POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA
LABORATORIUM Materiałoznawstwa elektrycznego	Grupa 431A Gizan Michał Hyla Szczepan Iwan Grzegorz Kalarus Adam
Ćwiczenie nr 3 Badanie przenikalności dielektrycznej i współczynnika strat dielektrycznych materiałów izolacyjnych stałych
Data wykonania: 18.12.2010	Ocena i podpis:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zbadanie przenikalności dielektrycznej i współczynnika strat dielektrycznych materiałów izolacyjnych stałych.

2. Pomiar przenikalności dielektrycznej i współczynnika strat dielektrycznych materiałów izolacyjnych stałych

Dokonaliśmy pomiaru pojemności (Cx) i współczynnika strat dielektrycznych (tgδx) pięciu próbek w funkcji częstotliwości.

Próbka 1 - płytka bawełniano-fenolowa (tekstolit), C₀ =30,18 pF, h=1,4mm

Lp	f	Cx	tgδx	ε'rz	ε'ur	Rr	Cr
		Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1	20	202	0,256	6,693174	1,713453	153885,89	202
2	60	170	0,22	5,632869	1,239231	70924,66	170
3	120	155,9	0,188	5,165673	0,971146	45251,70	155,9
4	200	147,8	0,165	4,897283	0,808052	32631,10	147,8
5	500	136,8	0,13	4,532803	0,589264	17898,67	136,8
6	1 000	130,6	0,107	4,327369	0,463028	11389,20	130,6
7	2 000	125,7	0,09	4,16501	0,374851	7034,16	125,7
8	5 000	120,3	0,072	3,986083	0,286998	3674,95	120,3
9	10 000	117,3	0,06	3,88668	0,233201	2261,37	117,3
10	20 000	114,7	0,053	3,80053	0,201428	1309,03	114,7
11	50 000	112,3	0,037	3,721007	0,137677	766,07	112,3
12	100 000	116,5	0,0028	3,860172	0,010808	4879,06	116,5

Próbka 2 - płytka bawełniano-fenolowa (tekstolit), C₀ = 46,94 pF, h=0,9mm

Lp	f	Cx	tgδx	ε'rz	ε'ur	Rr	Cr
		Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1	20	287,4	0,253	6,12271	1,549046	109441,71	287,4
2	60	246,6	0,202	5,253515	1,06121	53250,59	246,6
3	120	229,2	0,17	4,882829	0,830081	34038,89	229,2
4	200	219,2	0,15	4,669791	0,700469	24202,39	219,2
5	500	205,5	0,116	4,377929	0,50784	13353,04	205,5
6	1 000	196,8	0,096	4,192586	0,402488	8424,11	196,8
7	2 000	190	0,08	4,04772	0,323818	5235,36	190
8	5 000	182,9	0,065	3,896464	0,25327	2677,46	182,9
9	10 000	178,6	0,056	3,804857	0,213072	1591,29	178,6
10	20 000	174,8	0,048	3,723903	0,178747	948,43	174,8
11	50 000	171,5	0,034	3,6536	0,124222	545,89	171,5
12	100 000	178,02	0,0002	3,792501	0,000759	44701,42	178,02

Próbka 3 - płytka celuloidowa, C₀ = 42,25 pF, h=1mm

Lp	f	Cx	tgδx	ε'rz	ε'ur	Rr	Cr
		Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1	20	179	0,023	4,236686	0,097444	1932899,48	179
2	60	176,6	0,015	4,179882	0,062698	1001352,35	176,6
3	120	175,4	0,012	4,151479	0,049818	630126,94	175,4
4	200	174,7	0,01	4,134911	0,041349	455509,28	174,7
5	500	173,8	0,0087	4,113609	0,035788	210514,06	173,8
6	1 000	173,2	0,008	4,099408	0,032795	114863,56	173,2
7	2 000	172,6	0,0078	4,085207	0,031865	59109,15	172,6
8	5 000	171,9	0,0079	4,068639	0,032142	23439,44	171,9
9	10 000	171,3	0,0084	4,054438	0,034057	11060,72	171,3
10	20 000	170,7	0,009	4,040237	0,036362	5179,81	170,7
11	50 000	170,6	0,005	4,03787	0,020189	3731,65	170,6
12	100 000	178,9	-0,021	4,23432	-0,08892	-423,63	178,9

