תכונות דיאלקטריות של חומרים מבודדים (נוסחה וקבוע)
נוכל לעבור תחילה על תיאור חומרים דיאלקטריים. הם למעשה אינם מוליכים חשמל. אלה מבודדים בעלי מוליכות חשמלית נמוכה מאוד. לכן עלינו לדעת את ההבדל בין חומר דיאלקטרי לחומר מבודד. ההבדל הוא שמבודדים מעכבים את זרימת הזרם אך החומרים הדיאלקטריים מצטברים אנרגיה חשמלית. בקונדנסטורים הם מתפקדים כמבודדי חשמל.
לאחר מכן נוכל לעסוק בנושא. התכונות הדיאלקטריות של מבודדים כוללות מתח שבירה או חוזק דיאלקטרי, פרמטרים דיאלקטריים כמו פערתמיות, מוליכות, זווית איבוד וגורם כוח. התכונות האחרות כוללות פרמטרים חשמליים, טרמיים, מכניים וכימיים. נוכל לדון בתכונות העיקריות בהרחבה למטה.
חוזק דיאלקטרי או מתח שבירה
לחומר דיאלקטרי יש רק חלק מהאלקטרונים במצב פעולה נורמלי. כאשר חוזק החשמל עולה מעל ערך מסוים, זה גורם לשבירה. כלומר, התכונות המבודדות נפגמות לבסוף והחומר הופך למוליך. חוזק השדה החשמלי בעת השבירה נקרא מתח שבירה או חוזק דיאלקטרי. ניתן להביע זאת במתח מינימלי שיגרום לשבירה של החומר בתנאים מסוימים.
הוא יכול להפחתה עקב הזדקנות, טמפרטורה גבוהה ורפש. הוא נתון כ
חוזק דיאלקטרי או מתח שבירה =
V→ מתח שבירה.
t→ עובי החומר הדיאלקטרי.
פערתמיות יחסית
זהו גם נקרא קיבולת אינדוקטיבית ספציפית או קבוע דיאלקטרי. זה נותן לנו מידע על קיבול הקונדנסטור כאשר משתמשים בחומר דיאלקטרי. הוא מסומן כ εr. הקיבול של הקונדנסטור קשור עם הפער בין הלוחות או אפשר לומר בעובי הדיאלקטריק, בשטח החתך של הלוחות ובמאפייני החומר הדיאלקטרי שנעשה בו שימוש
. חומר דיאלקטרי בעל קבוע דיאלקטרי גבוה מועדף לקונדנסטור.
פערתמיות יחסית או קבוע דיאלקטרי =
ניתן לראות שאם נחליף אוויר עם כל חומר דיאלקטרי, הקיבול (קונדנסטור) ישתפר. הקבוע הדיאלקטרי וחוזק הדיאלקטרי של כמה חומרים דיאלקטריים נתונים למטה.
חומר דיאלקטרי |
חוזק דיאלקטרי (kV/mm) |
קבוע דיאלקטרי |
אוויר |
3 |
1 |
שמן |
5-20 |
2-5 |
מיקה |
60-230 |
5-9 |
טבלה מספר 1
גורם האיבוד, זווית האיבוד וגורם הכוח
כאשר חומר דיאלקטרי מקבל מתח חילופין, אין שימוש באנרגיה. זה מושג בצורה מושלמת רק על ידי ריק ומכלים טהורים. כאן, ניתן לראות שהזרם המטען יוביל את המתח המסופק על ידי 90o כפי שמוצג בתרשים 2A. זה אומר שאין איבוד אנרגיה במבודדים. אבל ברוב המקרים, יש איבוד אנרגיה במבודדים כאשר מפעילים זרם חילופין. האיבוד הזה נקרא איבוד דיאלקטרי. במבודדים מעשיים, הזרם הנשפך לעולם לא יוביל את המתח המסופק על ידי 90o (תרשים 2B). הזווית שנוצרת על ידי הזרם הנשפך היא הזווית הפאזה (φ). היא תמיד תהיה קטנה מ-90. נקבל גם את זווית האיבוד (δ) מכאן כ-90- φ.
המעגל המשווה עם קיבול ונגד מקבילים מיוצגים למטה.
מכאן נקבל את איבוד הכוח הדיאלקטרי כ
X → リアクタンス (1/2πfC)
cosφ → sinδ
ברוב המקרים, δ קטן. אז ניתן לקחת sinδ = tanδ.
אז, tanδ נקרא גורם הכוח של החומרים הדיאלקטריים.
החשיבות של הידע על תכונות החומר הדיאלקטרי היא לתכנון, ייצור, פעולה ומחזורת של החומרים הדיאלקטריים (מבודדים) ואתה יכול לקבוע זאת באמצעות חישוב מדידה.
הצהרה: לכבוד המקור, מאמרים טובים שראויים לשתף, במקרה של הפרת זכויות יוצרים אנא צור קשר למחיקה.
