Ход работы

Присоединить плату с исследуемыми диэлектриками к разъему в термостате.

Поставить переключатель "Выбор образца" в положение 1. При этом будет подключен первый диэлектрик (согласно табл. 1.1).

Установить переключатели на приборе Е7-11 в следующие положения:

а) " L, C, R_-, R₌" - в положение "С";

б) "Q < 0,5, Q > 0,5, tgδ" - в положение "tgδ";

в) "Частота" - в положение "1000 Гц";

г) "Предел" - в положение "100 нФ".

Кроме того, необходимо шкалу "tgδ" зафиксировать в нулевом значении, а ручку "Чувствительность" – в положении, которое отвечает 100%.

Выбрать нужный предел измерения. Для этого нужно нажать кнопку "Выбор предела" и, переключая переключатель "Предел", менять установленный предел до тех пор, пока знак фазы напряжения разбаланса не изменится на противоположный или не станет равным нулю.

Отпустив кнопку "Выбор предела", уравновесить мост переключателем "Емкость" для получения минимального значения тока по гальванометру. Потом вращением плавной шкалы "Емкость" найти положение, при котором минимум станет еще меньше. Уменьшить ток индикатора разбаланса вращением шкалы "tgδ". Регулировку повторяют при постепенном увеличении чувствительности моста. При малой чувствительности происходит загрубление результатов измерения,а при большой –тяжело зафиксировать минимальное значение тока разбаланса. Значение чувствительности, которая рекомендуется, - 30...50%. Отсчет снимается непосредственно по шкале прибора "tgδ". Отсчет емкости выполняется умножением полученного по шкале результата на соответствующий множитель шкалы "Предел". Например, отсчет емкости 0,345, множитель 10 нф, тогда С_x = 100,345 = 3,45 нФ = = 3,45·10^-9 Ф.

Выбрать на стенде с помощью переключателя "Выбор образца" второй диэлектрик и повторить пп. 3-5. И так далее для всех семи образцов.

Задание к лабораторной работе

1. Измерить значение емкости и тангенса угла диэлектрических потерь для семи диэлектриков.

2. Рассчитать значение диэлектрической проницаемости для всех образцов, используя (1.1) - (1.3).

3. Сравнить полученные значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь со справочными данными по этим материалам.

4. Дать краткую характеристику исследуемых материалов и указать области их применения.

5. Сделать выводы о качестве исследуемых диэлектриков.

Теоретические сведения.

1. Диэлектрические материалы

Диэлектриками называют вещества, которые имеют ширину запрещенной зоны больше 3 эВ, что способствует их высокому сопротивлению и поляризации под действием электрического поля. Диэлектрики характеризуются упругими связями зарядов, электронов и ядер в атомах, атомов и ионов в молекулах. Такая структура молекул в диэлектриках обуславливает электрический сдвиг и поляризацию зарядов под действием сил электрического поля (рис.1.2).

Диэлектрики характеризуются диэлектрической проницаемостью, тангенсом угла диэлектрических потерь, удельным сопротивлением и электрической прочностью.

2.Поляризация диэлектриков

О сновной процесс в диэлектрике, который возникает под действием электрического поля - поляризация: сдвиг связанных зарядов или ориентация дипольных молекул.

Поляризуемость – величина сдвига атома, молекулы или иона. Количественной характеристикой поляризации служит поляризованность

где M – электрический момент некоторого объема диэлектрика.

Поляризованность диэлектрика зависит от напряженности внешнего электрического поля:

где D – вектор электрического сдвига; ε_a –абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м;

ε_а = εּε₀,,

где ε₀ = 8,86·10^-12Ф/м – диэлектрическая постоянная вакуума; ε – относительная диэлектрическая проницаемость.

Количество накопленного в поляризованном диэлектрике заряда пропорционально емкости и напряжению:

Q = C ·U,

причем

Q = Q₀ + Q_д,

де Q₀ - заряд при вакууме между электродами; Q_д - заряд в диэлектрике.

Тогда относительная диэлектрическая проницаемость представляет собой соотношение

т.. ε > 1.

Физически это обозначает тот факт, что электрическое поле при внесении в него диэлектрика может только ослабиться. По этой причине относительная диэлектрическая проницаемость всегда больше единицы.