Діелектричні матеріали

Ціль роботи: Ознайомитися зі зразками найпоширеніших діелектричних матеріалів і виробами з них.

Теоретичні відомості

Діелектричні матеріали характеризуються наступними основними параметрами:

1. Діелектрична проникність ε. Характеризує здатність матеріалу утворювати електричну ємність. Виміряється в абсолютних εа або відносних ε одиницях.

εа = ε₀ * ε,

де ε₀= 8,8541* 10^-12 Ф/м - електрична постійна.

Найменше значення ε =1 у вакууму, у деяких сегнетоелектриків може досягати значень декількох тисяч. Для використання в конденсаторах вигідно застосовувати діелектрик з більшим значенням ε, це дозволяє створити конденсатор малих розмірів при заданому значенні електричної ємності. Для просочення високочастотних котушок, навпаки, варто застосовувати діелектрик з малим значенням ε, щоб не збільшувати шкідливий власної ємності котушки.

Температурний коефіцієнт діелектричної проникності TKε, показує відносна зміна ε при збільшенні температури на 1⁰С. Може мати позитивне й негативне значення. Ста-«і діелектрик повинен мати мінімальне абсолютне значення

Тангенс кута діелектричних втрат tg δ. Характеризує активні втрати енергії в діелектрику на змінному струмі:

Ρа = 2πf * tg δ* U²С,

Де Ра - активні втрати потужності,

f - частота струму,

U - діюче значення напруги,

С - величина електричної ємності,

tg δ - тангенс кута діелектричних втрат.

З формули видно, що з метою мінімізації втрат, особливо на більших частотах, tg δ повинен бути мінімально можливим. Найменше значення tg δ = 10^-6-10^-5 у газів. У твердих діелектриків tg δ =2*10^-4-3*10^-2

Електрична міцність Епр. Це напруженість поля, при якій наступає пробій діелектрика. Виміряється у кв/мм або МВ/м.

Електропровідність діелектриків. Характеризує електроізоляційні властивості матеріалу. Розрізняють питомий об'ємний електричний опір p_v, що характеризує здатність діелектрика робити електричний струм крізь весь обсяг, і питомий поверхневий опір p_s, що характеризує здатність проводити струм зовнішньою поверхнею зразка матеріалу.

Залежно від механізму поляризації всі діелектрики можуть бути полярними або неполярними. Неполярні діелектрики характеризуються незалежністю ε від частоти змінного струму й слабким монотонним убуванням ε с ростом температури. У полярних діелектриків спостерігаються немонотонні залежності ε від температури й частоти. Крім того, у полярних діелектриків спостерігається екстремум кривій tg δ залежно від частоти f.

Є клас специфічних діелектриків, називаних сегнетодиелектриками, для яких характерна спонтанна поляризація вже при малих значеннях напруженості електричного поля Е. Сегнетодиелектрики мають дуже більші значення ε сягаючої величини 8000. При цьому спостерігається сильна залежність ε від температури з різким екстремумом у крапці Кюрі, вище температури якої спонтанна поляризація припиняється. Крім того, сегнетодиелектрики володіють, як правило, екстремумом залежності ε= f (E) і насиченням після досягнення певних значень напруженості поля. Для багатьох сегнетодиелектриків властивий п′езоефект.

Виконання роботи

1. Ознайомлення зі зразками твердих органічних діелектриків: полістирол, полієтилен, полівінілхлорид, фторопласт, паперові ізоляційні матеріали, шаруваті пластмаси, каучук, гуми, оксидні й бакелітові компаунди, каніфоль.

2. Ознайомлення зі зразками неорганічних діелектриків: стекло, стеклотканина, слюда, шиканити, кераміка, порцеляна, азбест.

3. Ознайомлення зі зразками п′езодиелектриків: гірський кришталь, п′езокерамика.

Зміст звіту.

Звіт повинен містити:

1. Короткий перелік досліджуваних матеріалів із вказівкою області їхнього застосування по обраній системі класифікації.

2. Повну характеристику властивостей й області застосування одного з діелектричних матеріалів за вказівкою викладача.

Контрольні питання

1. Назвіть природні й штучні органічні діелектрики?

2. Що таке полімеризація й поліконденсація органічних діелектриків?

3. Що являють собою пластмаси й з яких компонентів вони складаються?

4. Якими характерними властивостями володіють п′езоелектрики?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

Магнітні матеріали

Ціль роботи: ознайомитися зі зразками найбільш застосовуваних в
електротехніку магнітних матеріалів.

