отчет по поляризации диэлектриков. лаба 2 отчет. Отчет по Лабораторной работе поляризация и потери в диэлектриках
![]()
|
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 ![]() ![]() ![]() ![]() 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 ![]() ![]() ![]() ![]() Рисунок 3 Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты В неполярных диэлектриках с увеличением частоты ![]() В полярных диэлектриках в области низких частот при повышении частоты ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 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. |