Изучение электрических свойств диэлектрических материалов. Анализ основных свойств проводниковых материалов

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Владимирский Государственный Университет

Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств

Лабораторная работа  №2.

по дисциплине

“Материаловедение и материалы ЭС ”

Анализ основных свойств проводниковых материалов

 в конструкциях РЭС

Выполнила:  студентка гр. Р-104

Проверила:   

Владимир 2006

Цель работы: изучение электрических свойств диэлектрических материалов и их стабильности под действием внешних факторов.

1. Лабораторное задание

1. Определить плотность вспененного полистирола (пенополистирола), имеющего диэлектрическую проницаемость e_всп=1.5. Какую долю объема этого материала занимает воздух? Вспениванию подвергался полистирол с параметрами: e=2.6, плотность d=1050 кг/м³.

    2. На рисунке 2 (качественно) показаны зависимости удельного поверхностного сопротивления r_S от относительной влажности воздуха y для четырех различных диэлектриков: а) не смачиваемого водой и не растворимого в ней; б) пористого; в) плотного смачиваемого водой и частично растворимого в ней; г) смачиваемого водой, но не растворимого в ней. Указать, какой вид зависимости характерен для каждого из  перечисленных диэлектриков.

3. Получите выражение для комплексной диэлектрической проницаемости полиэтилена (e=2.2; tgd=10^-4). Чему равна диэлектрическая проницаемость x  полиэтилена?

4. В нормальных условиях (р=10⁵ Па, T=20°C) электрическая прочность воздуха составляет 3.2 МВ/м. Как изменится электрическая прочность, если температура повысится до 100°C, а давление до 0.2 МПа?

Задача 1.

Для расчета смеси диолектриков  (хаотической, неупорядоченной в пространстве)  применяется формула Лихтенеккера, носящая название логарифмического закона смещения. Для смеси двух компонентов она имеет вид:

lge^* = y₁lge₁ + y₂lge₂ , где  - объёмные концентрации, .

а для m компонентов:

lge^*=y_ilge_i.

Для "вспененных" материалов (пенополистирол), заполненных большим количеством мелких пор, считая, что для газов e=1, а плотность равна нулю:

lge^*=lge_т

lge^*=( D^*/D_т )lge_т , где e_т и D_т - диэлектрическая проницаемость и плотность сплошного, твердого диэлектрика,  e^* и D^* - диэлектрическая проницаемость и плотность вспененного материала. Тогда плотность пенополистирола:

                                                                                         ,

                                                                                                          .   .

Объёмная концентрация полистирола:

, тогда объёмная концентрация воздуха (или доля объёма воздуха) в пенополистироле:

.

Ответ: плотность вспененного полистирола 450 , доля объёма воздуха в этом материале 57%.

Задача 2.

Первый вид зависимости удельного поверхностного сопротивления от относительной влажности воздуха (позиция 1, рис.1) соответствует диэлектрику, не смачиваемому водой и не растворимому в ней. То есть капельки воды присутствующие в воздухе не будут влиять на диэлектрик и соответственно на его свойства, что и отражает горизонтальная линия графика -1.

График-2 показывает зависимость удельного поверхностного сопротивления от относительной влажности воздуха для диэлектрика, смачиваемого водой, но не растворимого в ней.

График-3 соответствует плотному смачиваемому водой и частично растворимому в ней диэлектрику. Поверхность таких материалов легко смачивается водой, которая образует сплошную тонкую плёнку. При этом происходит диссоциация самого вещества, т.е. образование ионов, которые переносят заряд. Поэтому поверхностная проводимость таких материалов большая и сильно зависит от влажности воздуха (по сравнению с диэлектриком, указанным выше).

График-4 показывает зависимость удельного поверхностного сопротивления от относительной влажности воздуха для пористого диэлектрика. Пористые материалы легко впитывают воду, сильно снижая электрическое