації може мати місце більш високе значення діелектрична проникність, в порівнянні з чисто електронної поляризацією, а також наявність максимуму в температурній залежності.

Іонно-релаксаційна поляризація

Спостерігається в неорганічних стеклах і в деяких іонних кристалах неорганічних речовин з нещільної упаковкою іонів. У цьому випадку слабо пов'язані іони речовини під впливом зовнішнього електричного поля серед хаотичного теплового руху зміщуються (орієнтуються) в напрямку поля.

Після зняття електричного поля іонно-релаксаційна поляризація поступово слабшає за експонентним законом: з підвищенням температури діелектрична проникність збільшується подібно як і для матеріалів з щільною упаковкою іонів. У частотної завісімостіможет спостерігатися максимум.

Міграційна поляризація

Міграційна поляризація розглядається як додатковий механізм поляризації, що виявляється в твердих тілах неоднорідної структури при макроскопічних неоднорідностях і наявності домішок. Вона проявляється на низьких частотах, і пов'язана зі значним розсіюванням електричної енергії. Причинами такої поляризації є провідні і полупроводящіе включення в технічних діелектриках, що містять кілька шарів з різною провідністю.

При внесенні неоднорідного діелектрика в електричне поле вільні електрони і іони провідних і полупроводящіх включень переміщаються в межах кожного включення, утворюючи великі поляризовані області.

У шаруватих матеріалах на межі розділу шарів і в пріелектродних шарах може відбуватися накопичення зарядів повільно рухаються іонів.

Все це підсилює поляризацію, а й створює додаткові втрати.

Спонтанна поляризація (мимовільна)

Спонтанна поляризація існує у сегнетоелектриків, які володіють наступною особливістю. При відсутності зовнішнього поля в них є області (мікрооб'єми), звані доменами, що володіють власним елементарним електричним моментом. До накладення зовнішнього електричного поля орієнтація цих моментів хаотична, тому результуючий електричний момент дорівнює нулю.

При накладенні електричного поля ситуація суттєво змінюється. У цьому випадку починається переважна орієнтація елементарних електричних моментів у кожному з доменів у напрямку діючого поля, електрична індукціяіувелічівается. Однак, при деякому значенні напруженості електричного поляможет відбутися насичення, тобто елементарні електричні моменти в кожному з доменів приймають напрямок чинного електричного поля, подальше зростання електричної індукцііпрекращается і вона досягає, а діелектрична проніцаемостьс цього моменту починає зменшуватися (див. рис. 1.8).

Малюнок 1.8 - Завісімостьіот напруженості електричного поля для сегнетоелектриків

Завісімостьдля сегнетоелектриків використовується в створенні варіконд, тобто спеціальних конденсаторів, величина електричної ємності яких залежить від величини прикладеної напруги.

У температурної завісімостіможет спостерігається один або кілька максимумів. Для них характерна наявність точки Кюрі (див. Рис. 1.9).

Малюнок 1.9 - Температурна завісімостьдля сегнетоелектриків

При підході до температури, відповідної точки Кюрі, у міру нагрівання матеріалу в ньому відбувається перестроювання кристалічної структури і це підсилює поляризацію. Однак поступово посилюється теплове хаотичний рух. При досягненні температури, відповідної точки Кюрі, переважаючим фактором є теплове хаотичний рух. Воно руйнує поляризацію і діелектрична проніцаемостьрезко зменшується.

Це явище використовується в створенні спеціальних терморезисторів з позитивним температурним коефіцієнтом опору, які називаються позисторами. Температурна залежність електричного сопротівленіяпозісторов наближається до релейного, тобто при досягненні температури спрацьовування їх величина електричного опору збільшується на кілька порядків, що може бути використано для самообмеження струму в електричному ланцюзі (див. рис. 1.10).

Малюнок 1.10 - Температурна залежність електричного опору терморезисторів-позисторов на базі сегнетоелектриків

Ці позістори можуть бути використані в якості датчиків температури для захисту електричних машин, апаратів та ін. Від надмірного перегріву, а також можуть бути використані в якості спеціальних нагрівальних елементів з ефектом самообмеження струму при досягненні температури спрацьовування.

Для сегнетоелектриків характерне явище гістерезису, враховуючи нелінійну залежність D (E). Петля гістерезису і характерні точки на ній показані на рис. 1.11.

