Казань 2012

Определение диэлектрических свойств полимеров

Методические указания к лабораторной работе

Казань 2012

УДК 678-036(075.8)

Определение диэлектрических свойств полимеров:

Методические указания к лабораторной работе /Э.Р.Галимов,

Ф.Н.Куртаева, А.В.Черноглазова, Ю.И.Сударев. Казань:

Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. 2012. 16 с.

Рассматриваются диэлектрические свойства полимерных материалов,

приводится описание лабораторной установки для определения этих

свойств и методика проведения испытаний.

Предназначены для студентов, бакалавров, магистров по дисциплине

«Физические основы исследования неметаллических материалов» по

направлению 150100.62 «Материаловедение и технология новых

материалов».

Табл. Ил. Библиогр. назв.

Рецензенты:

И.А.Абдуллин д.т.н., профессор, зав. кафедрой

«Химии и технологии гетерогенных систем»

Казанского национального исследовательского

технологического университета.

Р.Р.Хамматов главный металлург ОАО «КМПО»

Цель работы: изучение диэлектрических свойств полимерных

конструкционных материалов; явления поляризации и ее ви-

дов в диэлектриках, воздействия температу­ры на величины диэлек-

трической проницаемости и диэлектрических потерь, определение тем-

пературного коэффициента диэлектрической проницаемости.

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Электрические свойства полимеров определяют их поведение в

электрическом поле. Характер поведения полимеров в электричес-

ком поле определяется такими характеристиками, как диэлектричес-

кая проницаемость и диэлектрические потери, электропроводность

(или электрическое сопротивление) и электрическая прочность.

Электрические свойства зависят от химического строения и физичес-

кого состояния полимеров, условий эксплуатации и испытаний и,

в частности, от частоты и амплитуды напряженности внешнего поля,

температуры, влажности среды, конструкции эдектродов и геометри-

ческих размеров испытуемого образца. Изучение электрических

свойств полимеров проводят для оценки их эксплуатационных ка-

честв и определения химического строения и структуры.

По электрическим свойствам полимеры подразделяются на ди-

электрики, полупроводники и электропроводящие материалы.

К диэлектрикам относится большинство полярных и неполярных

полимеров. Они имеют большое объемное сопротивление и ничтож-

но малую электрическую проводимость. Полярные диэлектрики со-

держат электрические диполи, способные к ориентации во внешнем электрическом поле.

К полупроводникам относятся полимеры с системой сопряжен-

ных связей и полимерные комплексы с переносом заряда.

К полупроводникам относятся полимеры с системой сопряжен-

ных связей и полимерные комплексы с переносом заряда.

Электропроводящие материалы представляют собой диэлектрики

с введенными в них тонкодисперсными электропроводящими на-

полнителями (например, техническим углеродом, графитом и поро-

шкообразными металлами).

Электрические свойства определяют также появление у полярных

полимеров электретного эффекта, характеризующего способность

длительное время находиться в наэлектризованном состоянии, что

используется, например, в источниках постоянного тока.

-3-

Поляризация диэлектриков и диэлектрическая проницаемость

При воздействии на диэлектрик электрического поля в нем про­текает процесс поляризации - ограниченное смещение связанных за­рядов или ориентация вдоль поля дипольных молекул и возникновение дипольного момента. Состояние диэлектрика при этом оценивается ко­личественно с помощью вектора электрического смещения , который связан с напряженностью электрического поля соотношением

где - абсолютная диэлектрическая проницаемость веще-

ства, Ф/м;

абсо абсолюабсолютная диэлектрическая проницаемость вакуу-

ма, ф/м;

- - относи Относительная диэлектрическая проницаемость веще-

ства.

Относительная диэлектрическая проницаемость представляет собой

отношение емкости конденсатора с данным диэлектриком к емкости конденсатора тех же размеров и при том же напряжении, диэлек­триком которого является вакуум. Относительная диэлектрическая проницаемость

любого вещества больше единицы и равна единице толь­ко в случае вакуума.