Теоретичні відомості

Магнітні матеріали характеризуються наступними основними параметрами:

Магнітна проникність µ. Являє собою відношення магнітної індукції в матеріалі В к напруженості магнітного поля Н у заданій крапці кривій намагнічування. Може вимірятися в абсолютні µ_а й відносних одиницях µ:

µ_а=µ₀ µ_а

де µ₀ =1,2566*10^-6 Гн/м - магнітна постійна.

Розрізняють початкову µ_н магнітну проникність при значеннях напруженості поля, близької до нуля, і максимальну µ_м магнітну проникність матеріалу. Більші значення µ_н й µ_м показують, що заданий матеріал легко намагнічується в слабких і сильних полях.

Температурний коефіцієнт магнітної проникності ТКµ. Показує відносна зміна магнітної проникності при підвищенні температури на 1⁰С. Звичайно µ росте з ростом температури

аж до крапки Кюрі, після якої матеріал губить магнітні

властивості.

Індукція насичення Bs. Це максимальне значення індукції, при якій петля гістерезису випологується.

Чим більше величина індукції насичення при заданій напруженості поля, тим краще магнітний матеріал. Одиницею виміру індукції є Тесла.

Залишкова магнітна індукція Вг. Показує величину магнітної

індукції в матеріалі після зняття зовнішнього поля. Відношення

Вr/Bs характеризує ступінь прямокутної петлі гістерезису магнітного матеріалу.

Коефіціентна сила Нс. Характеризує кількісну величину

напруженості зовнішнього поля, яке потрібно прикласти до попередньо намагніченого матеріалу, щоб його повністю розмагнітити.

Матеріали з малим значенням Нс і великий µ називаються магнітном′якими. Вони легко намагнічуються й розмагнічуються. Матеріали з великий Нс і порівняно малої µ називаються магнітнотвердими. Вони використаються для виготовлення постійних магнітів. Одиницею виміру напруженості магнітного поля є А/м.

Питомі втрати енергії на гістерезис Рг. Характеризують втрати

енергії, затрачувані на перемагнічування одиниці маси матеріалу

за один цикл. Ці втрати визначаються площею петлі гістерезису.

Втрати енергії на вихрові струми Рв. Залежать від питомого електричного опору магнітного матеріалу й частоти перемагнічування.

Магнитом′які матеріали володіють високої µ_а, невеликий Нс і малими втратами на гістерезис. Ці матеріали використаються для виготовлення магнітопроводів електричних машин, сердечників котушок індуктивності й т.п. Основними магнитом′якими матеріалами є листові електротехнічні сталі, кременисті холодно-

катані сталі, залізонікелеві сплави (пермалой, гиперм), ферити

і магнітодиелектрики (карбонільне залізо, альсіфер)

Властивості деяких низькочастотний магнітном′яких матеріалів наведені в табл. 8.1.

Таблиця 8.1.

У таблиці 8.2. наведені властивості деяких високочастотних Феромагнетиків.

Таблиця 8.2.

Магнитотверді матеріали відрізняються високої Нс і застосовуються винятково для виготовлення постійний магнітів. Характеризуються

значеннями Нс не менш 4000 А/м. Якість постійного магніту характеризується питомою об'ємною енергією Wм, що розвиває одиниці об'єму матеріалу. Промисловістю освоєні три групи магнитотвердих матеріалів: високовуглеродисті легіровані сталі, сплави на основі Fe, Al, Nі й металокерамічні сплави (магнитотверді ферити)

У таблиці 8.3. наведені характеристики деяких найбільш застосовуваних магнитотвердих матеріалів:

Таблиця 8.3.

Виконання роботи

1. Ознайомлення зі зразками різних металевих магнитом′яких і магнитотвердих матеріалів: електротехнічна сталь, мартенисті високовуглеродисті сталі, металокераміка.

2. Ознайомлення з різними виробами з феритів, їхньою номенклатурою, властивостями й областю застосування.

Зміст звіту.

Звіт повинен містити:

1. Короткий перелік досліджуваних матеріалів із вказівкою області їхнього застосування по обраній системі класифікації.

2. Повну характеристику властивостей й області використання одного з феромагнітних матеріалів, за вказівкою викладача.

Контрольні питання

1. Що характеризує площа петлі гістерезису магнітного матеріалу?

2. Чим розрізняються магнітном′які й магнітнотверді матеріали, приведіть приклади тих й інших.

3. Як зв'язані магнітна проникність і максимальна частота перемагнічування Феритів?

ЛІТЕРАТУРА

1. Богородицький Н П Пасинків В У Тареев Б М Електротехнічні матеріали М Енергія, 1977р

2. Элекгрорадіоматеріали /Під ред Б М Тареева -М Вища школа 1978 р

3. Нікулін Н В, Назаров А З Радіоматеріали й радіокомпоненти М Вища школа 1981 р

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: