1 / 75

DIELEKTRYKI

DIELEKTRYKI. Wykład 2 18.1 1 .2010. Tadeusz Hilczer. 1. dielektryk. miernik prądu. Zasada pomiaru przenikalności elektrycznej. I-sza możliwość:. - kondensator jest stale włączony do obwodu pomiarowego. 1. pomiar C 1 = C 0. 2. pomiar C 2 = e C 0. wynik e = C 2 / C 1.

jada
Download Presentation

DIELEKTRYKI

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. DIELEKTRYKI Wykład 2 18.11.2010 Tadeusz Hilczer Tadeusz Hilczer 1

  2. dielektryk miernik prądu Zasada pomiaru przenikalności elektrycznej I-sza możliwość: - kondensator jest stale włączony do obwodu pomiarowego 1. pomiar C1=C0 2. pomiar C2=eC0 wynik e=C2/C1 Tadeusz Hilczer

  3. Zasada pomiaru przenikalności elektrycznej II-sza możliwość: - kondensator jest włączany do obwodu pomiarowego na czas pomiaru 1. pomiar C1=C0+Cd Tadeusz Hilczer

  4. 1. pomiar C1=C0+Cd Zasada pomiaru przenikalności elektrycznej II-sza możliwość: - kondensator jest włączany do obwodu pomiarowego na czas pomiaru 2. pomiar C2=eC0+Cd dielektryk wynik e -1=(C2-C1)/C0 e -1 =  - podatność elektryczna Tadeusz Hilczer

  5. Wyznaczanie stałej materiałowej x x = f(a,b,c,d,...) stan skupienia parametry: temperatura ciśnienie pola zewnętrzne jeszcze coś jeszcze coś Tadeusz Hilczer

  6. Wyznaczanie stałej materiałowej x - pomiar temperaturowy x = f(T) stan skupienia = const parametry: temperatura zmienna ciśnienie = const pola zewnętrzne = const jeszcze coś = const jeszcze coś = const Tadeusz Hilczer

  7. Wyznaczanie stałej materiałowej x - pomiar ciśnieniowy x = f(p) stan skupienia = const parametry: temperatura = const ciśnienie zmienne pola zewnętrzne = const jeszcze coś = const jeszcze coś = const Tadeusz Hilczer

  8. Wyznaczanie stałej materiałowej x - pomiar temperaturowy i ciśnieniowy x = f(T,p) stan skupienia = const parametry: temperatura zmienna ciśnienie zmienne pola zewnętrzne = const jeszcze coś = const jeszcze coś = const Tadeusz Hilczer

  9. Pomiar przenikalności elektrycznej w warunkach ustalonych - komórka pomiarowa - bez dielektryka T = const Vkom= V0 p = const V = const Cpom= C0 Tadeusz Hilczer

  10. Pomiar przenikalności elektrycznej w warunkach ustalonych - komórka pomiarowa - z dielektrykiem idealnym T = const Vkom= V0 p = const V = const Cpom= e(T0)C0 Tadeusz Hilczer

  11. Temperaturowy pomiar pojemności elektrycznej - komórka pomiarowa - z dielektrykiem idealnym T = rośnie Vkom= V0+DV(p,T) p = rośnie V = const Cpom= e(T0,p)C0(T) Tadeusz Hilczer

  12. Temperaturowy pomiar pojemności elektrycznej - komórka pomiarowa - z dielektrykiem idealnym T = rośnie Vkom= V0+DV(T) p = const V = rośnie Cpom= e(T0)C0(T) Tadeusz Hilczer

  13. Temperaturowy pomiar pojemności elektrycznej czujnik temperatury Ttermostatu T1 T2 DT = T2-T1 0 temperatura Te = (1/2)(T1 + T2) Tadeusz Hilczer

