Методические указания к лабораторным работам по курсу «электротехнические материалы» для студентов ІІ курса дневной и заочной форм обучения специальностей 090. 603, 090. 605, 0922. 02 (стр. 2 из 9)
Параметры исследуемых образцов диэлектрика и основные размеры электродов
| Наименование диэлектрика | h, м | Измерительный электрод | Охранное кольцо | |
| d, м | S, м2 | D, м | ||
4.Установить переключатель поддиапазонов в положение
«1 МОм».
5.Произвести проверку состояния электрического нуля прибора. Для этого отключить коаксиальный штекер кабеля от коаксиального гнезда прибора и нажать на кнопку «Измерение». Если при этом наблюдается отклонение стрелки прибора от нулевого значения, необходимо осуществить корректировку с помощью ручки >0<.
После корректировки отпустить кнопку «Измерение» и подключить коаксиальный штекер к соответствующему гнезду прибора.
6. Расположить один из образцов исследуемых диэлектриков между электродами.
7. Нажать на кнопку «Измерение» и определить значение сопротивления измеряемого диэлектрика. При незначительном отклонении стрелки прибора от значения «
» отпустить кнопку «Измерение» и переключить поддиапазон измерения. В зависимости от выбранного поддиапазона измерения отсчет проводится по соответствующей шкале прибора после достижения измеряемой величины установившегося значения. Результаты измерения записать в табл. 1.2. По окончании измерения переключатель поддиапазонов переключить в положение «1 МОм».Таблица 1.2
Результаты экспериментальных исследований сопротивлений твердых диэлектриков
| Наименование диэлектрика | Т, °С | RV, Ом | RS, Ом |  Ом×м |  Ом |
8. Произвести измерение объемного сопротивления остальных образцов твердых диэлектриков согласно методике, изложенной в п.п. 6-7. Результаты измерений записать в табл. 1.2.
9. В присутствии преподавателя собрать схему для измерения поверхностного сопротивления исследуемых диэлектриков в соответствии с рис. 1.1б.
10. Произвести измерение поверхностного сопротивления твердых диэлектриков. Результаты измерения записать в табл. 1.2.
11. Измерить с помощью термометра температуру в помещении. Результат измерения записать в табл. 1.2.
12. Определить зависимость поверхностного и объемного сопротивлений от температуры. Для этого по указанию преподавателя один из образцов диэлектриков поместить в термостат и при трех-четырех значениях температуры измерить значения поверхностного и объемного сопротивлений диэлектрика. Результаты измерений записать в табл. 1.2.
13. Провести расчет удельных объемных и удельных поверхно-стных сопротивлений исследуемых диэлектриков, используя формулы (1.1), (1.3). Результаты расчета записать в табл. 1.2.
14. Построить графики зависимости удельного объемного и удельного поверхностного сопротивлений от температуры:
и 
15. Полученные расчетные значения удельных сопротивлений сравнить по справочным данным.
16. Составить отчет о работе, который должен содержать формулировку цели работы, принципиальные электрические схемы измерений сопротивлений, заполненные табл. 1.1, 1.2, графики зависимостей
, и выводы по работе.Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятия «диэлектрик» и приведите конкретные примеры твердых, жидких и газообразных диэлектриков.
2. Объясните электрические схемы для измерения объемного и поверхностного сопротивлений твердых диэлектриков.
3. Укажите факторы, которые оказывают влияние на величину объемного сопротивления.
4. Объясните физическую сущность процесса электропроводности диэлектриков.
5. Перечислите параметры, характеризующие электропроводность диэлектриков.
6. Назовите токи, которые протекают через диэлектрик, находящийся в переменном и постоянном электрических полях.
7. Объясните причину измерения сопротивления диэлектрика через одну минуту после подачи напряжения на образец.
8. Укажите факторы, которые оказывают влияние на величину поверхностного сопротивления.
9. Объясните механизм электропроводности в жидких диэлектриках.