В зависимости от строения, состава и структуры диэлектрика разли-

чают два основных вида поляризации.

Первый вид поляризации совершается в диэлектрике мгновенно без рассеяния энергии, т.е. без выделения тепла. Второй вид поляризации нарастает и убывает замедленно и сопровождается рассеянием энергии в диэлектрике, т.е. его нагреванием. Такой вид поляриза­ции называется релаксационной поляризацией.

К мгновенной поляризации относятся электронная и ионная: остальные механизмы относятся к релаксационной поляризации (ди-

польно-релаксационная, ионно-релаксационная, электронно-релакса-

ционная, миграционная и самопроизвольная.

Технический диэлектрик сложного состава и его структура могут

одновременно обладать несколькими видами поляризации.

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение

и деформацию электронных оболочек атомов. Образование упругих

-4-

диполей происходит мгновенно. Время установления электронной по-

ризации ничтожно мало и составляет ^{10 - -14} – 10^{- -15} с. Величина смеще-

ния электронов невелика, что обусловливает низкую относительную прони-

цаемость веществ (έ = 2 – 2, 5). Такую поляризацию в чистом

виде имеют неполярные вещества, например, неполярные жидкости:

бен­зол, нефтяное масло; неполярные твердые диэлектрики: сера, пара-

фин, полиэтилен, фторопласт - 4 и т.д.

Электронная поляризация наблюдается у всех видов диэлектри­ков

и не связана с потерей энергии, но в некоторых случаях на нее накла-

дываются другие виды поляризации.

Ионная поляризация характерна для твердых тел с ионным строением

(каменная соль, керамика) и обусловливается смещением упруго связ-

анных ионов под действием внешнего электрического поля. Время уста-

новления ионной поляризаций 10^-13 Диэлектрическая проницаемость имеет

широкий диапазон. Дипольно-релаксационная поляризация определяется поворотом

и ориентацией диполей в направлении поля и связана с тепловым дви­жением частиц. Дипольнне молекулы, находящиеся в хаотическом теп­ловом движении, поворачиваются и ориентируются в направлении дей­ствующего поля, создавая

эффект поляризации диэлектрика. Поворот диполей в направлении поля требует преодоления некоторого сопро­тивления, что является причиной потери энергии. Дипольная поляри­зация свойственна полярным газам, жидкостям и твердым органичес­ким веществам. Время установления дипольной поляризации 10^-6-10^-8с.

Ионно-р елаксацион ная поляризация наблюдается в неорганических стеклах и в некоторых ионных кристаллических неорганических веществах с неплотной упаковкой ионов.Слабо связанные ионы веще­ства под воздействием внешнего электрического поля среди хаоти­ческих тепловых перебросов получают избыточные перебросы в направлении поля. Такие ионы в тепловом движении могут перемещаться на расстояния, значительно превышающие упругие смещения.

Электронно - релаксационная поляризация возникает за счет возбуж-

денных тепловой энергией избыточных (дефектных) электронов или дырок.

Такой вид поляризации наблюдается для диэлектриков с высоким пока-

зателем преломления, электронной проводимостью, ряда сое­динений на

основе окислов металлов переменной валентности (титан, висмут, нио-

бий).

Миграционная (структурная) поляризация - дополнительный ме­ханизм

поляризации, характерна для твердых тел неоднородной струк­туры при

макроскопических неоднородностях и наличии примесей (гетинаксы, тек-столиты, слюда и др.).

- 5 –

Причинами такой поляризации являются проводящиеи полупроводящие включения в технических диэлектриках, наличие слоев с различной проводимостью и т.п.

