Методические указания решению задачи №1




Задача № 1

Рис. 1. Образец диэлектрика

 

Табл. 1

Величина Ед. изм. Номер варианта
                   
По последней цифре шифра
a мм                    
b мм                    
h мм   1,5 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8  
U В 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9   1,1 1,2 1,3 1,4
f1 Гц                    
f2 кГц                    
f3 МГц 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9  
По предпоследней цифре шифра
ε   1,95   2,05 2,1 2,15 2,2 2,25 2,3 2,35 2,4
ρ ×1016 Ом/м 0,5   1,5   2,5   3,5   4,5  
ρs ×1016 Ом/м                    
tgδ ×10-4 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9  

К образцу прямоугольной формы из диэлектрического материала разборами а×h и высотой h (рис. 1) прикладывается постоянное напряжение U. Напряжение подводится к граням ab (на рис. 1 показано штриховкой), покрытым слоем металла. Требуется определить: ток утечки, мощность потерь, удельные потери на постоянном токе.

Затем к образцу прикладывается переменное напряжение с действующим значением U. Требуется определить мощность потерь и удельные диэлектрические потери при частотах f1, f2, f3.

Числовые значения исходных данных представлены в табл. 1.

 

Методические указания решению задачи №1

В цепях постоянного напряжения через диэлектрик длительно протекает незначительный ток, обусловленный движением свободных зарядов. Он называется сквозной проводимостью или током утечки. Ток утечки равен сумме объемного IV и поверхностного IS токов:

.

Токи IV и IS можно определить по закону Ома:

; ;

где – объемное сопротивление образца;

- поверхностное сопротивление.

Диэлектрическая проницаемость ε позволяет определить способность диэлектрика образовывать электрическую емкость. Емкость плоского конденсатора С с двумя металлическими обкладками прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости материала, заключенного между обкладками:

,

где h – высота диэлектрика, м;

– площадь одной обкладки, м2;

ε0 – 8,85×10-12 Ф/м – электрическая постоянная.

Диэлектрическая проницаемость материалов ε зависит от интенсивности процессов поляризации, протекающих в диэлектриках под воздействием внешнего электрического поля. Различают четыре основных вида поляризации: электронную, дипольную, ионную и спонтанную.

Электронная поляризация - упругое смещение электронных оболочек относительно ядра в атомах диэлектрика. Она характерна для всех без исключения диэлектриков.

При электронной поляризации ε = 1...2,2.

Дипольная поляризация представляет собой поворот полярных молекул и наблюдается только в диэлектриках, состоящих из электрически заряженных молекул с ковалентными связями.

При дипольной поляризации ε = 3...8.

Ионная поляризация представляет собой упругое смещение ионов относительно узлов кристаллической решетки. Одновременно с ней в материале протекает и электронная поляризация.

При ионной поляризации ε = 8...20.

Спонтанная поляризация протекает в диэлектриках особого вида, называемых сегнетоэлектриками. При такой поляризации ε достигает значений 1500…1800 и более.

Активная мощность, выделяющаяся в проводнике, не зависит от характера напряжения - она одинакова как при действии постоянного напряжения, так и действующего значения переменного напряжения. Если такой опыт провести с диэлектриком, то мощность при переменном напряжении будет больше.

Активную мощность, выделяющуюся в диэл ектрике при постоянном напряжении можно определить по формуле: , где U – постоянное напряжение, приложенное к диэлектрику, В;

I – ток утечки через диэлектрик, А.

При переменном напряжении активная мощность, выделившаяся в диэлектрике, определяется по формуле ,

U – действующее значение переменного напряжения, приложенного к диэлектрику, В;

f – частота, Гц;

C – емкость образца, Ф;

tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь.

Выделяющуюся в диэлектрике активную мощность называют мощностью потерь или просто диэлектрическими потерями. Для сравнения характеристик диэлектриков пользуются удельными потерями, т. е. потерями в 1 м3 материала:

[Вт/м3],

где – объем исследуемого образца.

При решении задачи следует сравнить удельные потери на постоянном и переменном токе с частотами f1, f2, f3.

Более подробно материал по данной теме изложен [5, 8]

 

Задача № 2

Дайте определение проводникового материала. Приведите классификацию проводниковых материалов. Назовите основные параметры проводников и поясните их физический смысл. Для двух заданных материалов (табл. 2) приведите числовые значения этих параметров. Укажите область применения заданных материалов.

Табл. 2

Номер варианта Наименование проводникового материала
по предпоследней цифре по последней цифре
  Бронза кадмиевая Вольфрам
  Бронза бериллиевая Молибден
  Латунь Электротехнические угли
  Никель Ртуть
  Серебро Свинец
  Медь Константан
  Алюминий Манганин
  Железо Нихром ×15 Н60
  Золото Фехраль ×13 Ю4
  Биметалл медь-сталь Олово

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-01 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: