laba_3_po_khimii

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА.

Отчет по лабораторной работе:

«Исследование частотной зависимости диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь твердых диэлектриков»

По дисциплине: «Материаловедение».

Выполнила:

ФИО: Капица Олеся Викторовна

Группа: ФП-03

Преподаватели:

Дёшина Наталья Олеговна

Ковалёва Татьяна Юрьевна

Санкт-Петербург

2013 г.

Исследование частотной зависимости диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь твердых диэлектриков.

Цель работы: Определение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твердого диэлектрика и характера влияния на них частоты изменения электрического поля.

Лабораторное задание:

2.1. Ознакомиться с теорией исследуемого вопроса.

2.2. Ознакомиться с методикой измерения и расчета исследуемых параметров диэлектрика.

2.3. Определить значения добротности (Q1 и Q2) и емкости (С1 и С2) колебательных контуров для заданных значений частоты изменения электрического поля.

2.4. Рассчитать значения емкости (Сх), тангенс угла диэлектрических потерь (tgBε) и диэлектрической проницаемости (ε) диэлектрика для заданных частот изменения электрического поля.

2.5. Построить графики частотных зависимостей и провести их анализ.

Теоретические положения к работе:

Под поляризацией диэлектрика понимается процесс ограниченного смещения связанных (в атомах, молекуле и кристаллической решетке) зарядов или ориентации дипольных молекул под воздействием внешнего электрического поля.

По механизмам поляризации диэлектрики подразделяются на неполярные и полярные. К неполярным относятся диэлектрики, молекулы которых не имеют постоянного дипольного момента (центры отрицательных и положительных зарядов совпадают). Для них характерен механизм упругой поляризации за счет упругого смещения связанных зарядов. К полярным относятся диэлектрики, молекулы которых без воздействия внешнего электрического поля имеют дипольный момент (центры противоположных по знаку зарядов не совпадают). Для этих диэлектриков характерно действие механизмов упругой (мгновенной) и дипольно-релаксационной (замедленной) поляризации.

Под диэлектрическими потерями понимается мощность электрического поля, затрачиваемая на нагрев диэлектрика. К основным видам диэлектрических потерь относятся: потери на электропроводность, т.е. обусловленные перемещением свободных зарядов в диэлектрике. И потери на поляризацию (характерные для диэлектриков с замедленными видами поляризации).

Тангенс угла диэлектрических потерь является очень важной характеристикой диэлектрика в переменном электрическом поле. Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до 90^о угол сдвига фаз между напряжением и током в емкостной цепи. Для определения рассеиваемой в диэлектрике мощности используется эквивалентная схема конденсатора и векторная диаграмма (Рис.1).

Рис.1 Эквивалентная схема и векторная диаграмма

Рис.2 Характер частотных зависимостей

Диэлектрическая проницаемость характеризует поляризуемость диэлектриков. Поскольку процесс поляризации диэлектриков внешне проявляется в их способности накапливать заряды (образовывать электрическую ёмкость), то величину диэлектрической проницаемости определяют измерением емкости конденсатора (Сх), между обкладками которого находится испытуемый диэлектрик (ε=Сх/Со, где Со – ёмкость воздушного конденсатора).

Величина диэлектрической проницаемости диэлектриков определяется видами поляризации, протекающих в них в зависимости от химического состава и структуры.

Характер частотной зависимости (Рис.3) обусловлен временем протекания процессов поляризации и, следовательно, частотами, до которых процессы поляризации успевают следить за изменением электрического поля.

Рис.3 Характер частотной зависимости

ε=ϕ(f) неполярных (1) и полярных (2)диэлектриков

Ход работы:

Для определения емкости конденсатора используется прибор “Измеритель добротности” (Рис.4)

R и L – сопротивление и индуктивность эталонной катушки; С – переменный конденсатор; Сх и Rх – параметры эквивалентной схемы испытуемого диэлектрика.

Рис.4 Упрощенная электрическая схема измерительного

колебательно контура

Расчетные формулы:

Значение тангенса угла диэлектрических потерь:

tgσε=

Значение диэлектрической проницаемости:

ε=, где

Сх – ёмкость конденсатора с испытуемым диэлектриком, пФ;

h –толщина диэлектрика, см;

d – диаметр электродов конденсатора, см.

Таблица 1.

Частота, Гц	С1, пФ	Q1	Диэлектрик h=0.02 см
			C2, пФ	Q2	Cx	tgσε	ε