Свойства полимерного диэлектрика в переменном электрическом поле на молекулярном уровне
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
сопротивлением, низкой диэлектрической проницаемостью, малыми диэлектрическими потерями и стойкостью к действию высоких напряжений. Введение пластификаторов, как правило, ухудшает все эти характеристики, и поэтому следует очень внимательно выбирать пластификаторы и их дозировку.
Изменение максимума тангенса угла сегментальных диэлектрических потерь зависит от полярности пластификатора и его термодинамической совместимости с полимером. Если пластификатор истинно растворяется в полимере во всей области составов, то положение непрерывно смещается в область более низких температур (рис. 6). При этом абсолютное значение тангенса угла диэлектрических потерь зависит от полярности пластификатора, т.е. от его собственной диэлектрической проницаемости. При введении неполярных пластификаторов, диэлектрическая проницаемость которых мала, ?' и системы уменьшаются (рис. 6), а введение полярных пластификаторов может привести к повышению диэлектрической проницаемости и пластифицированной системы (рис. 6 б).
Если пластификатор ограниченно смешивается с полимером, то изменение Тст и положения происходит только до определенной концентрации пластификатора, отвечающей пределу совместимости. При дальнейшем добавлении такого пластификатора положение не изменяется, но значение его может возрастать.
Так как максимум тангенса угла диэлектрических потерь наблюдается при температуре стеклования полимера, то его смещение эквивалентно снижению температуры стеклования. Поэтому пластифицирующее действие пластификаторов можно оценивать по смещению : пластификатор тем эффективнее, чем ниже температура, соответствующая .
3. Методы измерения
Диэлектрическая проницаемость и потери полимеров зачастую исследованы в диапазоне от 10-4 Гц до оптических частот. В зависимости от частоты применяют различные методы исследования.
Рис. 8. Частотные области применимости различных диэлектрических методов измерения.
Частотные области применимости различных методов представлены на рис. 8
3.1 Мостовые методы
Для измерения эквивалентных емкости и сопротивления образца наиболее широко применяется схема типа моста Уитстона, в которой неизвестные величины сравниваются с эталонными компонентами. Одной из таких схем является универсальный мост Шеринга, позволяющий с высокой точностью измерять свойства диэлектриков в диапазоне частот от 10 до 105 Гц (область звуковых частот). Схема такого моста показана на рис.9. В уравновешенном состоянии, когда индикатор показывает нулевое напряжение в диагонали моста, имеем обычное соотношение плечевых импедансов:
Рис. 9. Схема двойного моста Шеринга
диэлектрический проницаемость полимер конденсатор
В измерительных плечах используются одинаковые сопротивления, а параллельно сопротивлению 1 подключается небольшой переменный конденсатор для уравновешивания неизвестной проводимости в плече 4. Обычно при измерениях используется метод замещения. Вначале мост уравновешивается при отсутствии ячейки (переключатель S разомкнут). Затем подключается ячейка с образцом (переключатель S замкнут), и мост уравновешивается. Емкость ячейки Сх компенсируется уменьшением С4, а ее проводимость Gх - увеличением С4. Два условия баланса моста дают, при ,
(1)
Рис. 11. Схема экранированного двойного моста Шеринга с заземлением Вагнера
Точность измерений с помощью мостов звуковой частоты зависит от того, насколько удается исключить паразитные импедансы, которые возникают между различными деталями моста, значения которых неизвестны и зависят от расположения компонентов и даже от расположения оператора. Таким образом, уравнения баланса (5.15) в действительности справедливы при условии I1 = I2 и I3 = I4, означающем, что паразитные емкости между зажимами индикатора и землей отсутствуют. С этой точки зрения мост Шеринга представляет собой особенно удачную конструкцию, так как в нем можно обеспечить практически полное экранирование компонентов друг от друга. Во-первых, отсутствие последовательных соединений между емкостью и сопротивлением в каждом из плечей моста облегчает экранирование. Во-вторых, к генератору частоты может быть подключен делитель напряжения, так что клеммы индикатора при балансе моста находятся при потенциале земли, как показано на рис. 11. В такой схеме, получившей название заземления Вагнера, процедура измерений сводится к следующему. Вначале мост уравновешивается как обычно, затем одна из клемм индикатора соединяется с землей и с помощью схемы Вагнера мост снова уравновешивается. Это немного разбалансирует мост, который снова уравновешивается, и т.д. до тех пор, пока не выполнятся одновременно два условия - мост уравновешен, а клеммы индикатора заземлены. При этих условиях все компоненты моста могут быть экранированы, а в ячейке может использоваться охранный электрод.
Применяя все меры предосторожности, с помощью моста Шеринга можно достичь высокой точности измерений во всем рабочем диапазоне частот.
Ниже 10-2 Гц уравновешивание моста становится очень длительным процессом, поскольку период колебаний таков, что приходится долго ожидать после каждой подстройки моста, чтобы увидеть изменение амплитуды выходного сигнала на детекторе. Измерения с помощью мостовых методов могут быть ускорены при помощи систем автоматической балансировки, в которых используется ?/p>