POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ
Laboratorium TWN Temat: Zależność przenikalności elektrycznej i kąta zwilżania dielektryków stałych
Rok akademicki: 2006/07 Wydział Elektryczny Studia dzienne magisterskie Rok III , semestr VI	Wykonawcy: 1.Paweł Nowaczyk 2. Sławomir Zasadziński	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				Ocena:

Wiadomości wstępne

Na rysunku 1 pokazano interpretację kąta zwilżania. Jeśli kąt zwilżania θ > 90°, wówczas adhezja wody do ciała stałego mniejsza jest od kohezji molekuł wody, materiał nie zwilża się i jest nazywany hydrofobowym. Jeśli kąt zwilżania θ < 90°, wówczas adhezja wody do materiału stałego przewyższa siły kohezji molekuł wody, materiał zwilża się i jest nazywany hydrofilnym.

Na powierzchni materiałów hydrofobowych woda występuje w postaci odosobnionych kropli, których kształt zależy od kąta zwilżania. Na powierzchni materiałów hydrofilnych woda występuje w postaci płaskich rozlanych kropli albo ciągłej monomolekularnej lub polimolekularnej warstwy.

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

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

Kąt zwilżania θ wyznaczamy z zależności:

Z zależności na kąt pełny:

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

gdzie: r - promień kropli; c, H - wymiary charakterystyczne kropli odczytane z ekranu.

Kąt zwilżania θ obliczany z zależności:

Z zależności na kąt pełny:

Wyznaczanie względnej przenikalności elektrycznej ε:

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

Wzór na przenikalność względną materiału dielektrycznego:

Pojemność międzyelektrodowa geometryczna w powietrzu C₀ wynosi:

Pomiary

	C [pF]	Grubość				Rodzaj cieczy
				1	2	3	średnia	Woda		Etanol		Olej mine.
												Szer.	Wys.	Szer.	Wys.	Szer.	Wys.
Polietylen	23,8	2,05	2,1	2,1	2,08	110	62	195	12	318	13
PCV tech	44,1	2,28	2,29	2,18	2,25	123	57	213	16	218	17
PCV med	41	2,2	2,18	2,35	2,24	123	50	196	17	n.m.	n.m
teflon						96	56	142	26	135	33
szkło	39,4	4,06	4,09	4,14	4,10	160	21	235	8	n.m	n.m.

Obliczenia

WODA

Nazwa materiału	 [°]	r	θ [°]	C0 [pF]	ε
Polietylen	6,85	55,40	96,85	10,84	2,20
PCV tech	4,35	61,68	85,65	10,04	4,39
PCV med	11,78	62,82	78,22	10,07	4,07
teflon	8,80	48,57	98,80	--------	--------
szkło	60,58	162,88	29,42	5,51	7,15

ETANOL

Nazwa materiału	 [°]	r	θ [°]	C0 [pF]	ε
Polietylen	82,14	402,09	7,86	10,84	2,20
PCV tech	80,23	362,45	9,77	10,04	4,39
PCV med	77,80	290,97	12,20	10,07	4,07
teflon	64,11	109,94	25,89	--------	--------
szkło	84,70	866,89	5,30	5,51	7,15

OLEJ MINERALNY

Nazwa materiału	 [°]	r	θ [°]	C0 [pF]	ε
Polietylen	86,78	978,85	3,22	10,84	2,20
PCV tech	80,11	357,94	9,89	10,04	4,39
PCV med	--------	--------	--------	10,07	4,07
teflon	55,86	85,53	34,14	--------	--------
szkło	--------	--------	--------	5,51	7,15

Przykładowe obliczenia dla oleju mineralnego i polietylenu:

Przykładowe obliczenie względnej przenikalności elektrycznej dla polietylenu:

WNIOSKI

Z pomiarów widać, iż badane próbki posiadały właściwości hydrofilne oraz hydrofobowe. Polietylen i teflon dla wody jest materiałem hydrofobowym ich kąty zwilżania to odpowiednio 96,85° i 98,8°, dla pozostałych badanych materiałów oraz pozostałych cieczy kąty zwilżania są zdecydowanie mniejsze od 90° co oznacza, że należą one do grupy materiałów hydrofilnych. Wynika z tego fakt, iż badane próbki były dobrze wyczyszczone i nie znajdowały się na nich zanieczyszczenia. Dzięki temu pomiary wykonane były prawidłowo a wyniki prawdopodobne. Jedynym problemem podczas wykonywania ćwiczenia było umieszczenie kropli oleju mineralnego na płytce szklanej i próbce PCV med., gdyż naniesiona kropla ulegała rozlaniu co skutkowało niemożnością odczytu wymiarów z monitora co świadczy także o silnej hydrofilności tej kombinacji.

Z powyższego wykresu wynika że najlepsze właściwości z użytych cieczy posiada woda największe kąty zwilżania. Natomiast najlepsze właściwości hydrofobowe ma teflon.

W ćwiczeniu udowodniliśmy że izolacje elementów pracujących na wysokim napięciu powinny być wykonane z materiałów hydrofobowych ponieważ na ich powierzchni krople ulegają skupieniu i nie występuje tutaj zagrożenie przewodzenia podczas przebicia. W przypadku drugiego rodzaju materiałów w warunkach wilgotnych na ich powierzchni mogą tworzyć się ścieżki wodne, które w razie przebicia izolacji mogą przewodzić prąd co byłoby dużym zagrożeniem.

Najwyższą względną przenikalność elektryczną posiada szkło a najmniejszą polietylen. PCV tech. i med. rożni się nieznacznie.

---