Politechnika Opolska

LABORATORIUM

Przedmiot:	Laboratorium materiałoznawstwa elektrycznego

Kierunek studiów:	Automatyka i robotyka	Rok studiów:	II
Semestr:	zimowy	Rok akademicki:	2011/2012

Temat:
Pomiary przenikalności elektrycznej dielektryków

Projekt wykonali:
Nazwisko:
1.
3.

Ocena za projekt:	Data:	Uwagi:

Termin zajęć:
Dzień tygodnia:

Termin oddania projektu:		Projekt oddano:

1. Wstęp

Przenikalność elektryczna dielektryków definiowana jest poprzez następującą zależność stosowaną w praktyce

$$\varepsilon_{w} = \frac{C}{C_{0}}$$

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:

$$\alpha_{\varepsilon} = \frac{1}{\varepsilon_{w}}\frac{d\varepsilon_{w}}{\text{dT}}$$

gdzie ε_w 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.

1. Obliczenia

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

$$\varepsilon_{w} = \frac{C}{C_{0}}$$

dla kondensatora o pojemności C₀=155pF.

T	C[pF]	C/C0
24		0,000
29	86	0,555
34	86,2	0,556
39		0,000
44		0,000
49	87,3	0,563
54	87,8	0,566
59	88,4	0,570
64	89,3	0,576
69	90,2	0,582
74	91,5	0,590
79	93	0,600
84	95	0,613

Wykres zależności przenikalności elektryczej od temperatury ε_w=f(T).

3. Wnioski

Chcieliśmy zbadać wpływ temperatury na przenikalność elektryczną cieczy. Zauważyliśmy że wraz ze wzrostem temperatury rośnie przenikalność elektryczna co ma związek z zmniejszaniem się lepkości cieczy a co za tym idzie ruch dipoli jest wówczas ułatwiony, co powoduje wzrost przenikalności elektrycznej.