Діелектричні втрати
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Діелектричні втрати

Діелектричні втрати, частина енергії змінного електричного поля в діелектричному середовищі, яке переходить в тепло. При зміні значення і напряму напруженості Е електричного поля діелектрична поляризація також міняє величину і напрям (див. Діелектрики ) ; за час одного періоду змінного поля поляризація двічі встановлюється і двічі зникає. Якщо діелектрик побудований з молекул, які є диполями (полярні молекули) або містить слабо зв'язані іони, то орієнтація таких часток або зсув в електричному полі (орієнтаційна поляризація) вимагають певного часу (час релаксації ). В результаті максимум поляризації не збігається в часі з максимумом напруженості поля, тобто є зрушення фаз між напруженістю поля і поляризацією. Завдяки цьому є також зрушення фаз між напруженістю електричного поля Е і електричною індукцією D , який і обумовлює втрати енергії W e. Переходячи до векторного зображення величин, можна сказати, що вектор електричної індукції відстає від вектора електричного поля на деякий кут d, який носить назву кута діелектричних втрат. Коли молекули або іони орієнтуються полем, вони випробовують зіткнення з ін. частками, при цьому розсівається енергія. Якщо час релаксації t у багато разів більше, ніж період Т зміни прикладеного поля, то поляризація майже не встигає розвинутися і Д. п. дуже малі. При малих частотах, коли час релаксації t значно менше періоду Т , поляризація слідує за полем і Д. п. також малі, т.к. мало число переорієнтацій в одиницю часу. Д. п. мають максимальне значення, коли виконується рівність w = 1/t, де w — кругова частота електричного поля: w = 2p/ T .

загрузка...

  Описаний механізм релаксаційних Д. п. має місце в твердих і рідких діелектриках, що містять полярні молекули або слабо зв'язані іони. Величина релаксаційних Д. п. в рідині залежить від її в'язкості, від температури і від частоти прикладеного поля. Для нев'язких рідин (вода, спирт) ці втрати виявляються в сантиметровому діапазоні довжин хвиль. У полімерах, що містять полярні групи, можлива орієнтація як окремих полярних радикалів, так і більш менш довгих ланцюжків молекул.

  В діелектриках з іонною і електронною поляризацією речовину можна розглядати як сукупність осциляторів, які в змінному електричному полі випробовують вимушені коливання, енергії, що супроводяться розсіянням ( мал. 1 ). Проте якщо частота електричного поля значно більше або менше власної частоти осциляторів, то розсіяння енергії і, отже, Д. п. незначні. При частотах, порівнянних з власною частотою осциляторів, розсіяння енергії і Д. п. W e великі і мають максимум при рівності цих частот w = w 0 ( мал. 2 ). При електронній поляризації максимум втрат відповідає оптичному діапазону частот. У діелектриках побудованих з іонів (наприклад, лужно-галоїдні кристали), поляризація обумовлена пружним зсувом іонів і максимум втрат має місце в інфрачервоному діапазоні частот (10 12 —10 13 гц ).

  Т. до. реальні діелектрики володіють деякою електропровідністю, то є втрати енергії, пов'язані з протіканням в них електричного струму (джоульови втрати), величина яких не залежить від частоти.

  Величина Д. п. в діелектрику, що знаходиться між обкладаннями конденсатора, визначається співвідношенням:

  W e = U 2 w C tg d,

де U — напруга на обкладаннях конденсатора, З — ємкість конденсатора, tg d — тангенс кута діелектричних втрат. Д. п. в 1 см 3 діелектрика в однорідному полі Е рівні:

  W e = E 2 we tg d,

де e — діелектрична проникність.

  Твір e tg d називається коефіцієнтом Д. п. Зменшення величини Д. п. має велике значення у виробництві конденсаторів і електроізоляційній техніці. Великі Д. п. використовуються для діелектричного нагріву в електричному полі високої частоти.

  Літ.: Ськанаві Р. І., Фізика діелектриків (Область слабких полів), М. — Л., 1949; Браун Ст, Діелектрики, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1961; Хиппель А. Р., Діелектрики і їх вживання, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1959; Фізичний енциклопедичний словник, т. 1, М., 1960, с. 643.

  Е. А. Конорова.

Мал. 1. Модель діелектрика, що складається з осциляторів — пружно зв'язаних електричних зарядів.

Мал. 2. Залежність W e ( w) для діелектрика, що складається з однакових осциляторів, змальованих на мал.(малюнок) 1.