Самопроизвольная (спонтанная) поляризация существует в сегнетоэлек-триках. В веществах с самопроизвольной поляризвцией имеются отдельные области (домены), в которых даже без приложения электрического поля наблюдается самопроизвольное смещение зарядов в пределах доменов, при этом ориентации электрических моментов в доменах различны. Наложение электрического поля способствует преимущественной ориентации электрических моментов доменов в направлении поля, что дает эффект очень сильной поляризации. Время установления спонтанной поляризации 10^–7-10 ^{– 9} с. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры для вешеств с самопроизвольной поляризацией (некоторые виды керамики) имеет резко выраженный максимум при определенной температуре, которая называется температурой (точкой) Кюри. В области температур выше точки Кюри спонтанная поляризация исчезает и теряются сегнетоэлектрические свойства материала и в отличие от других видов поляризации при некотором значении напряженности внешнего поля наступает насыщение и исчезает зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности поля.

Классификация диэлектриков по виду поляризации

По особенностям поляризации все диэлектрики можно подразделить на несколько групп.. К первой группе относятся диэлектрики, обладающие только элек­тронной поляризацией, например, неполярные и слабополярные твердые вещества в кристаллическом и аморфном состояниях С парафин «сера, полистирол), а также неполярные и слабополярные жидкости и газы (бензол, водород и др.).

К второй группе относятся диэлектрики, обладающие одновременно

электронной и дипольно-релаксационной поляризациями - поляр­ные органи-

ческие, полужидкие и твердые вещества (эпоксидные смолы, целлюлоза и т.п.)

Третью группу составляют твердые неорганические диэлектрики с эле-

ктронной, ионной и ионно-электронно-релаксационной поляриза­цией (слю-

да, каменная соль, фарфор и т.п.).

Четвертую группу составляют сегнетоэлектрики, характеризую­щиеся

спонтанной, электронной, ионной и алектронно--ионно- релаксационной

поляризациями (сегнетова соль и т.д.).

- 6 -

Диэлектрические потери в диэлектриках

При воздействии на диэлектрик электрического поля часть энер­гии поля в диэлектрике переходит в тепло и вызывает нагрев ди­электрика. Эта часть энергии, рассеиваемая в диэлектрике в едини­цу времени при воздействии на диэлектрик электрического поля на­зывается диэлектрическими потерями. Диэлектрические потери в ма­териале можно характеризовать удельными потерями (рассеиваемая мощность в единице объема диэлектрика), углом диэлектрических по­терь, а также тангенсом этого угла.

Углом диэлектрических потерь называется угол, дополняющий до угол сдвига фаз между векторами тока и напряжения в ем­костной цепи. В случае идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи

опережает вектор напряжения на при этом угол будет ра­вен нулю, а в реальном диэлектрике угол отклонения отличается от прямого на угол . Чем больше рассеиваемая в диэлектрике мощ­ность, переходящая в тепло, тем меньше угол сдвига фаз и боль­ше угол диэлектрических потерь и его функция

Недопустимо большие диэлектрические потери в электроизоляци­онном материале вызывают сильный нагрев изготовленного из него изделия и могут привести к его тепловому разрушению.

Реальный диэлектрик, находящийся между электродами, можно упо­добить схемам соединения идеального конденсатора с активным со­противлением. На рис.1 представлены векторные диаграммы и эквивавалентные схемы диэлектрика с потерями. Эти схемы выбираются с та­ким расчетом, чтобы активная мощность, расходуемая в данной схеме, была равна мощности, рассеиваемой в диэлектрике конденсатора, а ток опережал напряжение на тот же угол, что и в рассматриваемом конденсаторе. Угол потерь не зависит от выбора схемы. Рассмотрен­ные эквивалентные схемы не дают полного объяснения механизма ди­электрических потерь и вводятся только условно.

Природа диэлектрических потерь в диэлектриках различна. Ди­электрические потери могут обусловливаться малыми по величине токами сквозной проводимости, или токами утечки, возникающими в тех­нических диэлектриках из-за наличия в них небольшого числа сво­бодных зарядов.

Диэлектрические потери обусловливаются замедленной поляриза­цией вследствие возникновения токов смещения или абсорбционных токов. Явление запаздывания поляризации зависит от времени релак­сации полярных молекул, времени переброса ионов в тепловом движе­нии и является основой диэлектрических потерь.