Próbka 4 - płytka mikanitowa, C₀ = 60,36 pF, h=0,7mm

Lp	f	Cx	tgδx	ε'rz	ε'ur	Rr	Cr
		Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1	20	209,3	0,02	3,467528	0,069351	1901038,50	209,3
2	60	205,3	0,02	3,401259	0,068025	646025,91	205,3
3	120	203	0,019	3,363154	0,0639	343866,01	203
4	200	202	0,017	3,346587	0,056892	231734,05	202
5	500	200	0,014	3,313453	0,046388	113682,10	200
6	1 000	198,7	0,012	3,291915	0,039503	66748,42	198,7
7	2 000	197,7	0,01	3,275348	0,032753	40251,63	197,7
8	5 000	196,6	0,0085	3,257124	0,027686	19047,93	196,6
9	10 000	196	0,007	3,247184	0,02273	11600,21	196
10	20 000	195,4	0,0055	3,237243	0,017805	7404,62	195,4
11	50 000	195,8	-0,0026	3,24387	-0,00843	-6252,65	195,8
12	100 000	205,9	-0,033	3,411199	-0,11257	-234,23	205,9

Próbka 5 - płytka bakelitowo-papierowa(getinaks), C₀ = 35,2 pF, h=1,2mm

Lp	f	Cx	tgδx	ε'rz	ε'ur	Rr	Cr
		Hz	pF	-	-	-	kΩ	pF
1	20	238	0,25	6,761364	1,690341	133743,65	238
2	60	209	0,18	5,9375	1,06875	70509,90	209
3	120	197,5	0,14	5,610795	0,785511	47967,13	197,5
4	200	190,6	0,12	5,414773	0,649773	34792,53	190,6
5	500	181,2	0,09	5,147727	0,463295	19518,63	181,2
6	1 000	175,6	0,07	4,988636	0,349205	12947,85	175,6
7	2 000	171	0,06	4,857955	0,291477	7756,09	171
8	5 000	165,8	0,05	4,710227	0,235511	3839,68	165,8
9	10 000	162,3	0,048	4,610795	0,221318	2042,96	162,3
10	20 000	159	0,045	4,517045	0,203267	1112,19	159
11	50 000	155,9	0,035	4,428977	0,155014	583,36	155,9
12	100 000	161,6	0,0017	4,590909	0,007805	5793,35	161,6

1 - Próbka 1

2-Próbka 2

3 - Próbka 3

4 - Próbka 4

5 - Próbka 5

3. Wnioski

Materiałami elektroizolacyjnymi (dielektrykami) są materiały praktycznie nie zawierające swobodnych ładunków. Brak swobodnych ładunków powoduje, że stawiają one bardzo wysoki opór przepływowi prądu elektrycznego. Z pośród tej grupy materiałów największe zastosowanie mają dielektryki stałe.

Na zachowanie się dielektryka w polu elektrycznym wpływają trzy główne czynniki:

• polaryzacja,

• przewodność,

• jonizacja,

Polaryzacja jest to zjawisko zależne od budowy dielektryka. Rozróżniamy budowę polarną (dipolową) i niepolarną. Polaryzacja powoduje, większe straty energii na skutek utrzymywania się uporządkowania dipoli.

Przenikalność elektryczna względna jest miarą polaryzacji dielektryka i zdefiniowana jest jako stosunek pojemności kondensatora o określonych wymiarach z danym dielektrykiem, do pojemności kondensatora o identycznych wymiarach ale wypełnionego próżnią.

Kąt δ jest miarą strat mocy w dielektryku przy napięciu sinusoidalnie zmiennym. Stąd często nazywa się go kątem stratności. Na wykresie wektorowym prądu płynącego w dielektryku kąt ten jest zawarty pomiędzy wektorem prądu i jego składową bierną.

W rzeczywistych dielektrykach zawsze występują pewne straty energii związane z przewodnictwem stałoprądowym i polaryzacją relaksacyjną w zmiennym polu elektrycznym.

Na schemacie zastępczym dielektryka pojemność C_r jest idealną bezstratną pojemnością, a R_r - rezystancją odpowiadającą stratom w kondensatorze. Prąd i płynący przez kondensator będzie przesunięty nie o π/2, lecz o π/2 - δ .

Stąd też konieczność wyrażania przenikalności dielektryka liczbą zespoloną.

Składowa czynna ε'rz wyraża zdolność do gromadzenia energii przez kondensator w polu elektrycznym, a składowa bierna ε'ur wyraża zdolność dielektryka do rozpraszania energii zmagazynowanej w polu elektrycznym, czyli do generowania strat.

Rezystywność i przenikalność elektryczna oraz współczynnik strat dielektrycznych materiałów dielektrycznych zależą od temperatury, natężenia pola elektrycznego i wilgotności. Przenikalność elektryczna oraz współczynnik strat dielektrycznych zależą również od częstotliwości. Właściwości te zmieniają się wraz ze starzeniem się materiału.

Elektrody zastosowane podczas pomiaru mają istotny wpływ na wyniki pomiarów.

7

---