|
Pomiar przenikalnoci wzgldnej materiaów izolacyjnych
|
|
|
|
|
Cel wiczenia:
Celem tego wiczenia jest wyznaczenie przenikalnoci wzgldnej dielektryków.
Przebieg wiczenia:
Przeprowadzenie dowiadczenia polega na dokonywaniu zmian w konstrukcji kondensatorów (powierzchnia okadzin, rodzaj dielektryka) i pomiaru ich pojemnoci.
Na podstawie tych danych wyliczamy warto przenikalnoci wzgldnej badanych dielektryków. W wiczeniu wykonujemy pomiary pojemnoci kondensatorów paskich wykonanych z pytki dielektrycznej i dwóch okrgych okadzin. Dla kadej pytki wykonane zostay trzy pomiary pojemnoci :
- dla dwóch jednakowych duych okadzin,
- dla jednej okadziny mniejszej, a drugiej wikszej,
- dla dwóch jednakowych okadzin maych.
Wedug poniszych zalenoci mona obliczy przenikalno elektryczn wzgldn okrelonych dielektryków uytych w kondensatorach:
rodzaj elektrod |
przenikalno elektryczna wzgldna |
elektrody paskie równolege, sigajce do krawdzi próbki
|
|
elektrody paskie równolege, o niejednakowych wymiarach
|
|
elektrody paskie, równolege o jednakowych wymiarach, mniejsze od próbki.
|
|
gdzie:
e - przenikalno dielektryczna próbki
Cxd - zmierzona pojemno kondensatora z próbk jako dielektrykiem
Ceg - obliczona pojemno geometryczna kondensatora z powietrzem jako dielektrykiem = 0.0695 d2/g
Cg - pojemno rozproszona do otoczenia w powietrzu = 0.117d
P - powierzchnia elektrody w cm2 , w przypadku elektrod o rónych powierzchniach, oznacza powierzchni elektrody mniejszej.
d - rednica mniejszej elektrody okrgej w centymetrach
g - odlego midzy elektrodami paskimi w centymetrach.
Wyniki pomiarów i oblicze:
I. próbka 1 - grubo g = 3.9 mm
a) d = D = 11,5 cm, C = 110,5 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 1 z tabeli.
P= 103.8 cm2 Ceg = 23.6 pF Cg = 2 pF e = 4.4
b) d = 5,3 cm D = 11,5 cm C = 31.8 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 2 z tabeli.
P=22.06 cm2 Ceg = 5 pF Cg = 0.9 pF e = 4.9
c) d = D = 5,3 cm C = 28.1 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=22.06 cm2 Ceg = 5 pF Cg = 0.9 pF e = 4.9
II. próbka 1 - grubo g = 3.9 mm
a) d = D = 8.8 cm, C = 78.3 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=60.82 cm2 Ceg = 13.8 pF Cg = 1.6 pF e = 5.0
b) d = 5,3 cm D = 8.8 cm C = 34.7 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 2 z tabeli.
P=22.06 Ceg = 5 pF Cg = 0.9 pF e = 5.5
c) d = D = 5,3 cm C = 28.1 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=22.06 cm2 Ceg = 5 pF Cg = 0.9 pF e = 4.9
III. próbka 3 - grubo g = 2 mm
a) d = D = 8.8 cm, C = 147.7 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=60.82 cm2 Ceg = 26.9 pF Cg = 1.6 pF e = 5.1
b) d = 5,3 cm D = 8.8 cm C = 58.4 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 2 z tabeli.
P=22.06 Ceg = 9.7 Cg = 0.9 pF e = 5.2
c) d = D = 5,3 cm C = 56.3 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=22.06 cm2 Ceg = 9.7 Cg = 0.9 pF e = 5.4
IV. próbka 4 - grubo g = 4.2 mm
a) d = D = 8.8 cm, C = 89.2 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=60.82 cm2 Ceg = 12.8 pF Cg = 1.6 pF e = 6.1
b) d = 5,3 cm D = 8.8 cm C = 39.2 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 2 z tabeli.
P=22.06 Ceg = 4.6 pF Cg = 0.9 pF e = 6.6
c) d = D = 5,3 cm C = 34.1 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=22.06 cm2 Ceg = 4.6 pF Cg = 0.9 pF e = 6.6
V. próbka 5 - grubo g = 4.2 mm
a) d = D = 8.8 cm, C = 85.7 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=60.82 cm2 Ceg = 12.8 pF Cg = 1.6 pF e = 5.9
b) d = 5,3 cm D = 8.8 cm C = 38.5 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 2 z tabeli.
