отчет по поляризации диэлектриков. лаба 2 отчет. Отчет по Лабораторной работе поляризация и потери в диэлектриках
 Скачать 132.58 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА» Кафедра «Компьютерные технологии в проектировании и производстве» Отчет по Лабораторной работе «ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ПОТЕРИ В ДИЭЛЕКТРИКАХ» Выполнил: студент группы 21-КТЭС Абдуллин Д.Р. Проверил: Садков В.Д. Нижний Новгород 2022 Цель работыИзмерение относительной диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь некоторых распространенных диэлектриков с помощью измерителя добротности Е4-11 и оценка исследуемых диэлектриков по типу присущей им поляризации. Схема установкиВ основу работы прибора положен резонанс напряжений в последовательном колебательном контуре. Измеритель добротности включает в себя высокочастотный генератор с регулируемой частотой выходного напряжения, набор образцовых катушек индуктивности для соответствующих диапазонов частот, встроенного измерительного конденсатора переменной емкости (КПЕ), снабженного шкалой (максимальная емкость 100 пФ) и измерительного стрелочного прибора – вольтметра, подключенного параллельно КПЕ. На верхней крышке прибора расположены клеммы Lx и Cx для подключения катушки индуктивности и исследуемого конденсатора соответственно. Электрическая схема последовательного исходного колебательного контура приведена на рисунке 1.  Рисунок 1 Исходная схема последовательного колебательного контура Электрическая схема последовательного колебательного контура с включенной измерительной ячейкой с воздушным диэлектриком приведена на рисунке 2. Где  - ёмкость измерительной ячейки,  – ёмкость между пластинами и корпусом и пр.,  – ёмкость между дисковыми пластинами. Рисунок 2 Схема контура с измерительной ячейкой (а) и схема измерительной ячейки (б) Исследуемые материалыУльтрафарфор (ВЧ-УФ-46) Электротехнический фарфор с повышенным содержанием оксида алюминия. Ультрафарфор относится к кристаллическим диэлектрикам с неплотной упаковкой частиц в решётке. Поэтому данный материал является полярным диэлектриком с несколькими типами поляризации: электронной, ионной, ионно-релаксационной. Ультрафарфор УФ-46 и УФ-53 широко применяют для изготовления радиокерамических деталей. Ультрафарфор имеет в своем составе до 80—85% AlgOj и в зависимости от содержания окиси алюминия получает соответствующее обозначение (УФ-46, УФ-50, УФ-80 и т. д.). Диэлектрические свойства ультрафарфора значительно выше, чем диэлектрические свойства радиофарфора. Электрические свойства. Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц (ε') = 7,5 Тангенс угла диэлектрических потерь, при частоте при 1 МГц (tg δ)= 2*  Удельное объемное электрическое сопротивление (Ом·м) = >2*  Электрическая прочность (МВ/м) = 28 Полиэтилен ВД Полиэтилен высокого давления (ПВД) изготавливается в виде гранул ПВД. Электрические свойства. Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц (ε') = 2,2-2,3 Тангенс угла диэлектрических потерь, при частоте при 1 МГц (tg δ) = 2-3* Удельное объемное электрическое сопротивление (Ом·м) = 1*  Электрическая прочность (МВ/м) = 40-50 Полистирол УПМ (ударопрочный) Электрические свойства. Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц (ε') = 2,49-2,60 Тангенс угла диэлектрических потерь, при частоте при 1 МГц (tg δ) = 3-4* Удельное объемное электрическое сопротивление (Ом·м) = 1*  Электрическая прочность (МВ/м) = 20-30 Органическое стекло Преимущества и недостатки органического стекла. Преимущества: 1. Способность оргстекла пропускать свет, которая не меняется со временем, составляет 92%; 2. Экологичность, возможность утилизации и вторичной переработки; 3. Легко механически обрабатывается; 4. Оно инертно к воздействию воды и различных бактерий. Поэтому материал используют для производства аквариумов, остекления яхт; 5. Легкость оргстекла дает возможность эксплуатировать его без возведения громоздких каркасов и опор, придавая конструкции прозрачность; 6. Оргстекло хорошо выдерживает ударные нагрузки. В сравнении с обычным стеклом, этот показатель выше в пять раз; 7. Используя технологии нагрева, материалу можно придавать различные формы без ущерба для оптических свойств; 8. Органическое стекло можно эксплуатировать при низких температурах, оно устойчиво к химическим воздействиям, коррозии; 9. Может использоваться как электроизоляционный материал; 10 Пропускает до 70% УФ-лучей, не желтея и не теряя при этом прозрачности. Недостатки: Легко воспламеняется (при температуре 260 °C); Склонен к повреждениям поверхностного слоя (твердость 180 - 190 Н/мм²); Склонен к образованию микротрещин, которые появляются из-за внутренней напряженности в местах сгиба, при вакуумо- и термоформировании. Электрические свойства. Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц (ε') = 3,8-4,2 Тангенс угла диэлектрических потерь, при частоте при 1 МГц (tg δ) = 2-6*  Удельное объемное электрическое сопротивление (Ом·м) = 1*  Электрическая прочность (МВ/м) = 25-40 Фторопласт-4 (Ф-4) На сегодня выпускается несколько разновидностей Ф-4: Ф-4ПН — используется для изготовления изделий повышенной надежности. В зависимости от среднего размера частиц может иметь дополнительную маркировку: Ф-4 (100–180 мкм), Ф-4ПН-90 (46–135 мкм), Ф-4ПН-40 (21–45 мкм), Ф-4ПН-20 (6–20 мкм). Ф-4О — применяется для изготовления изделий общего назначения (втулок, прокладок, деталей трубопроводов и насосов). Ф-4Д — тонкодисперсная модификация с меньшим молекулярным весом. В отличие от Ф-4 его можно перерабатывать с помощью экструзии и готовить из него суспензии. Применяется для изготовления пленок, покрытий, волокон. Ф-4А — свободносыпучий фторопласт. Обладает всеми свойствами Ф-4, но при этом более технологичен. Используется для получения изделий точного размера методами автоматического, изостатического, компрессионного прессования и поршневой экструзии. Ф-4HTD — тонкодисперсный фторопласт с размером частиц 5–30 мкм. Используется в качестве сухой смазки в узлах трения различных механизмов, загустителя для масел и пластичных смазок. В маркировке фторопласта Ф-4 также встречается буква «М», что означает его модификацию с помощью различных добавок. Фторопласты всех марок находят свое применение в промышленности. Электрические свойства. Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц (ε') = 1,9-2,1 Тангенс угла диэлектрических потерь, при частоте при 1 МГц (tg δ) = 2-2,5* Удельное объемное электрическое сопротивление (Ом·м) = 1*  Электрическая прочность (МВ/м) = 25-27 Область примененияПри применении диэлектриков, одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов, довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств. Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы. Пассивные свойства диэлектриков Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от «земли»). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных ёмкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определённой ёмкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость. Активные свойства диэлектриков Активными называются диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий и использовать для создания функциональных элементов электроники. Активные диэлектрики позволяют осуществить генерацию, усиление, фильтрацию, модуляцию электрических и оптических сигналов, запоминание и преобразование информации. Свойствами активных диэлектриков обладают твердые, жидкие газообразные вещества. По химическому составу это могут быть органические и неорганические материалы. По свойствам и строению их можно подразделить на полярные и неполярные, кристаллические и аморфные диэлектрики. Расчет работы
ВыводыЧастотная зависимость проницаемости обусловлена инерционностью процессов поляризации. У неполярных диэлектриков, характеризующихся электронной поляризацией, процесс образования упругих диполей протекает практически мгновенно, поэтому диэлектрическая проницаемость не зависит от частоты (рисунок 4, кривая 1). У полярных диэлектриков в области низких частот вплоть до частоты  твердые диполи успевают поворачиваться за половину периода колебаний, поэтому диэлектрическая проницаемость не зависит от частоты (рисунок 4, кривая 2). На частотах выше диполи не успевают следовать за изменениями электрического поля, вследствие чего снижается интенсивность дипольной поляризации и резко уменьшается диэлектрическая проницаемость. На частотах выше  процесс дипольной поляризации полностью отсутствует и сохраняется только электронная поляризация. Рисунок 3 Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты В неполярных диэлектриках с увеличением частоты  уменьшается (рисунок 5, кривая 1).В полярных диэлектриках в области низких частот при повышении частоты уменьшается. Затем с ростом частоты растет . На частоте  время установления дипольной поляризации становится равным длительности периода изменения напряженности поля и достигает максимума. При дальнейшем повышении частоты не хватает времени для переориентации полярных молекул, что ведет к уменьшению (рисунок 5, кривая 2). Рисунок 4 Зависимость тангенса диэлектрических потерь от частоты В ходе работы были измерены относительная диэлектрическая проницаемость и угол диэлектрических потерь некоторых распространенных диэлектриков с помощью измерителя добротности Е4-11 и оценены исследуемые диэлектрики по типу присущей им поляризации. Были проведены сравнения теоретических и экспериментальных показаний, в ходе которых выяснилось, что экспериментальные результаты были получены правильно. Список литературы Физика диэлектриков, учебное пособие для ВУЗов, Поплавко Ю.М., 1980. - 325 с. Александров А.П. и др. Физика диэлектриков Ред. Вальтер А. Ф. Л.; М.: ГТТИ, 1932. - 560 с. Балыгин И.Е. Электрические свойства твердых диэлектриков М.: Издательство «Энергия», 1974. - 192 с. |
