Quines són les propietats dielèctriques dels materials aïllants?
Quines són les propietats dielèctriques dels materials aïllants?
Definició de dielèctric
Un dielèctric es defineix com un material que no condueix l'electricitat però pot emmagatzemar energia elèctrica, millorant la funcionalitat de dispositius com els condensadors.
Tensió de trencament
El material dielèctric només té alguns electrons en condicions d'operació normals. Quan la força elèctrica supera un valor determinat, es produeix un trencament. Això vol dir que les propietats aïllants es veuen danades i finalment es converteix en conductor. La força del camp elèctric en el moment del trencament es coneix com a tensió de trencament o resistència dielèctrica. Es pot expressar com a mínima tensió elèctrica que resultarà en el trencament del material en certes condicions.
Es pot reduir per l'envejeciment, la temperatura elevada i l'humitat. Es dona com:
Resistència dielèctrica o tensió de trencament
V→ Potencial de trencament.
t→ Espessor del material dielèctric.
Permissivitat relativa
També es coneix com a capacitat inductiva específica o constant dielèctrica. Això ens proporciona informació sobre la capacitance del condensador quan es fa servir un dielèctric. Es denota com εr. La capacitance del condensador està relacionada amb la separació de les plaques o podem dir l'espessor dels dielèctrics, l'àrea transversal de les plaques i el caràcter del material dielèctric utilitzat. Un material dielèctric amb una constant dielèctrica alta és preferit per als condensadors.
Permissivitat relativa o constant dielèctrica =
Podem veure que si substituïm l'aire per qualsevol medi dielèctric, la capacitance (condensador) es millorarà.La constant dielèctrica i la resistència dielèctrica de alguns materials dielèctrics es mostren a continuació.
Factor de dissipació, angle de pèrdua i factor de potència
Quan es dóna una alimentació AC a un material dielèctric, no es produeix cap utilització de potència. Això només es consigueix perfectament en el buit i en gasos purificats. Aquí, podem veure que la corrent de càrrega precedirà la tensió aplicada en 90o, tal com es mostra en la figura 2A. Això implica que no hi ha pèrdua de potència en els aïllants. Però, en la majoria dels casos, hi ha una dissipació d'energia en els aïllants quan es dóna una corrent alternada. Aquesta pèrdua es coneix com a pèrdua dielèctrica. En els aïllants pràctics, la corrent de fuga mai precedirà la tensió aplicada en 90o (figura 2B). L'angle format per la corrent de fuga és l'angle de fase (φ). Sempre serà menor de 90. També obtindrem l'angle de pèrdua (δ) a partir d'això com 90- φ.
El circuit equivalent es mostra a continuació amb la capacitance i la resistència disposades en paral·lel.
D'això, obtindrem la pèrdua de potència dielèctrica com
X → Reactància capacitiva (1/2πfC)
cosφ → sinδ
En la majoria dels casos, δ és petit. Així que podem prendre sinδ = tanδ.
Així, tanδ es coneix com a factor de potència dels dielèctrics.
Entendre les propietats dels materials dielèctrics és crucial per al disseny, fabricació, operació i reciclatge d'aquests aïllants, amb avaluacions típicament realitzades a través de càlculs i mesuraments.