P=22.06 Ceg = 4.6 pF Cg = 0.9 pF e = 6.5
c) d = D = 5,3 cm C = 33.6 pF
do obliczenia e stosujemy wzór 3 z tabeli.
P=22.06 cm2 Ceg = 4.6 pF Cg = 0.9 pF e = 6.4
Uwagi i wnioski:
Z wylicze wynika i dla materiaów o rónych wartociach przenikalnoci dielektrycznej kondensatory o tych samych okadzinach maj róne pojemnoci. Przenikalno elektryczna materiau jest w okrelonych warunkach staa. Rónice si wyniki s w zasadzie nieznaczne, a rónice w wyliczonych wartociach e mog wynika z bdów pomiarowych przypadkowych, lub z nie dokadnego przyoenia okadzin kondensatora do dielektryka, przesunicia wzgldem siebie, co powoduje bdny wynik pomiaru pojemnoci.
Przenikalno elektryczna wzgldna okrelonego dielektryka, zwana czsto jego sta elektryczn, jest liczbowo równa stosunkowi pojemnoci elektrycznej kondensatora z danym dielektrykiem do pojemnoci tego samego kondensatora po usuniciu dielektryka (tj. z dielektrykiem próniowym).
Po przyoeniu napicia U do okadek paskiego kondensatora próniowego zbiera si na nich okrelony adunek elektryczny Q0; wytwarzajcy w przestrzeni midzy okadkami pole elektryczne Eo. Gdy przestrze midzy okadkami wypeni dielektrykiem, ulega on polaryzacji w polu Eo - na zewntrznych powierzchniach dielektryka powstaje adunek elektryczny. "Przyciga" on dodatkowe adunki ze róda prdu, zbierajce si na okadkach kondensatora Na kady adunek elektryczny wewntrz dielektryka dziaaj teraz dwie siy: od zewntrznego pola Ez, wywoanego adunkami na okadkach kondensatora oraz od pola wewntrznego Ew, wywoanego adunkami na zewntrznych powierzchniach dielektryka. Pola te s przeciwnie skierowane, a ich suma jest równa wartoci pola Eo,w nieobecnoci dielektryka. Wikszy adunek elektryczny zebrany na okadkach kondensatora przy tym samym napiciu oznacza; ze pojemno kondensatora ulega zwikszeniu dziki wypenieniu kondensatora materiaem dielektrycznym. Pojemno kondensatora próniowego wynosi:
a kondensatora z dielektrykiem:
Przy czym Q i Qo s odpowiednio adunkami elektrycznymi zgromadzonymi na okadkach kondensatora z dielektrykiem i bez niego, s jest powierzchni okadki a I odlegoci midzy okadkami.
Z powyszych wzorów mona zauway, e:
wówczas z definicji:
ew jest wzgldn przenikalnoci elektryczn dielektryka zawsze wiksz od jednoci. Jest ona tym wiksza, im silniej w dielektryku wystpuje zjawisko polaryzacji, tzn. Im wiksza jest podatno dielektryka na polaryzacj. Warto ew zaley od: stanu skupienia dielektryka, rodzaju polaryzacji, temperatury i czstotliwoci zmiennego pola elektrycznego. Maymi wartociami ew charakteryzuj si dielektryki lotne, gdy z uwagi na ich ma gsto bierze udzia maa liczba adunków zwizanych mieszczcych si w jednostce objtoci. Maymi wartociami ew charakteryzuj si równie dielektryki, w których wystpuje tylko polaryzacja elektronowa, wikszymi - gdy wystpuje równie polaryzacja jonowa , a najwikszymi, gdy wystpuj wszystkie 3 rodzaje polaryzacji: elektronowa jonowa i dipolowa. Zaleno ew od temperatury jest zwykle niewielka dla gazów , natomiast moe by znaczna dla dielektryków ciekych i staych, szczególnie dla tych o dipolowej budowie czstek. Dla oleju syntetycznego w niskich temp. Warto ew jest maa gdy znaczna lepko oleju w tej temp. Utrudnia obrót dipoli i ogranicza podatno czstek na polaryzacj dipolow. Przy podwyszonych temp. Znów zmniejsza si warto ew tym razem w wyniku ruchów cieplnych czstek utrudniajcych ich uporzdkowanie. Dla dielektryków staych o czstkach charakteryzujcych si wizaniami jonowymi ew wzrasta przy podwyszeniu temp, gdy osabia to wtedy wi jonów w czsteczce, co uatwia polaryzacj jonow.
Wyszukiwarka