Диэлектрическое и резистивное состояние вещества.

Диэлектрические вещества- это такие вещества, в которых возможно накопление, сохранение и распространение электрической энергии.

Объемная концентрация энергии (плотность энергии) определяется выражением

(8.1)

где e₀ - диэлектрическая постоянная, e₀ = 8.85 10^-12 ф/м, e - диэлектрическая проницаемость материала, Е - напряженность электрического поля.

Резистивные вещества- такие вещества, в которых электрическая энергия расходуется, т.е. преобразуется в другой вид энергии, а именно в тепловую энергию.

Удельные потери энергии при действии постоянного напряжения определяются выражением

(8.2)

где r - удельное электрическое сопротивление, t - длительность действия напряжения.

Абсолютной разницы между диэлектрическим и резистивным состояниями нет, потому что в зависимости от условий одно и то же вещество может быть и диэлектриком и резистором. Основное условие, разграничивающее поведение вещества на резистивное и диэлектрическое основано на понятии максвелловского времени диэлектрической релаксации :

t=e₀× e× r, (8.3)

Если на материал действует импульсное напряжение с длительностью импульса t, то при t< < t, вещество можно считать диэлектриком, а в случае обратного неравенства материал можно считать проводящим или резистивным. Для случая переменного напряжения следует сравнивать t и 1/w, где w - частота переменного напряжения, т.е. если t > > 1/w - это диэлектрик, а при t < < 1/w - проводник.

Физический смысл максвелловского времени диэлектрической релаксации можно понять взяв плоский конденсатор с веществом, имеющим соответствующие e, r (Рис.8.1). Тогда можно, учитывая геометрические параметры конденсатора, найти емкость конденсатора, считая его идеальным диэлектриком и сопротивление постоянному току, считая его проводником.

(8.4.)

Собственно говоря рис.8.1 и изображает простейшую схему замещения реального конденсатора на идеальные конденсатор и сопротивление. Другое название этой схемы - параллельная схема замещения.

Простейшая схема замещения диэлектрика состоит из параллельного соединения емкости и сопротивления.

Из курса ТОЭ известно, что для схемы, изображенной на рис.8 постоянная времени разряда емкости С через сопротивление R при отключенном источнике составляет RC. Используя (8.4.) можно получить RC=t=e₀× e× r.Отсюда следует, что физический смысл времени релаксации состоит в разряде собственной емкости через собственное сопротивление.

Рис. 8.1. Простейшая схема замещения диэлектрика.

Рассмотрим некоторые примеры. Хорошо очищенное от примесей трансформаторное масло обладает удельным сопротивлением до r = 10¹² Ом·м, диэлектрической проницаемостью e = 2.2, откуда t = e₀× e× r » 20 сек. Сравнивая с 1/w » 3·10^-3 сек. для переменного напряжения частотой 50 Гц, можно заключить, что t > > 1/w, т.е. трансформаторное масло для этих условий является хорошим диэлектриком. Однако, как отсюда видно, для применения в устройствах постоянного напряжения трансформаторное масло малопригодно. А для загрязненного масла значение r может упасть до двух-трех порядков по величине, что приведет к t £ 0.1 сек., что сравнимо с 1/w. Ясно, что такое масло непригодно и для устройств переменного напряжения.

В качестве второго примера рассмотрим воду. В обыденной жизни обычная вода является проводником и это не требует доказательств. Однако для импульсных устройств типа емкостных накопителей энергии вода является наиболее подходящим диэлектриком. Действительно, у хорошо очищенной воды r »10⁶ Ом·м, и при e» 80, значение t превышает 500 мксек. Значение W для импульсов длительностью 1 мксек и менее максимально в сравнению с аналогичным параметром для других диэлектриков. Ясно, что вода может считаться хорошим диэлектриком для этого случая. Обычная водопроводная вода имеет r »10-100 Ом× м, следовательно она является проводником практически для любых импульсов напряжения.

Для ряда случаев схема замещения диэлектрика может представляться в виде последовательного соединения емкости и небольшого сопротивления r. При этом значения емкостей при параллельном и последовательном представлениях близки друг другу, тогда как сопротивления сильно различаются. Для хороших диэлектриков R> > r.

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. II. Техническое состояние многоквартирного дома, включая пристройки
2. Анамнез отягощен. Состояние удовлетворительное.
3. БИЛЕТ 6 Диэлектрическая проницаемость вещества. Электрическое поле в однородном диэлектрике.
4. ВВП и экономическое благосостояние.
5. Влияние пищи на кислотно-основное состояние организма
6. ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ШКОЛЬНИКОВ СУРГУТСКОГО РАЙОНА
7. Вопрос 7. Резистивное сопротивление и проводимость, их свойства, единицы измерения. Резистор и его условно графическое обозначение.
8. Гипогликемическое состояние и гипогликемическая кома.
9. ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА МЕТОДИКИ РАЗВИТИЯ СИЛЫ У РУКОПАШНИКОВ
10. ГЛАВА 2 Состояние существования.
11. Госфильмофонд. Гостелерадиофонд. Государственный архив кино-фотодокументов. История. Современное состояние. Значимость для мировой культуры.