Исследование электрических свойств диэлектрических материалов. Зависимость диэлектрической проницаемости

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет»

Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств

Лабораторная работа №3

Исследование электрических свойств диэлектрических материалов

Работу выполнила студентка гр. Р-104

Кислова Елена

Работу приняла

Владимир 2006

Цель работы: изучение зависимости основных электрических свойств диэлектрических материалов от их строения, температуры и частоты.

1. Лабораторное задание

Построить качественные зависимости:

а) диэлектрической проницаемости, б) тангенса угла диэлектрических потерь, в) сопротивления изоляции от температуры и частоты для материалов: поликарбонат и гетинакс.

2. Теоретическая часть

Диэлектрические материалы характеризуются чрезвычайно высоким удельным электрическим поверхностным и объемным сопротивлением, высокой электрической прочностью  и рядом других свойств, обусловивших их широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре. При выборе диэлектрических материалов элементов РЭС необходимо учитывать зависимость их основных электрических свойств и прежде всего – диэлектрический проницаемость и потерь – от температуры и частоты. Наиболее ярко эти свойства проявляются в конденсаторах. В конденсаторах используется способность диэлектриков увеличивать удерживаемый обкладками электрический заряд и, следовательно, увеличивать электроемкость благодаря поляризации. Степень увеличения удерживаемого заряда характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью материала диэлектрика ε.

Емкость плоского конденсатора с двумя обкладками определяется по формуле

, Ф                                                           (1)

где ε₀ – диэлектрическая постоянная, равная  Ф/м;

S – площадь перекрытия (взаимного пересечения) обкладок, м²;

h – расстояние между обкладками, м.

Для многопластинчатых конденсаторов с общим числом обкладок, равным n, выражение (1) принимает вид

, Ф .                                               (2)

Токи, обусловленные электропроводностью материала диэлектрика, вносят в конденсатор потери, называемые диэлектрическими; кроме того, происходят потери энергии на сопротивление материала обкладок. Потери оцениваются тангенсом угла потерь tg δ (или добротностью ). Углом диэлектрических потерь называют угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз между током и напряжением в емкостной цепи. Безразмерный параметр tg δ и добротность конденсаторов не зависят от формы и размеров и определяются лишь  свойствами примененный материалов. Параметры Q и tg δ зависят от температуры и частоты, а для некоторых диэлектриков – и от величины приложенного напряжения.

Потери сквозной электропроводности с повышением температуры увеличиваются, также растут и потери в обкладках конденсатора; характер зависимость потерь переполяризации от температуры определяется природой диэлектрика и может быть различным. Зависимость всех видов потерь от частоты имеет сложный характер и определяется природой примененных материалов, а для обкладок конденсаторов – и конструкцией.

Важнейшим свойством диэлектриков является их способность к поляризации под действием приложенного электрического напряжения. Процесс поляризации представляет собой изменение расположения в пространстве имеющих электрические заряды частиц диэлектрика, причем диэлектрик приобретает индуцированный (наведенный) электрический момент и в конденсаторе, образованном диэлектриком