 |
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОСТОЯННОЙ И
ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ПРОНИЦАЕМОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ
МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ КОНДЕНСАТОРНОЙ
ТЕСТОВОЙ ЯЧЕЙКИ
Цель работы: определить величину электрической постоянной и относительной диэлектрической проницаемости электротехнических материалов (текстолит, гетинакс, тефлон) различных марок.
Теория метода
В изотропных однородных средах векторы электрической индукции 
и напряженности 
электрического поля связаны соотношением 
( 
Ф/м - электрическая постоянная, 
- относительная диэлектрическая проницаемость среды, зависящая от природы материала).
Из условия сшивания вектора электрической индукции на границе раздела различных сред следует, что нормальная составляющая напряженности электрического поля меньше в диэлектрике, у которого относительная диэлектрическая проницаемость больше, при этом 
.
На рисунке 1 схематично представлено распределение нормальных составляющих напряженности электрического поля в диэлектрике из трех плоскопараллельных слоев материалов с диэлектрическими проницаемостями 
.
Поскольку электроемкость плоского конденсатора зависит от природы диэлектрика, заполняющего зазор между обкладками, из измерений емкости можно определить электрические характеристики диэлектрика. Для трехслойного диэлектрика с толщиной слоев: 
падение напряжения на конденсаторе
,
а поверхностная плотность заряда на обкладках площади 
.
Определяя электроемкость, как 
и используя формулу 
, емкость для системы с трехслойным диэлектриком примет вид:
,
где 
, 
, 
.
Пусть, для определенности, первый и третий слои представляют собой воздушные зазоры, для которых 
. Второй слой характеризуется неизвестной 
, и известной толщиной 
(площадь обкладок конденсатора известна). Тогда если известна полная емкость конденсатора 
:
,
а величина неизвестной диэлектрической проницаемости
.
Сумма толщины воздушных зазоров 
не зависит от размещения второго слоя. Поэтому в эксперименте его можно размещать произвольным образом, но параллельно к металлическим обкладкам.