Малюнок 1.11 - Петля гістерезису і характерні точки на ній, отримана при впливі на сегнетоелектрік змінного електричного поля

- Максимальне значення електричної індукції (умовно зі знаком "+") і відповідне їй максимальне значення напруженості електричного поля;

- Залишкова електрична індукція при напруженості електричного поля;

- Коерцитивної сила або значення напруженості електричного поля протилежного напрямку, необхідного для зменшення залишкової електричної індукціідо нуля.

З причини наявності гістерезису для сегнетоелектриків характерні великі втрати при роботі їх в змінних полях. Діелектричні втрати, з урахуванням масштабних коефіцієнтів, пропорційні площі петлі гістерезису.

Сегнетоелектрики відносяться до активних діелектриків, станом яких можна управляти електричним полем.

Діелектрична проникність рідких діелектриків

Як відомо рідкі діелектрики рідкі діелектрики можуть складатися з нейтральних молекул, тобто неполярних молекул, або з дипольних (полярних) молекул. Відповідно до цього вони по-різному будуть реагувати на накладення електричного поля.

До нейтральним рідин відносяться всі нафтові олії: трансформаторне масло, кабельне масло, конденсаторне масло, а також бензол, толуол та ін.

Велічінадля нейтральних рідин визначається наявністю тільки електронної поляризації, а значіті не перевищує значення 2,5. Діелектрична проникність залежить від температури, тому з підвищенням температури відбувається теплове розширення, і число частинок в одиниці об'єму зменшується. Найбільш різке ізмененіепроісходіт на кордоні фазового переходу речовини з рідкого в газоподібний стан.

Діелектрична проніцаемостьнеполярних рідких діелектриків практично не залежить від частотиізмененія електричного поля, тому час встановлення електронної поляризації дуже мало (див. рис. 1.12).

Малюнок 1.12 - Завісімостьдля нейтральних рідких діелектриків від частотиізмененія електричного поля

До полярних рідин відносяться хлоровані дифеніли, Савол, етиловий спирт та ін. Вони володіють електронної та дипольно-релаксаційної поляризациями.

Діелектрична проніцаемостьтем більше, чим більше ступінь полярності молекул, яка оцінюється величиною дипольного моменту.

Діелектрична проніцаемостьзавісіт від кількості речовини в одиниці об'єму, тобто істотно залежить від температури (див. рис. 1.6).

У температурної залежності спостерігається максимум при певній температурі. Умова максимуму діелектричної проникності наступне: час релаксаціідолжно бути одно часу полупериода чинного електричного поля :.

Час релаксаціі- внутрішній параметр даного діелектрика і залежить від в'язкості середовища. З підвищенням температури в'язкість середовища зменшується і час релаксації також зменшується.

Частотна завісімостьімеет такий же вигляд, як і для дипольно-релаксаційної поляризації (див. Рис. 1.7). Зі збільшенням частоти на початку диполі встигають слідувати за зміною поля, а при досягненні граничної частоти, диполі вже не встигають за зміною поля. При цьому величина діелектричної проникності зменшується до значення, обумовленого чисто електронної поляризацією.

З підвищенням температури вихідна величина діелектричної проникності зменшується, тому щільність середовища стає менше і розсувається частотний діапазон, тобто гранична частота стає більше.

Діелектрична проникність твердих діелектриків

Твердих діелектриків дуже багато, вони різноманітні за складом і властивостями, і в зв'язку з цим поляризацію розглядають для характерних груп діелектриків.

1) Тверді неполярні діелектрики

Для даної категорії діелектриків характерні ті ж закономірності електронної поляризації, що і для неполярних рідких діелектриків і газів. Для нейтральних твердих діелектриків буде характерний негативний, при досягненні температури плавлення буде спостерігатися різкий спад діелектричної проникності (див. Рис. 7.23).

Малюнок 1.13 - Температурна завісімостьдля нейтральних твердих діелектриків

Діелектрична проніцаемостьне залежить від частоти зміни поля, тому час встановлення електронної поляризації дуже мало (див. рис. 1.14).

Малюнок 1.14 - Частотна завісімостьдля нейтральних твердих діелектриків

2) Йонні кристалічні діелектрики з щільною упаковкою частинок

Діелектрична проникність цих речовин знаходиться в широких межах (наприклад :).

