- •1.Введение. Предмет дисциплины, цель изучения, основные определения
- •2.Металлы и сплавы, общие сведения. Строение металлов.
- •3.Электрофизические характеристики металлов.
- •4.Проводимость жидкостей и электролитов. Жидкости.
- •5.Классификация материалов.
- •6.Виды химической связи.
- •7.Строение реальных металлов, диффузионные процессы в металле, кристаллизация металлов.
- •8.Конструкционные стали.
- •12.Испытания конструкционных металлов. Микроскопический анализ.
- •13.Механические свойства материалов и методы их определения.
- •14.Метод Бринелля.
- •15.Метод Роквелла.
- •16.Метод Виккерса.
- •18.Метод Шора.
- •19.Испытание на усталость.
- •20.Испытание на ползучесть.
- •21.Определение ударной вязкости.
- •22. Порог хладноломкости. Определение трещиностойкости.
- •23.Электротехнические материалы, классификация и область применения.
- •24.Особенности зонно-энергетической структуры металлов.
- •25.Физическая природа электропроводности металлов
- •26.Факторы, влияющие на удельное сопротивление металлов
- •27.Электрические свойства металлических сплавов
- •28.Сопротивление проводников на высоких частотах
- •29.Электрофизические свойства тонких металлических пленок
- •31.Классификация проводниковых материалов по функциональному значению.
- •32.Контактные материалы
- •37.Криопроводники.
- •39.Магнитные материалы. Общие сведения о магнетизме
- •40.Классификация веществ по магнитным свойствам
- •41.Техническая кривая намагничивания
- •42.Петля гистерезиса
- •43.Магнитная проницаемость
- •44. Магнитострикция.
- •45. Намагничивание переменным полем.
- •46. Классификация магнитных материалов.
- •48. Магнитомягкие материалы.
- •49. Магнитомягкие высокочастотные материалы
- •50. Магнитотвердые материалы
- •51. Магнитные материалы специального назначения. Ферриты и металлические сплавы с ппг.
- •52. Ферриты для устройств свч.
- •53. Цилиндрические магнитные домены
- •54. Диэлектрики. Поляризация диэлектриков
- •55. Электропроводность диэлектриков. Особенности электропроводности диэлектриков.
- •56. Электропроводность твердых диэлектриков
- •57. Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков.
- •58. Электропроводность жидких диэлектриков
- •59. Электропроводность газов.
- •60. Диэлектрические потери.
- •61. Пробой диэлектриков. Основные понятия.
- •62. Пробой твердых диэлектриков
- •63. Электроизоляционные материалы. Высоко полимерные твердые материалы.
- •64. Синтетические лаки, эмали и компаунды.
- •65. Бумаги и картоны
- •66. Слоистые пластмассы – материалы для печатных плат.
- •67. Слюдяные материалы
- •68. Электроизоляционная керамика
- •69. Активные диэлектрики
- •70. Пьезоэлектрики
- •71. Пироэлектрики
- •72. Электреты
- •73. Материалы для твердотельных лазеров
- •74. Жидкие кристаллы
- •75. Полупроводниковые материалы.
- •76. Электропроводность полупроводников.
- •77. Собственные и примесные полупроводники. Основные и не основные носители заряда.
- •78. Основные характеристики и свойства полупроводниковых материалов.
- •79. Конецентрация носителей заряда.
- •80. Подвижность носителей тока.
- •81. Теплопроводность полупроводников.
- •82. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры. Элементы статистики электронов.
- •83. Фотопроводимость.
60. Диэлектрические потери.
Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле. В диэлектрике, помещенном в переменное синусоидальное электрическое поле с напряженностью Е и угловой частотой , возникают электрические токи двух видов: емкостной ток и активный ток. Плотность емкостного тока
JCM = ··0·Е (5.0)
Плотность активного тока:
Ja = а·E, (5.0)
где а – удельная активная проводимость диэлектрика на угловой частоте . Плотность общего тока J равна векторной сумме плотностей токов емкостного и активного, как это изображено на векторной диаграмме на комплексной плоскости (рис 5.10).
Если бы диэлектрик был идеальным, т.е. без потерь (а = 0), ток был бы чисто реактивным и его плотность J = JCM = ··0·Е была бы направлена по мнимой оси под углом 90° к вектору Е. Однако у реальных диэлектриков с уд отличной от нуля, суммарный ток сдвинут на угол = 90° - относительно тока идеального диэлектрика ( - угол сдвига фаз между током и напряжением). Чем больше а, тем больше угол , характеризующий степень отличия реального диэлектрика от идеального. Угол между векторами плотностей переменного тока диэлектрика и емкостного тока на комплексной плоскости называют углом диэлектрических потерь. Тангенс этого угла
tg = Ja/JCM = /(··0) (5.0)
является одним из важнейших параметров диэлектриков.