10. Укажите причины, в связи, с которыми измерение сопротивлений диэлектриков производится на постоянном напряжении.
11. Объясните механизм электропроводности в газообразных диэлектриках.
Л и т е р а т у р а : [1, с. 30-43; 2]
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ЧАСТОТАХ
2.1. Цель работы
Изучить методику экспериментального определения относительной диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь, мощности, рассеиваемой в диэлектрике, и провести исследование зависимости данных параметров от внешних факторов.
2.2. Общие положения
Следует знать, что относительная диэлектрическая проницаемость характеризует свойство диэлектриков поляризоваться в электрическом поле. Данный параметр является количественной характеристикой процесса поляризации.
Величина относительной диэлектрической проницаемости показывает, во сколько раз при неизменном напряжении увеличивается емкость или заряд конденсатора заданных геометрических размеров при замене вакуума между обкладками конденсатора данным диэлектриком.
Относительную диэлектрическую проницаемость определяют по формуле
(2.1)где Q0 - заряд конденсатора в случае, когда между его пластинами находится вакуум;
Qд - заряд, обусловленный поляризацией диэлектрика.
Из формулы (2.1) следует, что диэлектрическая проницаемость любого вещества больше единицы и равна единице только для вакуума. Для твердых диэлектриков er может иметь различные числовые значения в связи с разнообразием их структур, обладающих различными видами поляризации.
Относительная диэлектрическая проницаемость плоского диэлектрика, помещенного между круглыми электродами,
, (2.2)
где Cд - емкость конденсатора с данным диэлектриком, Ф;
h - толщина диэлектрика, м;
S - площадь электрода, м2;
- электрическая постоянная, e0=8,854×10-12Ф/м.Абсолютная диэлектрическая проницаемость равна произведению относительной диэлектрической проницаемости на электрическую постоянную:
.Характер влияния температуры на относительную диэлектрическую проницаемость определяется видом поляризации, присущим данному диэлектрику. Так, для материалов с электронной поляризацией относительная диэлектрическая проницаемость практически не зависит от температуры. Для материалов с ионной поляризацией при повышении температуры относительная диэлектрическая проницаемость возрастает в следствие уменьшения сил взаимодействия между ионами кристаллической решетки.
Материалы с дипольно-релаксиционным механизмом поляризации при нагреве имеют более сложный характер изменения относительной диэлектрической проницаемости, вследствие уменьшения вязкости материала, относительная диэлектрическая проницаемость возрастает, а затем уменьшается из-за усиливающегося теплового хаотического движения молекул.
Диэлектрическими потерями называется мощность, рассеиваемая в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающая нагрев диэлектрика.
Потери энергии в диэлектриках наблюдаются как при переменном, так и при постоянном напряжениях. Диэлектрические потери при постоянном напряжении обусловлены, в основном, током сквозной проводимости, так как время протекания зарядного и абсорбцирнных токов после включения напряжения незначительно. При переменном напряжении через диэлектрик протекают, периодически изменяясь, не только ток сквозной проводимости, но также ток абсорбции и ток смещения. По своей величине ток абсорбции может превосходить ток сквозной проводимости и ток смещения. В связи с этим диэлектрические потери при переменном напряжении в основном обусловлены токами абсорбции, которые являются средствами поляризационных процессов в диэлектрике.
При высоких напряжения дополнительные диэлектрические потери возникают вследствие ионизации воздушных включений в диэлектрике. Кроме того, на величину диэлектрических потерь оказывает влияние неоднородность структуры диэлектрика.
Различают полные и удельные диэлектрические потери. Полные диэлектрические потери - это активная мощность, рассеиваемая во всем объеме диэлектрика.
Полные диэлектрические потери при переменном напряжении
, (2.3)
где U - рабочее напряжение, В;
w - угловая частота, с-1;
C - емкость конденсатора с данным диэлектриком, Ф;
tgd - тангенс угла диэлектрических потерь.
Выражение для определения удельных диэлектрических потерь имеет вид