Температурний коеффіціентположітелен, оскільки підвищення температури не тільки зменшує щільність речовини, але й збільшує полярність іонів, внаслідок ослаблення внутрішніх зв'язків. Основні закономірності ізмененіяот температури і частоти наведені в іонної поляризації. Виняток становлять кристали, що містять іони титану, цих кристалів негативний і це пояснюється переважанням електронної поляризації.

3) Йонні кристалічні діелектрики з нещільної упаковкою частинок

Іонні кристалічні діелектрики з нещільної упаковкою частинок володіють електронної, іонної, а також іонно-релаксаційної поляризациями. Вони характеризуються в більшості випадків невисоким вихідним значеніемі великим позитивним коефіцієнтом. Прикладом є електротехнічний фарфор (див. Рис. 1.15).

Малюнок 1.15 - Температурна завісімостьдля електротехнічного фарфору

4) Неорганічні скла (квазіаморфние діелектрики)

Діелектрична проніцаемостьнаходітся в порівняно вузьких межах від 4 до 20, - позитивний. Але можна при необхідності отримати матеріал і з негативним, якщо до складу скла ввести у вигляді механічних домішок кристали з негативним (рутил,).

5) Полярні органічні діелектрики

У твердому стані проявляють дипольно-релаксаційну поляризацію. Діелектрична проніцаемостьполярних діелектриків залежить від температури і частоти зміни електричного поля. У температурної завісімостінаблюдается максимум, в частотної залежності при досягненні граничної частоти спостерігається спаддо рівня електронної поляризації.

Діелектрична проникність складних за складом діелектриків

У складних за складом діелектриках, що представляють собою механічні суміші хімічно невзаємодіючі компонентів з різною діелектричною проникністю, результуючу діелектричну проникність можна визначити на підставі рівняння Ліхтенеккера або логарифмічного закону зміщення:

,

де- діелектричні проникності суміші та вхідних компонентів;

- Об'ємна концентрація компонентів у відносних одиницях, що задовольняє умові;

- Величина, що характеризує розподіл компонентів в даному діелектрику і приймаюча значення від +1 до -1.

Якщо два компоненти розподілені хаотично (наприклад, в кераміці), то рівняння Ліхтенеккера після перетворення і підстановки х = 0 має вигляд:

.

Результірующаяменьше максимальної діелектричної проникності () з вхідних в суміш компонентів. Температурний коеффіціентсмесі визначається за формулою:

Або

,

де- табличні значення температурних коефіцієнтів вхідних компонентів.

Всі діелектрики по виду поділяються на кілька груп. До першої групи можна віднести діелектрики, що володіють в основному тільки електронної поляризацією, наприклад неполярні і слабополярная тверді речовини в кристалічному і аморфному станах (парафін, сірка, полістирол), а так само неполярні і слабополярная рідини і гази (бензол, водень і т.д .)

Парафін - ?r = 1,9 ... 2,2

Сірка - ?r = 3,6 ... 4,0

Полістирол - ?r = 2,4 ... 2,6

Бензол - ?r = 2,28

Водень - ?r = 1,00027

Гелій - ?r = 1,000072

Кисень - ?r = 1,00055

До другої відносяться діелектрики, які мають одночасно електронної та дипольно-релаксаційної поляризацією.

Сюди належать полярні (дипольні) органічні, напіврідкі та тверді речовини (олійно-каніфольні компаунди, епоксидні смоли, целюлоза, деякі хлоровані вуглеводні і т.п.)

Епоксидна смола - ?r = 3,0 ... 4,0

Целюлоза - ?r = 6,5

Полівінілхлорид ?r = 1,9 ... 2,1

Полиметилметакрилат ?r = 3,0 ... 3,5

Поліамід ?r = 3,5 ... 4,5

Третю групу складають тверді неорганічні діелектрики з електронною, йонной і йонно-електронно-релаксационной поляризациями.

У цій групі доцільно виділити дві підгрупи матеріалів через істотного відмінності їх електричних характеристик:

· Діелектрики з електронною і йонной поляризациями;

· Діелектрики з електронною, йонной і релаксаційним поляризациями.

До першої підгрупи переважно належать кристалічні речовини з щільною упаковкою йонов (кварц, слюда, кам'яна сіль, корунд, рутил.