Главным процессом, вызывающим диэлектрические потери, является процесс электропроводности. Вызванные этим потери в диэлектрике называются потерями на электропроводность. Они возникают во всех диэлектриках. Больше всего они проявляются при повышенных температурах. К потерям на электропроводность добавляются потери на поляризацию. Эти потери обычно наблюдаются только в определенном интервале температур, где проявляется поляризация, связанная с потерями. В области сильных электрических полей к указанным процессам добавляются потери на ионизацию, которые возникают при ионизации диэлектрика. Процессы электропроводности, поляризации и ионизации при анализе диэлектрических потерь считаются независимыми. Предполагается, что в данном случае справедлив принцип суперпозиции (наложения) диэлектрических потерь, в соответствии с которым общие диэлектрические потери являются суммой составляющих, вызванных отдельными механизмами потерь.
Потери на электропроводность. Эти потери обнаруживаются в диэлектриках, имеющих заметную электропроводность, объемную или поверхностную. Наличие сквозного тока в переменном поле приводит к рассеянию мощности
РCKB = Е2 (5.0)
в единице объема диэлектрика. Эту часть потерь, обусловленную сквозным током диэлектрика, называют диэлектрическими потерями на электропроводность. Мощность потерь на электропроводность как видно из (РCKB = Е2 ( 5 .0) не зависит от частоты. Однако тангенс угла потерь, обусловленных сквозным током,
tgCKB = /(··0) = 1,8·1010/(f··) (5.0)
обратно пропорционален частоте ( слабо зависит от частоты). На высоких частотах (при > 1010 Ом·м – выше 10 кГц) tgCKB очень мал – менее 10-4. Следовательно, потери на электропроводность существенны лишь при низких частотах (50–1000 Гц) (Error: Reference source not found,а).
Влияние потерь на электропроводность диэлектриков возрастает с ростом температуры. Это связано с увеличением удельной проводимости в области высоких температур. В случае повышенных температур tgCKB может быть высоким даже при высоких частотах (Error: Reference source not found,6). Потери на электропроводность ничтожно малы у электроизоляционных материалов с высоким удельным сопротивлением (полиэтилен), а на высоких и сверхвысоких частотах - практически у всех материалов. Однако их необходимо учитывать при повышенных температурах (выше 100°С), а также при увлажнении и прочих условиях, приводящих к снижению удельного сопротивления.
Релаксационные потери (потери на поляризацию). Эти потери обусловлены активными составляющими поляризационных токов. Они характерны для диэлектриков, обладающих замедленными видами поляризации, когда сказывается отставание поляризации от изменения поля (полярные диэлектрики).
У полярного диэлектрика рост tg с увеличением температуры объясняется затратами энергии на ориентацию все увеличивающегося количества полярных молекул, принимающих участие в процессе дипольной поляризации. Начиная с некоторой температуры, происходит переход ориентированных (по направлению электрического поля) полярных молекул в состояние теплового разброса. В связи с переходом все большего количества полярных молекул в состояние беспорядочных тепловых колебаний электрическая энергия, затрачиваемая на процесс дипольной поляризации, уменьшается.
В полярном диэлектрике с увеличением частоты приложенного напряжения возрастают потери энергии. Это объясняется тем, что диполи чаще вынуждены ориентироваться, на что затрачивается все большая энергия. Это происходит лишь до определенной частоты fM, соответствующей максимальной величине tg. Начиная с частоты fM, время одного полупериода (когда электрическое поле сохраняет направление) становится настолько малым, что полярные молекулы не успевают ориентироваться и потери энергии в диэлектрике уменьшаются. На это указывает снижение величины tg в области высоких частот. Знание этих зависимостей необходимо при выборе того или иного диэлектрика для его работы при заданной частоте.
Ионизационные потери. Эти потери свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии. При высоких напряженностях и чаще всего в неоднородном поле, когда напряженность в отдельных местах превосходит некоторое критическое значение, молекулы газа ионизируются, вследствие чего в газе возникают потери на ионизацию. Приближенно ионизационные потери могут быть вычислены по формуле:
РИ = А1f(U - UИ)3 (5.0)
где А1 – постоянный коэффициент; f – частота; U – приложенное напряжение; UИ – напряжение, соответствующее началу ионизации.
При возрастании напряжения свыше UИ tg растет. При U > U1, когда газ уже ионизован, требуется меньшая энергия на дальнейшее развитие процесса и tgуменьшается.
Резонансные потери. Они наблюдаются в некоторых газах при строго определенной частоте и выражаются в интенсивном поглощении энергии электромагнитного поля. Резонансные потери возможны и в твердых телах, если частота вынужденных колебаний, вызываемая электрическим полем, совпадает с частотой собственных колебаний частиц твердого вещества. Наличие максимума в частотной зависимости tg характерно и для резонансного механизма потерь, однако, при изменении температуры максимум потерь не смещается.