คุณสมบัติทางดีอิเล็กทริกของวัสดุฉนวนคืออะไร

คุณสมบัติทางดีอิเล็กทริกของวัสดุฉนวนคืออะไร?

คำจำกัดความของดีอิเล็กทริก

ดีอิเล็กทริกหมายถึงวัสดุที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ แต่สามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าได้ ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานของอุปกรณ์เช่น คอนเดนเซอร์

แรงดันไฟฟ้าที่ทำให้วัสดุแตกหัก

วัสดุดีอิเล็กทริกมีอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งในสภาพการทำงานปกติ เมื่อความแข็งแกร่งของสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเกินค่าเฉพาะ จะทำให้เกิดการแตกหัก นั่นคือ คุณสมบัติการเป็นฉนวนเสียหายและกลายเป็นตัวนำไฟฟ้า ความแข็งแกร่งของสนามไฟฟ้าเมื่อเกิดการแตกหักเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้วัสดุแตกหักหรือความแข็งแกร่งดีอิเล็กทริก สามารถแสดงเป็นความเครียดไฟฟ้าขั้นต่ำที่จะทำให้วัสดุแตกหักภายใต้สภาวะบางอย่าง

ความแข็งแกร่งดีอิเล็กทริกหรือแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้วัสดุแตกหักสามารถลดลงได้จากการเสื่อมสภาพ อุณหภูมิสูง และความชื้น สามารถเขียนเป็น

ความแข็งแกร่งดีอิเล็กทริกหรือแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้วัสดุแตกหัก 

V→ ศักย์ไฟฟ้าที่ทำให้วัสดุแตกหัก

t→ ความหนาของวัสดุดีอิเล็กทริก

ความผันแปรตามสัมพัทธ์

ยังเรียกว่าความจุเหนี่ยวนำจำเพาะหรือค่าคงที่ดีอิเล็กทริก ซึ่งให้ข้อมูลเกี่ยวกับความจุของคอนเดนเซอร์เมื่อใช้วัสดุดีอิเล็กทริก แทนด้วย εr ความจุของคอนเดนเซอร์มีความสัมพันธ์กับระยะห่างระหว่างแผ่นหรือความหนาของดีอิเล็กทริก พื้นที่ภาคตัดขวางของแผ่น และลักษณะของวัสดุดีอิเล็กทริกที่ใช้ วัสดุดีอิเล็กทริกที่มีค่าคงที่ดีอิเล็กทริกสูงจะเหมาะสมสำหรับคอนเดนเซอร์

ความผันแปรตามสัมพัทธ์หรือค่าคงที่ดีอิเล็กทริก = 

เราสามารถเห็นได้ว่าหากเราแทนที่อากาศด้วยสารกลางดีอิเล็กทริกใด ๆ ความจุ (คอนเดนเซอร์) จะเพิ่มขึ้นค่าคงที่ดีอิเล็กทริกและความแข็งแกร่งดีอิเล็กทริกของวัสดุดีอิเล็กทริกบางชนิดมีดังนี้

ตัวประกอบการสูญเสีย มุมการสูญเสีย และตัวประกอบกำลัง

เมื่อมอบแหล่งจ่ายไฟฟ้าสลับให้วัสดุดีอิเล็กทริก ไม่มีการใช้พลังงานเกิดขึ้น ซึ่งสามารถทำได้อย่างสมบูรณ์เฉพาะในสุญญากาศและก๊าซบริสุทธิ์ ในที่นี้ เราสามารถเห็นได้ว่ากระแสชาร์จจะนำไปสู่แรงดันที่ใช้โดย 90o ซึ่งแสดงในรูปที่ 2A นั่นหมายความว่าไม่มีการสูญเสียกำลังในฉนวน แต่ในกรณีส่วนใหญ่ จะมีการสูญเสียพลังงานในฉนวนเมื่อมีการใช้ไฟฟ้าสลับ การสูญเสียนี้เรียกว่าการสูญเสียดีอิเล็กทริก ในฉนวนจริง กระแสรั่วไหลจะไม่นำไปสู่แรงดันที่ใช้โดย 90o (รูปที่ 2B) มุมที่เกิดจากกระแสรั่วไหลคือมุมเฟส (φ) ซึ่งจะน้อยกว่า 90 เสมอ เราจะได้มุมการสูญเสีย (δ) จากนี้เป็น 90- φ

วงจรเทียบเท่าแสดงด้านล่างด้วยความจุและตัวต้านทานที่เรียงต่อกันแบบขนาน

จากนี้ เราจะได้การสูญเสียกำลังดีอิเล็กทริกเป็น

X → ความต้านทานรีแอคทีฟ (1/2πfC)

cosφ → sinδ

ในกรณีส่วนใหญ่ δ มีขนาดเล็ก ดังนั้นเราสามารถใช้ sinδ = tanδ

ดังนั้น tanδ จึงเรียกว่าตัวประกอบกำลังของดีอิเล็กทริก

การทำความเข้าใจคุณสมบัติของวัสดุดีอิเล็กทริกเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบ การผลิต การปฏิบัติงาน และการรีไซเคิลฉนวนเหล่านี้ โดยการประเมินมักทำผ่านการคำนวณและการวัด