Свойства полимерного диэлектрика в переменном электрическом поле на молекулярном уровне
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? более простой вид:
где ?0 и ?0- диэлектрическая и магнитная проницаемости свободного пространства, соответственно. Комплексная диэлектрическая проницаемость немагнитной (?* = ?0) диэлектрической среды на угловой частоте ? связана с коэффициентом распространения плоской волны той же частоты в среде соотношением
где ?0 - длина волны той же частоты в вакууме. Приравнивая действительную и мнимую части, имеем
где n - показатель преломления среды на данной частоте.
Рис. 15. Схема волноводной измерительной линии
В методе Roberts и von Hippel (1946) диэлектрик заполняет часть волновода или коаксиальной линии длиной d перед заглушкой, как показано на рис. 15. Для жидких образцов волновод должен быть расположен вертикально. Картина возникающих стоячих волн изображена на рис. 16. Волна в пространстве перед образцом характеризуется
а) обратной величиной коэффициента стоячей волны Еmin/Еmax, т.е. отношением амплитуды стоячей волны в узле и пучности,
б) расстоянием х0 первого узла от поверхности образца,
в) длиной волны ?0g, равной удвоенному расстоянию между соседними узлами.
Для образцов с малыми потерями обратную величину коэффициента стоячей волны можно очень точно определить, измеряя ширину узла волны:
где ?x - расстояние между точками удвоенной мощности по обеим сторонам от минимума. Для образцов с очень малыми потерями необходимо учитывать потери в стенках линии передачи, которые можно оценить из ширины ?xe узла на расстоянии dе от конца пустой линии. Вначале в измеренное значение ширины ?хS узла на расстоянии d' перед образцом вносится поправка на потери в стенках:
Суммарное значение tg? для отрезка линии с образцом вычисляют с помощью уравнения
Затем вычитают потери в стенках и получают величину потерь для самого образца.
4. Приборы для измерения ? и tg? полимеров
Измерения ? и tg? полимеров проводятся в широком диапазоне частот: от 10-5 до 1010 Гц. Измерения в непрерывном частотном диапазоне проводят обычно в научно-исследовательских целях, на практике же для оценки и контроля качества. полимерных материалов измерения проводят чаще всего на некоторых стандартных частотах:
) на промышленной частоте 50 Гц (в США и некоторых других странах 60 Гц);
) на частоте 1 кГц (в некоторых странах вместо частоты 1 кГц используют частоту, близкую к максимальной чувствительности человеческого уха, равную 800 Гц, иногда проводят измерения на частоте 1592 Гц, что соответствует со = 104);
) на частоте 1 МГц;
) на частоте 500 МГц;
) на частоте 3 109 Гц (3 ГГц).
На промышленной частоте проводят испытания материалов, которые используют для электрической изоляции в силовых цепях. На частоте 1 кГц проводят испытания материалов, которые применяют для электрической изоляции на звуковых частотах в радиотехнике, технике связи, электронике. Обычно это материалы, используемые как изоляторы в конденсаторах, поэтому чаще всего при 1 кГц испытывают полимерные пленки, а при 50 Гц - как блочные образцы толщиной 1 - 5 мм, так и пленки толщиной 100 - 20 мкм, используемые для пазовой и межслоевой изоляции и т. п.
На частоте 1 МГц испытывают блочные и пленочные образцы материалов, предназначенных для применения в радиоаппаратуре, средствах связи. На частоте 500 МГц испытывают полимеры, предназначенные для работы в высокочастотной аппаратуре, например политетрафторэтилен. На частоте 3 ГГц испытывают полимерные материалы, используемые для работы в СВЧ-аппаратуре.
4.1 Мост VKB
Мост переменного тока VKB (рис. 1) имеет следующие технические характеристики:
диапазон рабочих частот - от 50 Гц до 300 кГц;
пределы измерения tg? - от 5?10-4 до 3,5?10-1;
пределы измерения Сх - от 10 пФ до 1 мкФ;
погрешность измерения tg? - 5 % ;
погрешность измерения Сх - 2 % ;
диаметр защищенного электрода - 80,3 мм;
расстояние между электродами - от 0 до 7,5 мм.
Принцип действия моста основан на балансировке мостовой схемы с помощью переменного конденсатора Сх и переменного сопротивления Rх по нулевому индикатору. При равновесии моста
tg? = Rx ? ? ? Cx .
Практическая формула для расчета угла диэлектрических потерь имеет вид
tg? = A ? B ? f [кГц],
где А и В - показания на шкалах прибора.
Диэлектрическую проницаемость определяют прямым измерением емкости Cх плоского образца и рассчитывают по формуле:
где d - толщина образца.
4.2 Резонансные диэлькометры
.2.1 Коаксиальные резонаторы
В 70-х годах в были разработаны и изготовлены четвертьволновые коаксиальные резонаторы КР-300, КР-500 и КР-1000 (300; 500 и 1000 МГц соответственно), с помощью которых проводились исследования температурно-частотных зависимостей широкого класса ЭИМ. Основными недостатками этих резонаторов были их громоздкость (вес - до 10 кг) и отсутствие визуального наблюдения за симметричным расположением исследуемого образца на поверхности внутреннего электрода внутри резонатора, так как малейший толчок резонатора приводил к смещению образца или к его падению во внутреннюю полость резонатора и повторению сложной процедуры измерения.
В начале 80-х годов разработан ряд автоматизированных измерителей диэлектрических параметров твердых (объемных и пленочных) материалов: Ш