Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТАНГЕНСА УГЛА ПОТЕРЬ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы

     Ознакомиться с методами измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

     Экспериментально изучить температурную зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Теоретическая часть

2.1. Поляризация диэлектриков

Диэлектрики практически не содержат свободных зарядов, однако любое вещество состоит из электрически заряженных частиц, которые находятся в связанном состоянии. При помещении в электрическое поле они смещаются на небольшие расстояния, что, в свою очередь приводит к возникновению своего собственного электрического поля вещества, направленного против внешнего электрического поля. Таким образом, результирующее поле оказывается ослабленным. Величину, во сколько раз ослабляется электрическое поле в веществе по сравнению с полем в вакууме, называют диэлектрической проницаемостью материала. А процесс смещения связанных зарядов, приводящий к возникновению собственного поля вещества, называют поляризацией.

Рис. 3.1. Диэлектрик, помещенный в электрическое поле Ео

Рассмотрим диэлектрик, помещен-ный между обкладками конденсатора (рис.3.1). Заряды на обкладках создают электрическое поле Е_о. Под действием этого поля связанные заряды внутри диэлектрика смещаются и создают собственное поле Е₁, направленное против внешнего. Результирующее электрическое поле в диэлектрике Е_Д равно разности

 .          (1)

Тогда отношение

                          (2)

будет равно диэлектрической проницаемости среды e. Эта величина безразмерная и характеризует диэлектрические свойства материала.

Найдем емкость такого конденсатора с диэлектриком по формуле

,                                                      

Подставим напряженность поля, используя соотношения            U= d Е_Д, и (5), преобразуем

,

     где U_о – напряжение конденсатора без диэлектрика,

      С_о – емкость конденсатора без диэлектрика.

Или

.                                             (3)

Получаем таким образом, что емкость конденсатора с диэлектриком возрастает в e раз.

Количественно состояние поляризации характеризует вектор поляризации P, который равен суммарному электрическому дипольному моменту единицы объема вещества

,                                          (4)

где p_i – дипольные моменты частиц вещества, V – его объем.

В зависимости от природы смещающихся частиц и строения молекул материала поляризация подразделяется по механизму на:

1) электронную (ε = 1,5-2,5);

2) ионную (ε = 5-15);

3) дипольную (ε = 2-5);

4) спонтанную (ε = 10²-10⁵).