Изучение зависимости основных электрических свойств диэлектрических материалов

только у группы твёрдых диэлектриков, обладающих такими же свойствами поляризации, как и сегнетова соль.

Емкость  плоского  конденсатора  с  двумя  обкладками  определяется  по  формуле

где  ε₀ – диэлектрическая  постоянная,  равная  8,85*10^-12 Ф/м;

S – площадь  перекрытия  (взаимного  сечения)  обкладок,  м;

h – расстояние  между  обкладками,  м.

Для  многопластинчатых  конденсаторов  с  общим  числом  обкладок,  равным  n,  выражение  имеет  вид

Приведенные  выражения  позволяют,  измерив  емкость  конденсатора  с  твердым  или  жидким  диэлектриком  и  рассчитав  емкость  такого  же  конденсатора  с  воздушным  диэлектриком  (считая,  что  ε  для  воздуха  равна  1),  определить  ε  исследуемого  материала

Фактическая  емкость  реального  конденсатора  несколько  больше  рассчитанной  из-за  наличия  краевой  емкости.  Зависимость  емкости  конденсатора  от  температуры  связана  с  изменением  его  размеров  и  диэлектрической  проницаемости  материала  диэлектрика  ТКЕ  в  общем  случае  определяется  по  формуле

или при  кусочно-линейной  аппроксимации

и

Связь  ТКЕ  с  изменением  размеров  и  диэлектрической  проницаемостью  можно  установить,  продифференцировав  выражение  для  расчета  емкости  плоского  конденсатора  с  двумя  квадратными  обкладками  со  стороной  l

или

В  конденсаторах  с  металлизированным  обкладками,  в  которых  в  качестве  обкладок  используется  тонкий  слой  метала,  нанесенный  на  твердый  диэлектрик,  изменение  размеров  обкладок  и  расстояния  между  ними  связано  только  с  линейным  расширением  диэлектрика.

Характер  зависимостей  ε  от  температуры  и  частоты  определяется  материалом  диэлектрика,  его  природой  (полярный,  неполярный,  сегнетоэлектрик).

Некоторые  механизмы  поляризации,  а  также  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  tgδ.  Углом  диэлектрических  потерь  называют  угол,  дополняющий  до  90  угол  сдвига  фаз  между  током  и  напряжением  в  емкостной  цепи.  Безразмерный  параметр  tgδ  и  добротность  конденсаторов  не  зависят  от  формы  и  размеров  и  определяются  лишь  свойствами  примененных  материалов.  Параметры  добротности  и  тангенса  угла  потерь  зависят  от  частоты  и  температуры,  а  для некоторых  диэлектриков – и  от  величины  приложенного  напряжения.

Все диэлектрики по механизму поляризации подразделяют на несколько групп:

- Неполярные диэлектрики. К ним можно отнести диэлектрики, обладающие в основном только электронной поляризацией, т.е. газы, жидкости и вещества в кристаллическом и аморфном состояниях (парафин, сера, полистерол и др).

- Полярные (дипольные) диэлектрики. Ко ним относятся диэлектрики, обладающие одновременно электронной и дипольно-релаксационной поляризациями. Сюда относят полярные органические жидкие, полужидкие и твердые вещества (нитробензол, кремнийорганические соединения, феноло-формальдегидные смолы, капрон, хлорированные углеводороды и др.).

- Ионные соединения. К ним относятся твердые неорганические диэлектрики с электронной, ионной и ионно- и электронно-релаксационной поляризацией. Ввиду существенного различия их электрических характеристик, выделяют две подгруппы:

1.  с электронной и ионной поляризацией (это кристаллические вещества