При постоянном напряжении, приложенном кдиэлектрику диэлек­трические потери обусловлены явлением сквозной проводимости. Токи сквозной проводимости имеют малое значение и зависят преимущест­венно от содержания примесей. Поэтому при воздействии на диэлек­трик постоянного напряжения диэлектрические потери будут незначи­тельны.

При переменном напряжении рассеивание энергии происходит не только вследствие некоторой электропроводности диэлектрика, но также из-за наличия активных составляющих поляризационных токов.

В технических диэлектриках, помимо потерь от сквозной элек­тропроводности и потерь от замедленной поляризации, возникают по-

Природа диэлектрических потерь в диэлектриках различна. Ди­электрические потери могут обусловливаться малыми по величине то­ками сквозной проводимости, или токами утечки, возникающими в тех­нических диэлектриках из-за наличия в них небольшого числа сво­бодных зарядов.

Диэлектрические потери обусловливаются замедленной поляриза­цией вследствие возникновения токов смещения или абсорбционных токов. Явление запаздывания поляризации зависит от времени релак­сации полярных молекул, времени переброса ионов в тепловом движе­нии и является основой диэлектрических потерь.

При постоянном напряжении, приложенном к диэлектрику, диэлек­трические потери обусловлены явлением сквозной проводимости. Токи сквозной проводимости имеют малое значение и зависят преимущест­венно от содержания примесей. Поэтому при воздействии на диэлек­трик постоянного напряжения диэлектрические потери будут незначи­тельны.

При переменном напряжении рассеивание энергии происходит не только вследствие некоторой электропроводности диэлектрика, но также из-за наличия активных составляющих поляризационных токов.

В технических диэлектриках, помимо потерьот сквозной элек­тропро-водности и потерь от замедленной поляризации, возникают потери, обусловленные наличием посторонних проводящих или полупроводящих включений углерода, окислов железа и т.д.

В случае высоких напряжений потери в диэлектрике возникают вследствие ионизации газовых включений внутри диэлектрика.

Виды диэлектрических потерь

Диэлектрические потери по их особенностям и физической при­роде можно подразделить на четыре основных вида.

1. Диэлектрические потери, обусловленные поляризацией. Данный вид по-

терь наблюдается в веществах, обладающих релаксационной поляризацией.

Релаксационные диэлектрические потери вызываются на­рушением теплового

движения частиц под влиянием приложенного элек­трического поля, что и приводит к рассеянию энергии и нагреву диэлектрика. К этому виду потерь относятся также резонансные потери, проявляющиеся в диэлектриках при световых частотах.

2. Диэлектрические потери, обусловленные сквозной электропроводностью, обнаруживаются в диэлектриках, имеющих заметную объ­емную или поверхностную электропроводность.

3. Ионизационные диэлектрические потери свойственны диэлектрикам в газо-

образном состоянии и твердым диэлектрикам с газообразными включениями.

4. Диэлектрические потери, обусловленные неоднородностью структуры,
наблюдаются в слоистых диэлектриках, пористой керамике, в пластмассах с наполнителем и т.п.

Диэлектрические потери и диэлектрическая проницаемость в значительной мере зависят от температуры и частоты приложенного поля. Характер температурно-частотных зависимостей έ и tgδ определяется природой диэлектрика.

Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты

У нейтральных диэлектриков изменение частоты вызывает, как правило, лишь незначительное изменение величины έ

Влияние же изменения частоты приложенного напряжения на диэлектрическую прони­цаемость полярных диэлектриков может быть весьма существенно. На рис.2 представлена зависимость έ от частоты для по­лярной жидкости (совола). В начальный период величина диэлектрической про­ницаемости соответствует диэлектрической проницаемости, определенной при постоянном напряжении.

Когда частота становится настолько большой, что молекулы не успевают следовать за изменениями поля, диэлектрическая проницаемость уменьшается. С дальнейшим увеличением частоты ориентация диполей пре­кращается, в результате чего дипольная поляризация исчезает и ве­личина диэлектрической проницаемости έ _∞

определяется лишь элек­тронной поляризацией.