  14. Temperaturowy pomiar pojemności elektrycznej DV = 0 DT = 0 temperatura Te Tadeusz Hilczer

  15. Temperaturowy pomiar pojemności elektrycznej DV = 0 DV = 0 DT = 0 DT = 0 temperatura Te= Ttermostatu Tadeusz Hilczer

  16. Pomiar pojemności elektrycznej - metoda podstawienia kondensator wzorcowy układ pomiarowy C(e) Tadeusz Hilczer

  17. Pomiar pojemności elektrycznej - metoda podstawienia kondensator wzorcowy układ pomiarowy C(e) Tadeusz Hilczer

  18. Pomiar pojemności elektrycznej wskaźnik równowagi - metoda mostkowa kondensator wzorcowy C(e)  Tadeusz Hilczer

  19. Dielektryk w polu przemiennym Zależność polaryzacji dielektryka od częstości Tadeusz Hilczer

  20. Dielektryk w polu przemiennym Zależność polaryzacji dielektryka od częstości Tadeusz Hilczer

  21. Dielektryk w polu przemiennym Zależność polaryzacji dielektryka od częstości Tadeusz Hilczer

  22. Dielektryk w polu przemiennym Zależność polaryzacji dielektryka od częstości Tadeusz Hilczer

  23. Dielektryk w polu przemiennym - przenikalność elektryczna dielektryka w przemiennym polu elektrycznym (dielektryk o jednym rodzaju trwałych dipoli molekularnych) e- przenikalność elektryczna przy wysokich częstościach b(t) - współczynnik zaniku, określający opóźnienie zmian polaryzacji względem zmian pola elektrycznego - Debye (1912) zaproponował wykładniczą formę współczynnika zaniku t – czas relaksacji Tadeusz Hilczer

  24. Polaryzacja deformacyjna • polaryzacja deformacyjna (atomowej, jonowej, elektronowej)  model oscylatora harmonicznego, • przesunięcie przez pole elektryczne ładunkówprzeciwnych znaków, związanych ze sobą sprężyście, wywołuje polaryzację ośrodka, • po usunięciu pola ładunki wracają do położeń równowagi wykonując drgania, które zanikają z szybkością określoną tłumieniem (lepkością ośrodka) • gdy polaryzację deformacyjną wywołuje pole przemienne układ złożony z oscylatorów może przy pewnej charakterystycznej częstości w0absorbować energię • zjawisko analogiczne do absorpcji rezonansowej w obwodzie elektrycznym zawierającym opór omowy, pojemność oraz indukcyjność Tadeusz Hilczer

  25. Polaryzacja deformacyjna • drganie oscylatora o masie m wychylonego z położenia równowagi o r: b - współczynnik tłumienia w0 - częstość drgań oscylatora nietłumionego (k=0) - tłumienie powoduje rozszerzenie linii rezonansowej  szerokość połówkowaDw Tadeusz Hilczer

  26. A 1.0 0.5 0 w Polaryzacja deformacyjna Dw b b w0 Tadeusz Hilczer

  27. P 0 t Polaryzacja orientacyjna Po P/n t Pd t0 Tadeusz Hilczer

  28. w / w 0 Dyspersja i absorpcja e” e’-1 Tadeusz Hilczer

  29. Równania dyspersyjne Debye’a - polaryzacja dipolowa Pd jest wielkością zespoloną  przesunięta w fazie w stosunku do pola E - całkowita polaryzacja P jest też wielkością zespoloną: Tadeusz Hilczer

  30. Równania dyspersyjne Debye’a - równanie dyspersyjne Debye’a określa zależność zespolonej przenikalności elektrycznej* od częstości - tangens kąta strat: Tadeusz Hilczer

  31. log(wt) Równania dyspersyjne Debye’a - dyspersja e’(w) e - absorpcja e”(w) Tadeusz Hilczer

  32. Znormalizowane równania dyspersyjne Debye’a - równania dyspersyjne Debye’a można zapisać w postaciach umożliwiających wyznaczenie różnych charakterystyk eksperymentalnych - wygodną skalą dla częstości jest skala logarytmiczna -wprowadzamy zmienną: - znormalizowane równania dyspersyjne: Tadeusz Hilczer

  33. Przewodnictwo właściwe - przewodnictwo właściwe: - znormalizowane przewodnictwo właściwe: - krzywa przewodnictwa jest zwierciadlanym odbiciem krzywej dyspersji Tadeusz Hilczer

  34. Znormalizowane równania dyspersyjne Debye’a przewodnictwo Tadeusz Hilczer

  35. Znormalizowane równania dyspersyjne Debye’a dyspersja przewodnictwo - duże wartości G powyżej obszaru relaksacji pochodzą od niezależnych oscylacji ładunków przeciwnych znaków (dla małych częstości E ładunki te są sprzężone i tworzą dipole molekularne) Tadeusz Hilczer

