POLITECHNIKA POZNAŃSKA Instytut Elektroenergetyki Zakład Wysokich Napięć i Materiałów Elektrotechnicznych
Laboratorium Techniki Wysokich Napięć Ćwiczenie nr 5 Temat: Zależność przenikalności elektrycznej i kąta zwilżania dielektryków stałych
Rok akad. 2002/2003 Wydział Elektryczny Kierunek Elektrotechnika Specjalność EPiEL	Jakacki Zbigniew Jastrzębski Grzegorz Łyszczarz Damian	Data:
				wykonanie ćwiczenia	oddanie sprawozdania
				25.03.2003	1.04.2003
				Ocena:
Uwagi:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie kąta zwilżania θ oraz względnej przenikalności elektrycznej ε dielektryków stałych.

2. Wyznaczanie kąta zwilżania θ.

Chcąc wyznaczyć kąt zwilżania potrzebne nam były charakterystyczne wymiary kropli wody. Na każdym z badanych materiałów dielektrycznych zostały umieszczane po trzy krople. Następnie za pomocą układu optycznego uzyskaliśmy obraz powiększonej kropli, a przy pomocy linijki zmierzyliśmy charakterystyczne wymiary (dla materiałów hydrofilnych c i h, dla materiałów hydrofobowych c i H).

Rys. Układ optyczny do wyznaczenia kąta zwilżania dielektryków stałych: 1 - źródło światła, 2 - reflektor, 3 - kondensator, 4 - obiekt badań, 5 - obiektyw, 6 - ekran, 7 - wspornik próbek, f - ogniskowa optyczna układu reflektora.

a) wyznaczenie kąta zwilżania θ dla materiałów hydrofilnych

rys. Sposób wyznaczania kąta zwilżania fazy ciekłej od stałej dla materiałów hydrofilnych

Chcąc wyznaczyć promień kropli korzystamy z twierdzenia Pitagorasa

po uporządkowaniu zmiennych otrzymuję

gdzie:

r	- promień kropli
c, h	- wymiary charakterystyczne kropli odczytane z ekranu

Kąt zwilżania θ obliczany posługując się funkcjami trygonometrycznymi

zatem

Z zależności na kąt pełny

zatem

b) wyznaczanie kąta zwilżania θ dla materiałów hydrofobowych

rys. Sposób wyznaczania kąta zwilżania fazy ciekłej od stałej dla materiałów hydrofobowych

Chcąc wyznaczyć promień kropli korzystamy z twierdzenia Pitagorasa

po uporządkowaniu zmiennych otrzymuję

gdzie:

r	- promień kropli
c, H	- wymiary charakterystyczne kropli odczytane z ekranu

Kąt zwilżania θ obliczany posługując się funkcjami trygonometrycznymi

zatem

Z zależności na kąt pełny

zatem

2. Wyznaczanie względnej przenikalności elektrycznej.

Aby wyznaczyć przenikalność względną materiału dielektrycznego, posługujemy się wzorem:

gdzie:

Cd	- pojemność kondensatora o określonych kształtach i wymiarach elektrod, między którymi znajduje się badany dielektryk
C0	- pojemność utworzona przez ten sam układ elektrod po usunięciu dielektryku

Dla układu elektrod przedstawionego na poniższym rysunku pojemność międzyelektrodowa geometryczna w powietrzu C₀ wynosi:

wszystkie wartości wymiarów należy podstawić w metrach

Wymiary elektrod pomiarowych: d = 50 [mm], t = 10 [mm], s=7 [mm]

Rys. Względna przenikalność elektryczna w zależności od kąta zwilżania: A - Porcelana,
B - PCV techniczny, C - PCV medyczny, D - Elastrometr silikonowy z napełniaczem,
E - Poliuretan, F - Szkło, G - Elastrometr silikonowy bez napełniacza, H - Inezit E,
I - Tekstolit, J - Rezokart.

3. Wnioski

Podczas wykonywania ćwiczenia można było zaobserwować dwa materiały hydrofobowe: Elastrometr silikonowy z napełniaczem i Elastrometr silikonowy bez napełniacza, w których kropla wody występowała w postaci odosobnionych kropli, a dielektryk nie zwilżał się.

Zastosowanie ww materiału na izolator w rozdzielniach napowietrznych jest bardzo korzystne, gdyż w czasie złych warunków atmosferycznych ma dużą wytrzymałość elektryczną - nie zwilża się, dużą wytrzymałość mechaniczną oraz jest materiałem bardzo lekkim co znacznie ułatwia obsłudze jego montaż.

Szkło które najbardziej ulegało zwilżeniu a naniesienie na nie kropli powodowało natychmiastowe jej rozlanie jest materiałem hydrofilnym. Zatem odczytanie wymiarów kropli z materiału hydrofilnego jest bardzo trudne.

Ćwiczenie zostało wykonane z niezbyt dużą dokładnością, gdyż układ optyczny pomimo ustawiania nie dawał ostrego obrazu kropli. Powodowało to iż odczyt wymiarów charakterystycznych był nie dokładny. Także przy pomiarze pojemności mogły wystąpić błędy, gdyż urządzenie pomiarowe nie pracowało stabilnie przy częstotliwości 120 Hz, zatem wg wskazówek prowadzącego pomiary dokonaliśmy z częstotliwością 1 kHz.

---