Частота f_о при которой начинается снижение έ определяется по фор k T

муле: f_о = ----------

8π η r³

где: k - постоянная Больцмана = 1, 38054 х 10 ^– 23 дж/ град ^-1,

η - динамическая вязкость,

Т - температура,

r - радиус молекулы.

Зависимость диэлектрических потерь от частоты

Характер зависимости тангенса уг­ла диэлектрических потерь от частоты для диподьной жидкости представлен на рис.3. Потери возрастают до тех пор пока поляризация успевает следовать за изменением поля. Когда частота увели­чивается настолько, что диполи не ус­певают полностью ориентироваться в на­правлении поля, диэлектрические поте­ри падают.

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

Температурная зависимость диэлектрической проницаемости обычно характеризуется температурным коэффициентом диэлектричес­кой проницаемости, которая определяется из выражения:

Данная формула позволяет вычислить относительное изменение диэлектрической проницаемости при повышении температуры на один градус.

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры неполярных диэлектриков определяется уменьшением числа молекул в единице объема в результате теплового расширения диэлектриков. При переходе диэлектрика под влиянием температуры в жидкое или газообразное состояние его диэлектрическая проницаемость уменьша­ется скачкообразно (рис.4).

У диэлектриков с дипольными молекулами зависимость диэлектри­ческой проницаемости от температуры проявляется значительно резче и характе-

ризуется наличием максимума (рис. 5).

С увеличением температуры молекулярные силы ослабевают, вязкость вещества понижается и диэлектрическая проницаемость возрастает. При дальнейшем увеличении температур возрастает энергия теплового движения молекул, хаотическое движение молекул становится интенсивнее и уменьшается ориентирующее влияние поля, что и приводит к уменьшению диэлектрической проницаемости.

Зависимость диэлектрических потерь от температуры

В неполярных диэлектриках диэлектрические потери невелики и обусловлены только электропроводностью

На рис.6 представлена зависимость диэлектрических потерь от температуры для полярного диэлектрика (масляно-канифольного ком­паунда). Потери характеризуется наличием максимума (рис.5). С увеличением температуры молекулярные силы ослабевают, вязкость вещества понижается и диэлектрическая проницаемость возрастает. При дальнейшем увели­чении температуры возрастает энергия теплового движения молекул, хаотическое движение молекул становится интенсивнее и уменьшается ориентирующее влияние поля, что и приводит к уменьшению диэлек­трической проницаемости. Потери в

этих диэлектриках су­щественно зависят от температуры: при некоторых температурах обнаруживаются максимум и минимум потерь. При низких температурах вязкость жидкости доста­точно велика, молекулы не успевают сле­довать за изменением поля и дипольная поляризация практически исчезает; ди­электрические потери малы. Увеличение на начальном участке объясняется затратами энергии на ориентацию полярных молекул. Максимум потерь объясняется тем, что вязкость вещества становится такой, при которой молекулы приобретают возможность максимально ориентироваться под действием приложенного напряжения. а следовательно. производить максимальную работу. Уменьшение после перехода че­рез максимум объясняется дальнейшим снижением вязкости жидкости, а следовательно, и уменьшением количества энергии, затрачиваемой на ориентацию диполей. Дальнейшее возрастание после минимума потерь с повышением температуры объясняется ростом электро­проводности, определяющей механизм диэлектрических потерь при по­вышенных температурах.

Описание лабораторной установки

Для определения и при измерениях на переменном напряжении широкое распространение получили мостовые методы.

В данной работе для измерения диэлектрических параметров ис­пользуется мост переменного тока F57I типа МИШ. Мост предназна­чен для измерения емкости, добротности и тангенса угла диэлектри­ческих потерь в диапазоне частот от 40' до 10000 Гц. Мост является лабораторным прибором, предназначенным для работы при температуре окружающего воздуха от и относительной влажности

до при температуре

В работе используются две рабочие схемы моста для определения диэлектрических параметров(рис.7 и8): схема 1- для измерения емкости в эквивалентной схеме последовательного замещения; схема 2 - для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических по­терь в эквивалентной схеме параллельного замещения.

