Диэлектрические потери

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ, часть энергии переменного электрического поля, которая преобразуется в теплоту в диэлектрике. Все движения частиц в веществе связаны с диссипацией части энергии, сообщённой частицам электрическим полем. В конечном счете, эта часть энергии превращается в теплоту. Диэлектрические потери зависят от частоты  ω  переменного электрического поля.

Если основную роль в поляризации диэлектрика играют малые смещения электронов и ионов, то диэлектрик можно рассматривать как  совокупность  гармонических осцилляторов, испытывающих в переменном поле вынужденные колебания. Потери энергии при таких колебаниях максимальны, если ω близка к частоте собственных колебаний осциллятора (резонанс). При выходе частоты из области резонанса амплитуда колебаний и скорости частиц быстро уменьшаются и диэлектрические потери становятся небольшими. При электронном механизме поляризации максимум потерь приходится на оптические частоты (порядка 10¹⁵ Гц), поэтому для электротехнических и радиотехнических частот диэлектрические потери ничтожны. При поляризации, обусловленной смещением ионов, максимум диэлектрических потерь расположен в ИК-диапазоне (10¹²-10¹³ Гц). Ещё меньшие частоты соответствуют максимуму диэлектрических потерь при ориентационной поляризации. Если период колебаний внешнего поля меньше времени, необходимого для выстраивания дипольных моментов вдоль поля, поляризация почти не успевает устанавливаться и диэлектрические потери малы. При низких частотах поляризация успевает следовать за полем, т. е. смещения частиц велики, но из-за больших величин времени смещений диэлектрические потери также малы. Максимум диэлектрических потерь имеет место при наложении переменного поля, период Т которого примерно равен времени установления ориентации молекул (времени релаксации). Для воды, поляризация которой в основном ориентационная, Т порядка 10^-10 с.

Количественной характеристикой диэлектрических потерь является величина тангенса угла диэлектрических потерь tgδ (угол δ - разность фаз между векторами поляризации Р и напряжённости  Е  электрического поля).

Реальные диэлектрики обладают конечной электрической проводимостью ς, с наличием которой также связана часть диэлектрических потерь. При низких частотах джоулевы потери, связанные с проводимостью, могут оказаться существенными, так как их величина не равна нулю при ω → 0. Если диэлектрические потери обусловлены только проводимостью, то tgδ = 4πς/ω (в системе СГСЭ).

Лит. смотри при ст. Диэлектрики.

 А. П. Леванюк, Д. Г. Санников.