5.4 Контрольные вопросы

5.4.1. Что такое абсолютная и относительная влажности?

5.4.2. В чем они измеряются?

5.4.3. Каков принцип действия простого психрометра?

5.4.4. Зачем нужно знание влажности?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И

ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ПОЛИМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Цель работы: Определить диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь различных материалов.

Материалы: образцы в виде круга из различных обувных и текстильных материалов.

Оборудование: мост Р 589.

6.1 Краткая теория

По своим электрическим свойствам обувные и текстильные материалы являются в основном диэлектриками. Их поведение в электрическом поле зависит от химического и физического состояния полимеров, от условия их испытаний и эксплуатации, от температуры, влажности среды и т.п. К электрическим характеристикам полимеров среди прочих относятся диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери.

В отсутствие внешнего электрического поля неполярные молекулы не имеют дипольных моментов, а полярные молекулы имеют дипольные моменты

р = qr , (6.1)

где q - заряд всех ядер атомов в молекуле;

r – вектор, проведенный из центра тяжести электронов в молекуле в центр тяжести положительных зарядов атомных ядер.

Дипольные моменты полярных молекул распределены в пространстве хаотически. Поэтому суммарный электрический момент диэлектрика равен нулю.

Под действием внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектрика. Это означает, что результирующий момент диэлектрика становится отличным от нуля. Количественной мерой поляризации вещества является вектор поляризации.

, (6.2)

где V - объем,

- дипольный момент молекул, заключенных в объеме V.

У большинства диэлектриков в случае слабых полей вектор поляризации Р связан с напряженностью поля Е соотношением

(6.3)

где х - диэлектрическая восприимчивость,

- электрическая постоянная,

Е – напряженность электрического поля.

Электрическое поле в диэлектрике характеризуют с помощью вектора электрической индукции (смещения)

, (6.4)

где - диэлектрическая проницаемость среды. Она показывает во сколько раз электрическая индукция в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Если снять электрическое поле, приложенное к полимерному диэлектрику, то вследствие теплового движения через некоторое время поляризация диэлектрика исчезнет, и он вернется в прежнее равновесное состояние. Такой процесс перехода к равновесию называется диэлектрической релаксацией и характеризуется временем релаксации . Если к полимеру приложить переменное электрическое поле, то его диэлектрические свойства будут зависеть от соотношения между частотой приложенного электрического поля и временем релаксации .

При этом вектор электрического смещения будет отставать по фазе от напряженности электрического поля на величину . Диэлектрическая проницаемость оказывается поэтому комплексной величиной

, (6.5)

где действительная часть называется относительной диэлектрической проницаемостью и определяется процессом поляризации диэлектрика, мнимая часть называется фактором диэлектрических потерь. Диэлектрические потери представляют собой ту часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты.

Диэлектрические потери характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь

. (6.6)

Численно величина tgб равна доле запасенной в диэлектрике энергии, необратимо рассеиваемой в виде тепловых и других потерь за один период колебаний электрического поля.

Диэлектрические потери полимерных диэлектриков зависят от степени увлажнения, наличия примесей и воздушных пузырьков в полимере. Для электроизоляции используют материал с меньшим tg , у которого диэлектрические потери ниже.

Многие полимерные материалы, применяемые для производства изделий из кожи и швейных изделий, способны разогреваться под действием электрических токов высокой частоты (ТBЧ). В таблице 6.1 приведены значения диэлектрической проницаемости и tg для оценки возможностей обработки указанных материалов.

Т а б л и ц а 6.1 - Значения ε и tg некоторых материалов

Материал	Интервал температур для обработки, 0 С	ε	tg	Возможности обработки
Поливинилхлорид мягкий	Комнатная - 180		0,08 - 0,3	Исключительно хорошие
Полиуретановые термоэластопласты	Комнатная - 210		0,004 - 0,08	От удовлетворительных до хороших
Кожа хромового дубления при влажности 30%	-	3 - 5	0,08 -¦ 0,2	Очень хорошо разогревается, не обрабатывается
Полиэтилен	25 - 200	3 - 5	0,0002 - 0,002	Не разогревается

Из таблицы 6.1 видно, что хорошо разогревается в поле ТВЧ полимерные термопласты, которые способны переходить в вязкое состояние и, следовательно, хорошо свариваться.