Установка: ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ ЦИФРОВОЙ Е8- 4

Соответствующие принципиальные схемы приведены на рис.7.

В качестве плавнорегулируемых. отсчетных плеч моста служат сопротивления и

Изменение пределов моста производится изменением плеч и Сопротивление в схеме для измерения емкости служит для уравно­вешивания тангенса угла диэлектрических потерь

Регулировка моста по емкости производится сопротивлением плеча .

Сопротивление в обоих схемах является плечом сравнения, изменяющимся скачкообразно, и состоит из образцовых катушек со­противления.

Переключение сопротивлений и образцовых емкостей в пле­че обеспечивает перекрытие всего диапазона измерений при пределах. Для уменьшения погрешностей в схеме введена симметрирующая ветвь, воспроизводящая оба отсчетные плеча. Средняя точка этой ветви соединена с " землей". Симметрирующая ветвь присоединена к вершинам моста, в которые подается напряжение питания. Питание моста осуществляется от встроенного генератора Ф678, имеющего регу­лировку частоты и напряжения. Питание от генератора подведено че­рез разделительный трансформатор, встроенный в мост. Основная ра­бочая частота 1000 Гц включается непосредственно установкой руко­ятки генератора на соответствующее фиксируемое положение (красные цифры).

Указателем равновесия служит встроенный индикатор нуля ти­па Ф550, имеющий регулировку частоты и чувствительности.

Основная рабочая частота 1000 Гц соответствует установке на поддиапазоне

Конструктивно мост выполнен в виде стойки, объединяющей в се­бе три блока: собственно мост, индикатор нуля и питающий генера­тор. Все блоки соединены между собою экранированными проводниками

(кабелями).

Все рукоятки регулировки индикатора нуля и питающего генера­тора выведены на их лицевые панели. Лицевая панель собственно мос­та для удобства работы имеет наклон к вертикали На панели расположены три ряда рукояток.

Верхний ряд рукояток (три переключателя и реох6рд)предназначен для регулирования и отсчета емкости.

В этом ряду по указателям рукояток получают прямой отсчет измеряемой величины с запятой (светящийся сигнал), указывающей число целых знаков. Размерность отсчета дает указатель переключателя пределов в окне среднего ряда справа.

В среднем ряду, кроме переключателя пределов, расположен схемособирающий переключатель.

Схемособирающий переключатель изменяет присоединение образ­цового емкостного плеча (из последовательного в параллельное), переключая одновременно ж магазин сопротивлений этого плеча.

Разная величина номинального сопротивления в схемах парал­лельного и последовательного включения обусловливает наличие двух магазинов.

Нижний ряд рукояток обеспечивает регулировку по или

, в зависимости от включенной схемы.

Переключатели верхнего и нижнего ряда имеют по одиннадцать фиксированных положений.

В среднем ряду левый переключатель имеет только два положения, соответствующие параллельной или последовательной эквивалент­ным схемам замещения, измеряемой величины.

Правый переключатель в среднем ряду имеет круговое вращение на 18 положений, из которых 7 положений - для измерения емкостей, 7 - для измерения индуктивностей, а 4 промежуточных положения ис­пользованы для разделения включений.

Методика проведения испытаний

1. Установить все рукоятки на панелях генератора и индикатора в положения, согласно их правилам пользования. Установить требуемую частоту. Рукоятку регулировки напряжения генератора поста­
вить в крайнее левое положение. Рукоятку (чувствительности)
индикатора поставить в одно из начальных положений (слева).

2. Рукоятки моста установить: в верхнем ряду (отсчет С) и нижнем ряду (отсчет Q, 1/tgδ, - в средние положения;

-в среднем ряду: левый переключатель в положение, соответ­ствующее выбранной схеме замещения, а правый - в одно из положе­ний измерения

3. Подсоединить измеряемый образец.