Кварц - ?r = 4,5

Хлористий натрій - ?r = 6,0

Рутил - ?r = 110

Корунд - ?r = 10,5

Слюда - ?r = 5,5 ... 45,8

До другої підгрупи належать неорганічні скла, матеріали містять склоподібну фазу (фарфор, мікалексу), і кристалічні діелектрики з нещільної упаковкою частинок в решітці:

Фарфор - ?r = 6 ... 8

Мікалексу - ?r = 8,0

Кварцове скло - ?r = 3,8

Скло "Флінт" - ?r = 8,0

Силікатне скло - ?r = 6,3 ... 9,6

Четверту групу складають сегнетоелектрики. характеризуються спонтанною, електронної, йонной та електронно-йонно-релаксационной поляризацією (сегнентовая сіль, титанат барію та ін.)

Сегнетовая сіль - ?r = 1500 ... 20000

Титанат барію ?r = 7000 ... 9000

Первоксід - ?r = 800 ... 10000

Піроніобат кадмію - ?r = 1000 ... 1500

Наведена вище класифікація діелектриків відображає достатньою мірою основні електричні властивості.

2. Пояснити, в чому полягає відмінність між поняттями "тангенс кута діелектричних втрат" і "коефіцієнт діелектричних втрат"

Діелектричними втратами називають електричну потужність, затрачену на нагрів діелектрика, що знаходиться в електричному полі.

Втрати в енергії в діелектриках спостерігаються як при змінному, так і при постійній напрузі, оскільки в технічних матеріалах виявляється наскрізний струм витоку, обумовлений електропровідністю. При постійній напрузі, коли немає періодичної поляризації, якість матеріалу характеризується, як вказувалося, значеннями питомих об'ємного та поверхневого опорів, які визначають значення Rиз (см.ріс.1.1).

При впливі змінної напруги на діелектрик в ньому крім наскрізної електропровідності можуть проявлятися інші механізми перетворення електричної енергії в теплову. Тому якість матеріалу недостатньо характеризувати тільки опором ізоляції.

В інженерній практиці найчастіше для характеристики здатності діелектрика розсіювати енергію в електричному полі використовують кут діелектричних втрат, а також тангенс цього кута.

Кутом діелектричних втрат ? називають кут, що доповнює до 900угол зсуву фаз ? між струмом і напругою в ємнісний ланцюга.

У разі ідеального діелектрика вектор струму в такому колі випереджає вектор напруги на кут 900; при цьому кут ? дорівнює нулю. Чим більше розсіюється в діелектрику потужність, тим менше кут зсуву фаз ? і тим більше кут діелектричних втрат ? і його функція tg?.

Тангенс кута діелектричних втрат безпосередньо входить у формулу для розсіюється в діелектрику потужності, тому практично найбільш часто користується цією характеристикою.

Розглянемо схему, еквівалентну конденсатору з діелектриком, що володіє втратами. Ця схема повинна бути обрана з таким розрахунком, щоб активна потужність, що витрачається в даній схемі, була дорівнює потужності, що розсіюється в діелектрику конденсатора, а струм був би зрушений відносно напруги на той же кут, що і в розглянутому конденсаторі.

Поставлену задачу можна вирішити, замінивши конденсатор з втратами ідеальним конденсатором з паралельно включеним активним опором (паралельна схема) або конденсатором з послідовно включеним опором (послідовна схема). Такі еквівалентні схеми, звичайно, не дають пояснення механізму діелектричних втрат і введені тільки умовно.

Паралельна і послідовна еквівалентні схеми представлені на рис. 2.1 .. Там же дані відповідні діаграми струмів і напруг. Обидві схеми еквівалентні один одному, якщо при рівності повних опорів Z1 = Z2 = Z рівні відповідно їх активні і реактивні складові. Ця умова буде дотримана, якщо кути зсуву струму щодо напруги рівні і значення активної потужності однакові.

Рис. 2.1. Паралельна (а) і послідовна (б) еквівалентні схеми діелектрика з втратами і векторні діаграми для них.

Для паралельної схеми з векторної діаграми

tg? = Iа / Iс = 1 / (?Cр R); (2.1.)

Ра = U · I а = U2? Ср tg? (2.2.)

для послідовної схеми

Прирівнюючи вирази (2.2.) І (2.4.), А також (2.1.) І (2.3.), Знайдемо співвідношення між Ср і Сs і між R і r:

Для доброякісних діелектриків можна знехтувати значенням tg2? в порівнянні з одиницею у формулі (2.5.) І вважати Ср ? Сs = С. Вирази для потужності, що розсіюється в діелектрику, в цьому випадку будуть також однакові у обох схем:

Ра = U2? З tg ?, (2.7.)

