Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
небольших областей (доменов) электрические моменты соседних элементарных ячеек сориентированы параллельно, так что домен самопроизвольно весьма интенсивно поляризуется. Соседние домены поляризуются в различных направлениях, и первоначально поляризованность P образца материала в целом равна нулю. При воздействии внешнего электрического поля векторы поляризованиости доменов ориентируются параллельно и весь образец оказывается интенсивно поляризованным в одном направлении. Значение ъг у сегнетоэлектриков может доходить вблизи точки Кюрн до IO6.
В диэлектрике, находящемся в электрическом поле, происходит рассеяние (диссипация) энергии. Рассеиваемую за одну секунду энергию (мощность) называют диэлектрическими потерями. Теряемая энергия преобразуется в теплоту, вызывая нагрев диэлектрика, вследствие чего ухудшаются электрические и другие важные его характеристики. Потери в диэлектриках наблюдаются как при переменном, так и при постоянном напряжении, однако под диэлектрическими потерями понимают мощность, рассеиваемую в переменном электрическом поле. Вектор тока в образце диэлектрика, включенном под переменное напряжение, опережает по фазе вектор напряжения на угол ф<90°. Угол б, дополняющий ср до 90°, называют углом диэлектрических потерь. В идеальном диэлектрике без потерь Ф = 90° и 6 = 0. В качестве параметра диэлектрика используется tg б — тангенс угла диэлектрических потерь.
Полные диэлектрические потери в образце диэлектрика емкостью С, включенном под переменное напряжение U с угловой частотой со,
P = U2OiC tg В,
где Р — в Вт; U (действующее значение) -в В; io=2jtf, і — в Гц; С — в Ф.
Для оценки потерь в любой точке образца диэлектрика с известным значением напряженности электрического поля E удобно определять удельные диэлектрические потери:
P= ?2
Ьг tg» 1,8-1010
где р — в Вт/м3; Е — в В/м; [ — в Гц. Величина уа= = fe,tgo/(l,8-IO10) —удельная активная проводимость диэлектрика, См/м, с параметрами е, и tgS, работающего на переменном напряжении при частоте f, Гц. Способность диэлектрика создавать диэлектрические потери в переменном поле характеризуется произведением tvlgS, называемым коэффициентом диэлектрических потерь.
Удельные потери диэлектрика в постоянном электрическом поле определяются только током проводимости:
Рпост = ?2 T-
Здесь Рпост — в Вт/м3; E — в В/м; удельная проводимость у ¦— в См/м.
В переменном электрическом поле различают три главных вида диэлектрических потерь:
1) потери на электропроводность — возникают во всех диэлектриках;
2) релаксационные потери — обусловлены замедленными видами поляризации;
3) ионизационные потери — свойственные газообразным диэлектрикам, а также жидким и твердым при наличии в них воздушных или иных газовых включений.
Электрические параметры диэлектриков не являются физическими константами и могут зависеть от многих внешних факторов (температура, частота изменения электрического поля, влажность окружающей среды и др.).
Важное для практики значение имеют и неэлектри-ческне свойства диэлектриков: механические, тепловые
544 (в том числе нагревостойкость и холодостойкость), физико-химические, радиационные и др.
В большинстве случаев практики применяются пассивные диэлектрики (электрическая изоляция, диэлектрические волноводы, электрические конденсаторы). В последнее время широкое распространение получили активные (управляемые) диэлектрики, резко изменяющие свои свойства под действием внешних (управляющих) факторов (сегнетоэлектрики, пьезоэлектрикн, электреты и др.).
Поведение диэлектриков в электрическом поле, зависимость их характеристик от различных факторов рассмотрены в монографиях и пособиях [1—7, 9], свойства представлены в справочной литературе [9—12], методы определения электрических и неэлектрических характеристик диэлектриков — в [8, 9].
23.2. Газообразные диэлектрики
Газы в обычных условиях характеризуются высоким удельным сопротивлением и очень малыми диэлектрическими потерями. К достоинствам газов относятся также восстановление электроизоляционных свойств после пробоя и отсутствие старения (ухудшение свойств со временем). Недостатком их является невысокая (по сравнению с жидкими и твердыми диэлектриками) электрическая прочность при нормальном давлении. Для увеличения электрической прочности используют как повышение давления газов, так и глубокое их разрежение Повысить электрическую прочность газовой изоляции можно также, применяя электроотрицательные газы. Молекулы этих газов, содержащие обычно атомы фтора, хлора и других галогенов, способны захватывать свободные электроны и становиться малоподвижными отрицательными ионами. Удаление подвижных электронов затрудняет развитие электрического разряда, вследствие чего электрическая прочность газа возрастает.
Важнейшим для электротехнической практики газообразным диэлектриком является воздух, особенно при близких к нормальным атмосферным условиях. В табл. 23.1 приведены свойства некоторых газов в сравнении с воздухом (соответствующие параметры воздуха приняты за единицу).