4. Включить шнур питания стойки в сеть 50 Гц 220 В (или 127 В). При этом загорается одна из ламп знака " запятая". После пятиминутного прогрева рукоятку регулировки выхода генератора перевести вправо (в среднее положение)._

5. мост уравновешивать при помощи рукояток верхнего и сред­него ряда, начиная с левых (более грубая регулировка), постепенно переходя к правым. Уравновешивать следует рукоятками верхнего и нижнего рядов, постепенно увеличивая чувствительность схемы руко­яткой на индикаторе нуля.

В том случае, если для достижения равновесия моста все руко­ятки верхнего ряда требуется устанавливать в положение (стремятся к набору больше 10), следует переключатель пределов (правый в среднем ряду) повернуть вправо на одно положение.

Если же рукоятки в верхнем ряду стремятся к набору " О", сле­дует переключатель пределов повернуть влево. Рекомендуется произ­водить измерения на таком пределе, когда набор в верхнем ряду бу­дет наибольшим. В отдельных случаях, при недостаточной чувстви­тельности схемы, можно увеличить напряжение генератора.

6. Измеренное значение емкости прочитывается в окнах верхне­го ряда переключателей. Число целых знаков отсчета отделяется за­
пятой (светящаяся точка).

Диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

где - емкость испытуемого образца, Ф;;

-толщина испытуемого образца, м;

- площадь электрода, м.

7. Измеренное значение или прочитывается
в окнах нижнего ряда переключателей' с умножением на

множитель в окне переключателя пределов.

Для испытания применяются плоские (круглые или квадратные) об­разцы размером (диаметром кругa или стороной квадрата) он до и толщиной Образцы не должны иметь видимых невооруженным глазом короблений, препятствующих плотному при­леганию электродов. Плоскости образцов должны быть строго парал­лельными.

Для получения зависимостей от температуры в работе

используется вакуумный сушильный шкаф. Измеряемые образцы помеща­ются в термокамеру и термостабилизируются при соответствующей тем­пературе 20 минут. Измерение диэлектрических параметров начинают с комнатной температуры. Повышая температуру через каждые (по указанию преподавателя) повторяют измерения при основной рабочей частоте 1000 Гц.

Для получения зависимостей от частоты приложенного

напряжения повторяют измерения твердых диэлектриков при

частотах, указанных преподавателем.

Оформление отчета

I. В отчете по лабораторной работе результаты измерений и расчета свести в таблицу и на основании полученных экспериментальных данных построить графики зависимостей тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости диэлектриков раз­личной природы и структуры от частоты приложенного электрического поля и температуры при основной рабочей частоте 1000 Гц.

2. Провести анализ полученных экспериментальных данных и объ­яснить механизм явлений, происходящих в диэлектриках при измене­нии температуры и частоты электрического поля, Определить, к какой группе материалов относится исследуемый диэлектрик (полярный, неполярный)и каковы его структурные особенности. Дать определение ди­электрической проницаемости и диэлектрических потерь и объяснить их физический смысл.

3. Определить температурный коэффициент диэлектрической про­ницаемости при определенной температуре методом графического диф­ференцирования кривой при заданной частоте. Для этого в ин­тересующей точке проводят касательную к кривой и строят на этой прямой, как на гипотенузе, прямоугольный треугольник произвольных размеров. Отношение его катетов с учетом масштабов , делен­ное на значение Ев точке А, дает искомое значение температурного коэффициента

Дать определение температурного коэффициента диэлектрической проницаемости и объяснить физический смысл.

При выполнении и сдаче лабораторной работы необходимо знать следующие разделы программы:

- Явление поляризации при воздействии на диэлектрики элек­трического поля. Основные виды поляризации диэлектриков и класси­фикация диэлектриков по виду поляризации.

- Диэлектрические потери в диэлектриках. Виды диэлектрических

потерь.

- Частотно-температурная зависимость диэлектрической прони­цаемости и диэлектрических потерь диэлектриков.