де Ра виражено в Вт; U - в В; ? - в с-1; С - в Ф.

Слід зазначити, що при змінній напрузі на відміну від постійного ємність діелектрика з великими втратами стає умовною величиною і залежить від вибору тієї чи іншої еквівалентної схеми. Звідси і діелектрична проникність матеріалу з великими втратами при змінній напрузі також умовна.

Для більшості діелектриків параметри еквівалентної схеми залежать від частоти. Тому, визначивши яким-небудь методом значення ємності і еквівалентного опору для даного конденсатора при деякій частоті, не можна використовувати ці параметри для розрахунку кута втрат при іншій частоті. Такий розрахунок справедливий тільки в окремих випадках, коли еквівалентна схема має певне фізичне обгрунтування. Так, якщо для даного діелектрика відомо, що втрати в ньому визначаються тільки втратами від наскрізної електропровідності в широкому діапазоні частот, то кут втрат конденсатора з таким діелектриком може бути обчислений для будь-якої частоти, що лежить в цьому діапазоні, за формулою (2.1.). Втрати в такому конденсаторі визначаються виразом

Ра = U2 / R. (2.8.)

Якщо ж втрати в конденсаторі обумовлені головним чином опором підвідних і сполучних проводів, а також опором самих електродів (обкладок), наприклад, тонким шаром срібла в слюдяному або керамічному конденсаторі, то розсіює потужність в ньому зростає з частотою пропорційно квадрату частоти:

Ра = U2? З tg ? = U2?2С2 · r. (2.9.)

З виразу (2.9.) Можна зробити вельми важливий практичний висновок: конденсатори, призначені для роботи на високій частоті, повинні мати по можливості малий опір, як електродів, так і сполучних проводів і перехідних контактів.

У більшості випадків механізм втрат в конденсаторі складний і його не можна звести лише до втрат від наскрізної електропровідності або до втрат в контакті. Тому параметри конденсатора необхідно визначати при тій частоті, при якій він буде використаний.

Діелектричні втрати, віднесені до одиниці об'єму діелектрика, називають питомими втратами. Їх можна розрахувати за формулою

де V - об'єм діелектрика між плоскими електродами, м3; Е - напруженість електричного поля, В / м.

Твір ? tg ? = ? "називають коефіцієнтом діелектричних втрат.

З виразу (2.10.) Випливає, що при заданій частоті і напруженості електричного поля питомі діелектричні втрати в матеріалі пропорційні коефіцієнту втрат.

3. Синтетичні і штучні волокна. Їх властивості та області застосування в електропромисловості

Синтетичні і штучні волокна.

В електротехніці вельми широко застосовуються волокнисті матеріали, тобто матеріали, які складаються переважно (або цілком) з частинок видовженої форми - волокон. Переваги багатьох волокнистих матеріалів: дешевизна, досить велика механічна міцність і гнучкість, зручність обробки. Недоліками їх є невисокі електрична міцність і теплопровідність (через наявність проміжків між волокнами, заповненими повітрям); гігроскопічність - більш висока, ніж у масивного матеріалу того ж хімічного складу (так як розвинена поверхня волокон легко поглинає вологу, проникаючу в проміжки між ними). Властивості волокнистих матеріалів можуть бути істотно поліпшені шляхом просочення, чому ці матеріали в електричній ізоляції зазвичай застосовують в просякнутому стані.

3.1.Сінтетіческіе волокна.

З синтетичних волокнистих матеріалів слід зазначити поліетілентнререфталатние (лавсан, терилен, терен, дакрон, та ін.), Поліамідні (капрон, дедерон, найлон, анид та ін.), Поліетиленові, полістирольні, полівінілхлоридні (хлорин і ін.) І політетрафторетіленовие. Матеріали з синтетичного волокна - це лінійні полімери з високою молекулярною масою. Багато синтетичні волокна, наприклад поліамідні, після виготовлення піддаються витяжці для додаткової орієнтації лінійних молекул вздовж волокон і поліпшення механічних властивостей волокна; при цьому, очевидно, збільшується і довжина волокна, і воно стає тоншою. З синтетичних волокон в електроізоляційної техніці велике застосування має капрон. Використання капрону замість натурального шовку і бавовняної пряжі високих номерів у виробництві обмотувальних проводів дає великий економічний ефект, бо капрон не тільки багато дешевше, ніж шовк і тонка бавовняна пряжа, і легко доступний, але і дає велику довжину нитки того ж перетину з одиниці маси, так як щільність капрону порівняно невелика.

