Рецензент: ведущий инженер по стандартам систем Управления главного энергетика Р. В. Лазарев

Рис. 1.1 Векторная диаграмма токов, существующих в диэлектрике

Чем больше рассеянная в диэлектрике мощность, переходящая в теплоту, тем меньше угол сдвига фаз φ и тем больше угол потерь δ. Значение рассеянной мощности может быть выражено формулой

P=U I cosφ=U² ω C tgδ (1.2)
где U - напряжение, прикладываемое к диэлектрику.
Таким образом, при заданных значениях U, ω и C потери в диэлектрике характеризуются значением tgδ. Для различных диэлектриков значения tgδ колеблются в пределах от 10^-4 до 0.3. [3]
В случае потерь основной электропроводности:
tg δ = σ _уд/ _о ω (1.3)
где _уд - удельная электропроводность,  - частота изменения внешнего электрического поля.
Измерения C и tg(δ) производятся с помощью универсального цифрового моста LCRE 7-8, рабочая частота которого f=1000Гц. В одно из плеч моста включен плоский конденсатор, между обкладками которого располагаются пленки исследуемых диэлектриков.
Площадь обкладок конденсатора известна (S = ab), где а= 16,44см, b=16,52см. Расстояние между обкладками равно толщине исследу­емого диэлектрика и равно d, которая измеряется каждый раз штангенциркулем (или микромет­ром). Это позволяет рассчитать емкость конденсатора C₀ без диэлектрика:
, (1.4)
где ₀ =8.85 • 10^-12 Ф/м – электрическая постоянная
Знание значения ёмкости (электрическая постоянная с диэлектриком), измеренной мостом C, позволяет определить ε (относительная диэлектрическая проницаемость). Так как
C= C₀ , то =C/C₀ (1.5)
Из соотношения (1.3), зная значения tgδ можно определить удельную проводимость диэлектрика.
Расчётные и измеренные данные занести в табл. 1.1.


Таблица 1.1

№ обр.	Наименование пленочного диэлектрика	Измерено						Вычислено
		d, м			tg δ		C, пФ	, уд/См/м			C0, пФ				(справочные данные)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.

1.3 Порядок выполнения лабораторной работы

1. 
   Ознакомиться с принципом работы цифрового моста LCRE 7-8.
   

2. 
   Рассчитать С₀ конденсатора мостом LCRE 7-8 без диэлектрика по формуле 1.4; результаты занести в таблицу 1.1
   

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. 
   Вставляя между обкладками конденсатора пленочный диэлектрик измерить С, результата занести в таблицу 1.1.
   

3. 
   Повторить опыт с различными пленочными диэлектриками.
   

5. 
   Рассчитать значения ε, по формуле 1.5, результаты занести в табл. 1.1.
   

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. 
   Рассчитать значения σ_уд, по формуле 1.3, учитывая разницу значений f (рабочей частоты прибора) и ω, результаты занести в табл 1.1.
   

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. 
   Сравнить _эксп, полученную экспериментально с табличными значениями _табл для данных материалов,
   

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. 
   Вывод (указать причину несовпадения _эксп и _спр)
   

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.4 Контрольные вопросы

1. 
   Что такое диполь и его дипольный момент?
   

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Что такое поляризация диэлектриков?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Какие виды поляризации возможны в реальных диэлектриках?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Какие виды поляризации проходят без затрат энергии внешнего электрического поля?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. 
   Какие виды поляризации происходят с затратой энергии внешнего
   

электрического поля?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. 
   Что такое тангенс угла диэлектрических потерь? Какие значения может принимать tgδ для реальных диэлектриков?
   

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. 
   Какие виды потерь энергии возможны в диэлектрике?
   

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. 
   Как с физической точки зрения объясняется потеря электрической энергии в диэлектрике?
   

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9.Что такое электрическая прочность диэлектрика? От чего она зависит?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. 
    Какие виды пробоя характерны в диэлектрических материалах?
    

Что необходимо предпринять для снижения возможности пробоя диэлектрика?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Лабораторная работа №2
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ УДЕЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКА

2.1 Цель работы

Установление опытным путем законов изменения электропроводности твердых тел при их нагревании и определение энергии активации полупроводника.

2.2 Теоретическое введение

Работа сводится к измерению электропроводности G образцов при различных температурах Т и анализу полученных данных.

Удельная электропроводность σ веществ определяется концентрацией носителей заряда n, их подвижностью μ.
Законы изменения σ под действием нагревания, освещения, электрических и других полей зависят от их влияния на n и μ. [1]

При возрастании температуры подвижность свободных носителей заряда μ уменьшается по степенному закону из-за рассеяния на тепловых колебаниях узлов кристаллической решетки
(2.1)
Зависимость подвижности носителей заряда от концентрации примеси обусловлена ионным рассеянием на тепловых колебаниях узлов кристаллической решётки
(2.2)