Удельный заряд конденсаторагде Е = U/d – напряженность электрического поля; D – диэлектрическая индукция (смещение); χ = ε – 1 – диэлектрическая восприимчивость диэлектрика; Р = ε 0*χ *Е – поляризованность диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость неоднородных диэлектриков. Плоский конденсатор с неоднородным диэлектриком можно рассматривать как m параллельно или последовательно соединенных конденсаторов с однородными диэлектриками, соответственно относительная диэлектрическая проницаемость неоднородного диэлектрика , где Ci - объемная концентрация i - го компонента, m - количество параллельно (последовательно) расположенных компонентов неоднородного диэлектрика. Диэлектрическую проницаемость сложных твердых диэлектриков, представляющих собой смесь химически не взаимодействующих друг с другом компонентов, при не очень большом различии значений их диэлектрических проницаемостей, можно определить на основании уравнения Лихтенеккера. В случае хаотического распределения обоих компонентов (например, в керамике) уравнение Лихтенеккера имеет вид где ε c, ε 1, ε 2 - относительные диэлектрические проницаемости смеси и отдельных компонентов соответственно; C1 и C2 - объемные концентрации компонентов, C1 + C2 = 1. Электропроводность диэлектриков. В общем случае ток в диэлектрике I = Iсм + Iабс + Iскв, где Iсм - ток смещения, Iабс - ток абсорбции, Iскв - ток сквозной проводимости. Кратковременный ток смещения обусловлен быстрыми видами поляризации (электронной, ионной). Ток абсорбции обусловлен активными составляющими токов, связанных с замедленными (релаксационными) механизмами поляризации в полярных и неоднородных диэлектриках. Время протекания тока абсорбции зависит от типа диэлектрика и механизма поляризации. Во многих диэлектриках, используемых в качестве электрической изоляции, ток абсорбции устанавливается за время меньше 1 минуты. При постоянном напряжении после установления тока абсорбции через диэлектрик будет протекать сквознойток. Для твердых диэлектриков наиболее характерна ионная электропроводность. Для многих ионных кристаллов удельная электропроводность экспоненциально зависит от температуры , где γ 0 – удельная электрическая проводимость при начальной температуре; Δ W - энергия активации перемещения ионов, Дж; k - постоянная Больцмана; T - температура, К. В низкотемпературной области проводимость в основном определяется примесными ионами, в высокотемпературной области - собственными ионами. Поверхностное сопротивление твердого диэлектрика зависит от природы диэлектрика, температуры, влажности, приложенного напряжения и характеризуется удельным поверхностным сопротивлением ρ s, Ом. Поверхностное сопротивление диэлектрика
где a - расстояние между электродами, м; b - ширина электрода, м. Полная электрическая проводимость твердого диэлектрика определяется суммированием объемной и поверхностной проводимостей. Диэлектрические потери - часть энергии электрического поля, которая рассеивается в диэлектрике в виде тепла. Потери энергии в диэлектрике обусловлены протеканием сквозного (объемного и поверхностного) тока и процессами установления поляризации при изменении напряженности электрического поля. Потери мощности на нагрев диэлектрика в постоянном электрическом поле где U - напряжение, В; R - сопротивление диэлектрика, Ом. Потери мощности в единице объема диэлектрика называются удельными электрическими потерями и определяются по формуле где E - напряженность электрического поля, В/м; ρ - удельное электрическое сопротивление, Ом*м. В переменном электрическом поле, кроме потерь на электропроводность, в диэлектриках возникают релаксационные, ионизационные, резонансные потери. Для количественной оценки потерь энергии используется тангенс угла диэлектрических потерь tgδ. В конденсаторе с идеальным диэлектриком, то есть диэлектриком без потерь, вектор тока Ic опережает вектор напряжения U на 90°. В реальных диэлектриках угол сдвига фаз φ между током и напряжением меньше 90° за счет потерь, обусловленных протеканием активного тока Iа (рисунок 14). Рисунок 14 Угол δ, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением до 90°, называется углом диэлектрических потерь. Диэлектрические потери (мощность, рассеиваемая в диэлектрике) , где ω = 2π f - угловая частота, рад/с; f- частота, Гц. Удельные диэлектрические потери определяются выражением , где γ а = (ε *f*tgδ)/(1, 8*1010) - активная составляющая удельной проводимости диэлектрика, 1/(Oм*м). Частотная зависимость потерь мощности в диэлектрике определяется характером зависимостей тангенса угла диэлектрических потерь tgδ и относительной диэлектрической проницаемости ε от частоты. Коэффициент диэлектрических потерь ε ' = ε *tgδ. Пробой диэлектриков. Минимальное напряжение Uпр, приводящее к образованию в диэлектрике электропроводящего канала, называется пробивным напряжением. Электрическая прочность, то есть способность диэлектрика сохранять высокое удельное сопротивление, характеризуется напряженностью электрического поля при пробое изоляции в однородном электрическом поле В/м, где Uпр - пробивное напряжение, В; d - толщина диэлектрика, м.
|