Politechnika Opolska

LABORATORIUM

Przedmiot:

Materiałoznawstwo elektryczne

Kierunek studiów:	Automatyka i Robotyka	Rok studiów:	II
Semestr:	III

Temat:

Pomiary stratności i przenikalności dielektryków

Projekt wykonali:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie zjawisk odpowiedzialnych za występowanie strat mocy w dielektrykach (dysypację energii), wpływu różnych parametrów na ich przebieg, przenikalność elektryczną materiałów izolacyjnych, wpływu różnych parametrów na tę wielkość oraz zaznajomienie się z metodami pomiaru współczynnika stratności.

2. Wiadomości teoretyczne

Przenikalność elektryczna dielektryków definiowana jest poprzez następującą zależność stosowaną w praktyce:

gdzie:

C-pojemność kondensatora z dielektrykiem,

C₀-pojemność kondensatora z próżnią między okładkami.

Wartość przenikalności zależy także od mechanizmów polaryzacji występujących w danym dielektryku, od stanu jego skupienia, temperatury oraz innych czynników. W rzeczywistości w konkretnych dielektrykach rzadko występują pojedyncze mechanizmy polaryzacji, ale za to zawsze mechanizmem polaryzacji jest polaryzacja elektronowa.

Przenikalność elektryczna zależna jest też od temperatury. Współczynnik temperaturowy przenikalności określa się wzorem:

gdzie to przenikalność elektryczna substancji.

Przenikalność elektryczna cieczy zależna jest od jej budowy cząsteczkowej. Ze względu na budowę, cząsteczki cieczy można podzielić na niepolarne oraz polarne, gdzie cząsteczka cieczy jest dipolem. Przenikalność elektryczna cieczy niepolarnych jest nieco większa od dwóch i zbliżona do kwadratu współczynnika załamania światła. Temperaturowy współczynnik przenikalności jest ujemny. Przenikalność cieczy niepolarnych jest niezależna od częstotliwości pola elektrycznego. W cieczach polarnych przenikalność elektryczna może przyjmować bardzo duże wartości Wynika to z dużego wypadkowego momentu dipolowego tworzonego przez duże momenty dipolowe poszczególnych molekuł.

Wpływ temperatury na zachowanie się przenikalności cieczy uwarunkowany jest w mniejszym stopniu zmianami gęstości, w większym zaś wskutek wpływu temperatury na polaryzację relaksacyjną. W niskich temperaturach udział polaryzacji relaksacyjnej jest niewielki w wytwarzaniu wypadkowego momentu dipolowego. Duża lepkość cieczy hamuje bowiem ruch dipoli. Podwyższanie temperatury powoduje wykładniczy spadek lepkości cieczy. Ruch dipoli jest wówczas ułatwiony, co powoduje gwałtowny wzrost przenikalności elektrycznej. Dalsze podwyższanie temperatury powoduje jednak zaburzenia w ruchu dipoli i zmniejszenie ich wkładu w wypadkową polaryzację. Przenikalność elektryczna ulega obniżeniu.

Na przenikalność elektryczną dielektryków ma wpływ także częstotliwość. Przy częstotliwościach mniejszych od pewnej wartości f₀ - częstotliwości charakterystycznej dla danego dielektryka - wszystkie dipole ulegają obrotowi pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego a wypadkowa polaryzacja jest sumą polaryzacji elektronowej i dipolowej. Przy częstotliwości f₀ dipole zaczynają nie nadążać za zmianami pola co owocuje spadkiem przenikalności elektrycznej.

3. Obliczenia

Badając jak pod wpływem temperatury zachowuje się pojemność kondensatora możemy wyznaczyć wpływ temperatury na przenikalność elektryczną, za pomocą wzoru:

4. Tabela pomiarowa współczynnika pojemności C

- dla kondensatora o pojemności znamionowej C₀=150pF:

Lp.	Temperatura[°C]	Pojemność C[pF]	Pojemność C[pF]/ C0
1	25	320.00	2,13
2	30	316.00	2,106
3	35	315.50	2,103
4	40	315.15	2,101
5	45	314.63	2,097
6	50	314.25	2,095
7	55	313.95	2,093
8	60	313.73	2,0915
9	65	313.65	2,091
10	70	313.51	2,09
11	75	313.55	2,0903
12	80	313.60	2,0906
13	85	313.66	2,091
14	90	313.73	2,0915

Komentarz: Pomiary pojemności są podzielone ze względu na to, że ustawiliśmy wcześniej w menu przyrządu, iż używać będziemy znamionowego kondensatora pomiarowego C₀ o pojemności 150pF.

5.Obliczanie współczynnika stratności:

6. Tabela pomiarowa współczynnika stratności

Lp.	Temperatura[°C]	Współczynnik stratności D
1	25	0.0010
2	30	0.0012
3	35	0.0013
4	40	0.0014
5	45	0.0017
6	50	0.0018
7	55	0.0022
8	60	0.0024
9	65	0.0025
10	70	0.0028
11	75	0.0028
12	80	0.0033
13	85	0.0033
14	90	0.0036

7. Wykresy

8.Wnioski i uwagi

Celem ćwiczenia było wyznaczenie zależności współczynnika pojemności kondensatora od temperatury oraz współczynnika stratności od temperatury.

Z przeprowadzonego na zajęciach ćwiczenia i wyżej wykreślonych charakterystyk wynika, że w przypadku zależności C=f(T) wartość pojemności nieznacznie zależy od temperatury- ze wzrostem temperatury pojemność spada.

Natomiast w przypadku zależności D=f(T) wraz ze wzrostem temperatury rośnie wartość stratności.

Zauważyliśmy że wraz ze wzrostem temperatury rośnie przenikalność elektryczna co ma związek z zmniejszaniem się lepkości cieczy a co za tym idzie wzrasta przenikalność elektryczna.