Полиамидное волокно енант перевершує капрон і найлон по нагрівостійкості і механічної міцності. Нітрон (орлон) - це полімер акрилнітрил, молекула його має будову -

Він характеризується великою механічною міцністю і нагревостойкостью (температура розм'якшення його вище 2350С). Електрична міцність непросочених текстильних матеріалів визначається електричною міцністю повітря в наскрізних отворах між нитками, а тому дуже мала. Шляхом просочення лаком можна закрити ці отвори лакової плівкою і цим різко підвищити електричну міцність тканини і її вологостійкість.

Штучні волокна.

Основні типи цих волокон - віскозний і ацетатний шовк, одержувані з ефірів целюлози. На відміну від вихідної целюлози її ефіри мають розчинність в відповідних за складом розчинниках і дозволяють виготовляти з них тонкі нитки при витіканні розчинів крізь отвори (фільєри) малого діаметру.

Віскозний шовк виготовляють переробкою целюлози з подальшим переведенням витягнутих з прядильного розчину волокон в речовину, близьку за своєю хімічною природою до вихідної целюлозі. Ацетатний шовк за складом являє собою оцтовокислий ефір целюлози (ацетат целюлози). За зовнішнім виглядом обидва ці типи штучного шовку нагадують натуральний шовк, але пряжа з них такої ж товщини, що і бавовняна. За електроізоляційним властивостям віскозний шовк не має переваг перед бавовняним волокном (він навіть дещо більш гігроскопічний, ніж бавовняне волокно), але ацетатний шовк перевершує як бавовняну пряжу, так і натуральний шовк. Можливо і поверхневе ацетилювання бавовняної пряжі, піддана такій обробці пряжа має меншу гігроскопічністю, ніж у вихідній бавовняної пряжі.

4. Описати наступні матеріали: вольфрам, золото, срібло, платину, нікель, кобальт, свинець

Найголовніші усереднені фізичні властивості металів при 200 (крім стовпців 2 і 3)

 Метал

 Температура плавлення, 0 С

 Температура кипіння, 0 С

 Щільність, Мг / м 3

 Вольфрам W 3380 5500 19,3

 Золото Au 1063 2600 19,3

 Срібло Ag 961 1950 10,5

 Платина Pt 1770 4240 21,4

 Нікель Ni 1455 2900 8,90

 Кобальт Co 1492 2900 8,71

 Свинець Pb 327 1620 11,4

 Метал Питома теплоємність, Дж / (кг · К) Теплопровідність, Вт / (м · К)

 ТК лінійного розширення ? 10 квітня, К -1

 Вольфрам W 218 168 4,4

 Золото Au 126 293 14

 Срібло Ag 234 415 19

 Платина Pt 134 71 0,0

 Нікель Ni 444 95 13

 Кобальт Co 435 79 12

 Свинець Pb 130 35 29

 Метал Питомий опір, мк Ом · м

 ТК питомого опору, К -1 Робота виходів електронів, еВ

 Вольфрам W 0,055 0,0046 4,5

 Золото Au 0,024 0,0038 4,8

 Срібло Ag 0,016 0,0040 4,4

 Платина Pt 0,105 - -

 Нікель Ni 0,073 0,0065 5,0

 Кобальт Co 0,062 0,0060 -

 Свинець Pb 0,21 0,0037 -

 Метал

 Абсолютна питома термо-е.р.с. мкв К -1 Температура переходу в надпровідний стан, К Магнітні властивості

 Вольфрам W +2,0 0,01 Парамагнітний

 Золото Au +1,5 - діамагнітними

 Срібло Ag +1,5 - діамагнітними

 Платина Pt -5,1 - Парамагнітний

 Нікель Ni -19,3 - Феромагнітний 358

 Кобальт Co -20,1 - Ферромагнітний1131

 Свинець Pb -1,2 7,2 діамагнітними

5. Трубка з полівінілхлориду має розміри: внутрішній діаметр d1 = 1,45 мм і зовнішній діаметр d2 = 4,5 мм. Побудувати графіки залежності діелектричних втрат в температурному діапазоні від Т1 = -200С до Т2 = 600С: а) при постійній напрузі U = 1,5 кВ; б) при змінній напрузі U = 1,5 кВ (діюче значення) частотою 50 Гц

Рішення завдання:

Так як трубка з полівінілхлориду як правило використовується для ізоляції струмоведучих провідників, приймемо що усередині трубки розташований круглий дріт діаметром dвн, а зовні трубка також оточена провідним середовищем. У цьому випадку трубку можна розглядати як діелектрик конденсатора і застосувати для вирішення відомі формули.