  36. Znormalizowane równania dyspersyjne Debye’a dyspersja przewodnictwo absorpcja Tadeusz Hilczer

  37. gdy dielektryk z dipolami molekularnymi znajduje się w zmiennym polu elektrycznym: • 0 (pole statyczne)  •   (pole wysokiej częstości)  Spektroskopia dielektryczna - można wyróżnić 2 stany równowagi: - szybkość zmian polaryzacji dipolowej: Tadeusz Hilczer

  38. Spektroskopia dielektryczna - zależności liniowe pomiędzye’ i e” - z równań dyspersyjnych Debye’a: liniowe związki pomiędzy’ i ”: • Umożliwiają one wyznaczenie • makroskopowego czasu relaksacjiD • oraz wartości orazs Tadeusz Hilczer

  39. współrzędne środka: • promień: Półokrąg Cole-Cole K.S. Cole i R.H. Cole pokazali, że eliminującz równań dyspersyjnych Debye’a: otrzymuje się równanie okręgu: Tadeusz Hilczer

  40. - sens fizyczny ma tylko połowa okręgu Półokrąg Cole-Cole e” e ese’ - gdy wyniki doświadczalne leżą na półokręgu  relaksację dielektryczną opisuje prosty model Debye’a(identyczne dipole w identycznym otoczeniu  jeden czas relaksacji D) - półokrąg Debye’a umożliwia ekstrapolację do wartości  i snawet dla małej liczby punktów doświadczalnych Tadeusz Hilczer

  41. Odstępstwa od modelu Debye’a • W realnych dielektrykach obserwuje się często odstępstwa od prostego modelu Debye’a z pojedynczym czasem relaksacjiD. Tadeusz Hilczer

  42. Odstępstwa od modelu Debye’a • poszerzenie zakresu częstości, w którym występuje dyspersja ’() • zmniejszenieabsorpcji dielektrycznej ”max() Tadeusz Hilczer

  43. Odstępstwa od modelu Debye’a • poszerzenie zakresu częstości, w którym występuje dyspersja ’() • zmniejszenieabsorpcji dielektrycznej ”max() Tadeusz Hilczer

  44. Odstępstwa od modelu Debye’a • poszerzenie zakresu częstości, w którym występuje dyspersja ’() • zmniejszenieabsorpcji dielektrycznej ”max() Tadeusz Hilczer

  45. Odstępstwa od modelu Debye’a • poszerzenie zakresu częstości, w którym występuje dyspersja ’() • zmniejszenieabsorpcji dielektrycznej ”max() wg równań Debye’a Tadeusz Hilczer

  46. Funkcja relaksacji F(t) jest w tym przypadku określona jako: Odstępstwa od modelu Debye’a Odstępstwa od modelu Debye’a przejawiają się jako pojawienie się zamiast pojedynczego czasu relaksacji Drozkładu czasów relaksacji f() • Rozkład czasów relaksacji związany jest z: • różnicami budowy molekularnych dipoli • różnicami otoczenia identycznych dipoli molekularnych Tadeusz Hilczer

  47. Równanie Cole-Cole K.S. Cole i R.H Cole zaproponowali do opisu dyspersji dielektryków złożonych zamiast dyspersyjnego równania Debye’a: równanie empiryczne: • - empiryczny parametr (0<1) dla=0 równanie Cole’a-Cole’a  równanie Debye’a Tadeusz Hilczer

  48. Równanie Cole-Cole - wykresem równania Cole’a – Cole’a jest łuk półokręgu o środku położonym poniżej osi’ Tadeusz Hilczer

  49. Równanie Davidsona-Cole - łuk Cole’a–Cole’a  symetryczny względem prostej równoległej do osi ” - punkty doświadczalne  często na łuku asymetrycznym - równanie empiryczneDavidsona – Cole’a: b – empiryczny parametr (0< b  1) - dla b =1 równanie Davindsona - Cole’a  równanie Debye’a Tadeusz Hilczer

  50. Wykres Davidsona-Cole e” b = 1 0,8 0,6 0,4 0,2 e e’ es Tadeusz Hilczer

More Related