У полярных диэлектриков при повышении частоты величина ε сначала остается неизменной, но, начиная с некоторого критического значения частоты, когда поляризация уже не успевает полностью установиться за один полупериод, ε снижается, приближаясь на весьма высоких частотах к значениям, характерным для неполярных диэлектриков (рис. 4).
 |
Рис. 4. Зависимость относительной диэлектрической проницаемости фторопласта-3 от частоты.
В общем случае диэлектрические потери в конденсаторе обусловлены электропроводностью материала диэлектрика, потерями на переполяризацию, и потерями на сопротивление материала обкладок. Установлено, что: джоулевы потери из-за токов через диэлектрик существенны при низких частотах или при повышенных температурах; потери на поляризацию имеются только при релаксационных механизмах; потери в обкладках незначительны, но возрастают при повышении температуры и частоты приложенного поля. Причём в случае металлизированных конденсаторов с тонкими обкладками, обладающими повышенным сопротивлением, потери возрастают более резко, чем для конденсаторов с обкладками из фольги.
В конденсаторах с неполярным диэлектриком с ростом температуры tgδувеличивается вследствие потерь на электропроводность (кривая 3 на рис. 5); в области высоких температур сказываются потери в обкладках (прямая 2).
 |
Рис. 5. Зависимость тангенса угла потерь конденсатора с изоляцией из полиэтилена от температуры.
1 – зависимость tgδ(T) конденсатора; 2 – зависимость tgδ(T) полиэтилена без обкладок; 3 – зависимость потерь в обкладках от температуры (в первом приближении).
 |
Рис. 6. Зависимость тангенса угла потерь конденсатора с изоляцией из фторопласта-3 от температуры.
1 – зависимость tgδ(T) конденсатора; 2 – зависимость tgδ(T) фторопласта-3 без обкладок; 3 – зависимость потерь на электропроводность от температуры; 4 – зависимость потерь на поляризацию от температуры; 5 – зависимость потерь в обкладках от температуры (в первом приближении).
В конденсаторах с полярным диэлектриком с ростом температуры tgδувеличивается (рис. 6), но в определённой области наблюдается спад tgδ, который объясняется одновременным увеличением относительной диэлектрической проницаемости.
В конденсаторах с неполярным
диэлектриком с ростом частоты тангенс угла потерь уменьшается (кривая 1
на рис. 7) потому, что роль играют только потери на электропроводность, которые
не зависят от частоты переменного электрического поля. Вследствие этого
произведение 
в выражении (1) должно иметь постоянное
значение.
,
(1)
где Р – диэлектрические потери; U – действующее значение электрического напряжения; I – действующее значение электрического тока; ω – частота; δ – угол потерь; С – емкость.
В области высоких частот сказываются потери в обкладках (прямая 3).
 |
Рис. 7. Зависимость тангенса угла потерь конденсатора с изоляцией из полиэтилена от частоты.
1 – зависимость tgδ(f) конденсатора; 2 – зависимость tgδ(f) полиэтилена без обкладок; 3 – зависимость потерь в обкладках от частоты (в первом приближении).
В конденсаторах с полярным диэлектриком с ростом частоты тангенс угла потерь уменьшается (кривая 1 на рис. 8), но к потерям на электропроводность, прибавляются потери на поляризацию. Потери в обкладках серьёзно сказываются на высоких частотах (прямая 3).
 |
Рис. 8. Зависимость тангенса угла потерь конденсатора с изоляцией из фторопласта-3 от частоты.
1 – зависимость tgδ(f) конденсатора; 2 – зависимость tgδ(f) фторопласта-3 без обкладок; 3 – зависимость потерь на электропроводность от частоты; 4 – зависимость потерь на поляризацию от частоты; 5 – зависимость потерь в обкладках от частоты (в первом приближении).
Ёмкость плоского конденсатора определяется выражением
,
(2)
где ε – диэлектрическая проницаемость материала изоляции; ε0 – электрическая постоянная; S – площадь пластин; h – расстояние между пластинами.
На основании формулы (2) и полученных ранее закономерностей изменения ε строим зависимости ёмкости исследуемых конденсаторов от температуры и частоты приложенного электрического поля.
|
|||
 |
|||
Рис. 9. Зависимость ёмкости конденсатора с изоляцией из полиэтилена от температуры.
|
|||||
 |
|||||
|
|||||
Рис. 10. Зависимость ёмкости конденсатора с изоляцией из фторопласта-3 от температуры.
 |
Рис. 11. Зависимость ёмкости конденсатора с изоляцией из полиэтилена от частоты.
 |
Рис. 12. Зависимость ёмкости конденсатора с изоляцией из фторопласта-3 от частоты.
6. Вывод
Результаты, полученные в ходе выполнения работы (графики зависимостей основных электрических свойств диэлектриков от температуры и частоты) подтверждают, что неполярные полимеры стабильнее полярных во внешнем электрическом поле из-за чего и используются в качестве изоляторов в ВЧ устройствах. Однако неполярные полимеры для многих применений недостаточно прочны или стойки к химическим воздействиям. В подобных случаях применяют полимеры с полярной структурой, также обладающие достаточно высокими диэлектрическими свойствами.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.