1. Cel ćwiczenia i wstęp teoretyczny:

Celem ćwiczenia jest poznanie zjawisk odpowiedzialnych za występowanie strat mocy w dielektrykach, wpływu różnych parametrów na ich przebieg oraz zaznajomienie się z metodami pomiaru współczynnika stratności.

Dielektryki to ciała stałe, ciekłe i lotne, które w swojej strukturze – przy braku zewnętrznych bodźców jonizujących – nie zawierają ładunków swobodnych. Dielektryki ulegają zjawisku polaryzacji, które polega na sprężystym przemieszczeniu się ładunków elektrycznych pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. W Przypadku pola stałego są to straty przewodnościowe i do ich opisu wystarczy podanie rezystywności skrośnej i powierzchniowej.

W przypadku pola elektrycznego przemiennego oprócz strat przewodnościowych, występują inne mechanizmy powodujące dodatkową dysypację energii i do ich opisu nie wystarczą dotychczasowe metody. Bazuje się przy tym na ogólnie znanych opisach zachowania się prądu i napięcia w obwodach z kondensatorami.

W przypadku kondensatora bezstratnego prąd i napięcie przesunięte są o π/2 przy czym wskazem wyprzedzającym jest wektor prądu.

Model równoległy dielektryka stratnego Model szeregowy dielektryka stratnego

Straty mocy, które występują w dielektrykach zależą przede wszystkim od ich udowy fizykochemicznej. Parametry otaczającego środowiska mają natomiast duży wpływ na przebiegi charakterystyk tgδ. Można wymienić następujące zjawiska odpowiedzialne za generację strat w dielektryku:

- mechanizmy polaryzacji relaksacyjnej

- przepływ prądów przewodnościowych

- wyładowanie niezupełne generowane wysokimi napięciami

- niejednorodna struktura dielektryku

1. Schemat układu pomiarowego:

1. Tabela pomiarów:

T[*C]	C mierzone	Tg δ	t [s]	$$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}}$$
25	322,74	0,0012	0	2,0822
30	320,47	0,0014	169	2,0675
35	319,51	0,0015	218	2,0614
40	318,91	0,0017	262	2,0575
45	318,48	0,0019	298	2,0547
50	318,17	0,0022	335	2,0527
55	317,93	0,0024	375	2,0512
60	317,81	0,0027	412	2,0504
65	317,77	0,0030	449	2,0501
70	318,06	0,0033	500	2,052

Obliczenia:

C_p=155[pF]

f=1kHz

1.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{322,74}{155} = 2,0822$

$${\ 2.\ \ \ \ \ \ \ \varepsilon}_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{320,47}{155} = 2,0675$$

3.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{319,51}{155} = 2,0614$

4.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{318,91}{155} = 2,0575$

5.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{318,48}{155} = 2,0547$

6.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{318,17}{155} = 2,0527$

7.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{317,93}{155} = 2,0512$

8.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{317,81}{155} = 2,0504$

9.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{317,77}{155} = 2,0501$

10.$\varepsilon_{w} = \frac{C_{p}}{C_{0}} = \ \frac{318,06}{155} = 2,052$

1. Wykresy;

2. Wnioski.

Ćwiczenie które robiliśmy ukazało nam, badaczom jakie zjawiska są odpowiedzialne za występowanie strat mocy w dielektrykach. Po przeanalizowaniu charakterystyk tgδ=f(T) możemy stwierdzić, że jest ona liniowa do 80^oC, później gwałtownie rośnie. Spowodowane jest to ostatnim punktem pomiarowym. Temperatura w tym punkcie bardzo długo się ustalała dobroć układu malała. Ze wzrostem temperatury wzrasta stratność dielektryku. Natomiast przebieg charakterystyki pokazało nam jakie zjawiska odpowiadają za występowanie strat mocy w dielektrykach. Przebieg charakterystyki C_p=f(T) jest liniowy w środkowym przedziale natomiast po pierwszym punkcie spada a w ostatniej części gwałtownie spada jej wartość. Ze wzrostem temperatury maleje pojemność układu. Charakterystyka T=f(t) jest niemal liniowa z niewielkim odchyleniem (jak widać na charakterystyce), wraz ze wzrostem czasu rośnie temperatura. Stratność dielektryków ciekłych zależy od temperatury, pojemności i dobroci układu.