Розміри трубки: dвн. = 1,5 мм; dнар. = 4,5 мм; h = 10 мм

Температурний режим - від Т = -200С до + 600С

Напруга U = 1,5 кВ; Частота ? = 50 Гц.

Матеріал - полівінілхлорид.

Основні електричні параметри полівінілхлориду в залежності від температури.

 T 0 C

 ? r tg?

 ? v

 -20 3,0

 7 · 10 -3

 2 · 12 жовтня

 0 3,1

 9 · 10 -3

 2,25 · 12 жовтня

 20 3,4

 2 · 10 -2

 2,5 · 12 жовтня

 40 3,9

 4 · 10 -2

 2,75 · 12 жовтня

 60 4,9

 5 · 10 -2

 3 · 12 жовтня

Rиз = ?v · h / S;

S = ?R2S = S2-S1; S1 = 3,14 · 0,752 = 1,77; S2 = 3,14 · 2,252 = 15,9; S = 14,13 мм2

h / S = 10 / 14,13 = 0,71

Визначимо величину повного опору ізоляції як паралельне з'єднання об'ємного та поверхневого опору.

Rиз 1 = 2 · 1012 · 0,71 = 1,42 · 1012Ом

Rиз 2 = 2,25 · 1012 · 0,71 = 1,6 · 1012Ом

Rиз 3 = 2,5 · 1012 · 0,71 = 1,76 · 1012Ом

Rиз 4 = 2,75 · 1012 · 0,71 = 1,95 · 1012Ом

Rиз 5 = 3 · 1012 · 0,71 = 2,13 · 1012Ом

При постійній напрузі Ра = U2 / Rиз:

РА1 = 15002 / 1,42 · 1012 = 2,25 · 106 / 1,42 · 1012 = 1,58 · 10-6

РА2 = 15002 / 1,6 · 1012 = 1,41 · 10-6

Ра3 = 15002 / 1,76 · 1012 = 1,28 · 10-6

РА4 = 15002 / 1,95 · 1012 = 1,15 · 10-6

Ра5 = 15002 / 2,13 · 1012 = 1,06 · 10-6

При змінній напрузі Ра = U2 · ? · З · tg?

? = 2? · ? = 2 · 3,14 · 50 = 314

Для круглих конденсаторів С = 2? · ?0 · ?r · h / Ln (r2 / r1),

h = 10мм - довжина трубки; r2 / r1 = 2,25 / 0,75 = 3

r2 = 2,25мм - зовнішній радіус трубки

r1 = 0,75 мм - внутрішній радіус трубки

?0 = 8,85 · 10-12- електрична стала.

С1 = 2 · 3,14 · 8,85 · 10-12 · 3,0 · 10 / 1,1 = 1,5 · 10-9

С1 = 2 · 3,14 · 8,85 · 10-12 · 3,1 · 10 / 1,1 = 1,57 · 10-9

С1 = 2 · 3,14 · 8,85 · 10-12 · 3,4 · 10 / 1,1 = 1,72 · 10-9

С1 = 2 · 3,14 · 8,85 · 10-12 · 3,9 · 10 / 1,1 = 1,97 · 10-9

С1 = 2 · 3,14 · 8,85 · 10-12 · 4,9 · 10 / 1,1 = 2,48 · 10-9

Ра = U2 · ? · З · tg?

РА1 = 15002 · 314 · 1,5 · 10-9 · 7,0 · 10-3 = 7,4 · 10-3

РА2 = 15002 · 314 · 1,57 · 10-9 · 9,0 · 10-3 = 9,8 · 10-2

РА1 = 15002 · 314 · 1,72 · 10-9 · 2 · 10-2 = 2,4 · 10-2

РА1 = 15002 · 314 · 1,97 · 10-9 · 4 · 10-2 = 5,5 · 10-2

РА1 = 15002 · 314 · 2,48 · 10-9 · 5 · 10-3 = 8,7 · 10-2

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка