2-ma’ruza. Dielektriklarda energiya isrofi. Reja

a) chiziqli, isrofga b) nochiziqli, isrofga
bog’liq emas bog’liq


3) Izolyasion dielektrik isrof gaz ko’rinishidagi dielektriklar uchun taalluqli. Kuchlanish isrofi bir jinsli bo’lmagan elektr maydonida kuchlanganlik paytida gazning ionlanish davrining boshlanishida kuzatiladi. Kuchlanish isrofi quyidagicha topiladi.
Rau=A1^. f(U-Uu)³
A1- doimiy koeffisiyent;
F - maydon chastotasi, (Gs);
U - berilayotgan kuchlanish, (V);
Uu - ionlanish boshlanishidagi kuchlanish, (V).
Agar U>Uu bo’lsa tgδ maydon kuchlanganligiga chizikli bog’liq.
4) Bir jinsli bo’lmagan strukturada kechadigan dielektrik isrof asosan qatlamli dielektriklarda, shimdirilgan qog’oz va gazlamalarda, to’ldiruvchili plastmassalarda, mikanitli g’ovakli keramikada, mikaleksda kuzatiladi. Dielektriklarning strukturalari turlicha bo’lganligi uchun, tarkibidagi komponentlar turli xususiyatlarga ega bo’lganligi uchun ulardagi dielektrik isrofni hisoblashning umumiy ifodasi yo’q.


Gazlardagi dielektrik isrof.
Gazlarning dielektrik isrofi maydon kuchlanganligining, qaysiki gaz molekulalarining zarbiy ionlashishning rivojlanishi uchun yetarli bo’lishi kerak bo’lgan kichik qiymatlarida kuzatilib, juda kichik bo’ladi. Shuning uchun gazlarni amaliy qarashlarda ideal dielektrik deb yuritish mumkin.
Gazlardagi isrof faqat dipolli molekulalarni oriyentasiyasidagi elektr o’tkazishi asos bo’lib, qaysiki, gazlarning qutblanishida dielektrik isrof kuzatilmaydi. Barcha gazlarning dielektrik elektr o’tkazishi kichik bo’lganligi, dielektrik isrof burchagining ham mos xolda kichik (ayniqsa yuqori chastotalarda) bo’lishi bilan ajralib turadi. tgδ ning qiymati avvalgi ifodalar yordamida topiladi.
Gazlarning solishtirma xajmiy qarshiligi – f=50 Gs, ε_r≈1 bo’lganda 10¹⁶ ÷ 4·10^-8 Ω·m oralig’ida bo’ladi.
Bir jinsli bo’lmagan maydonning yuqori chastotalarida, qaysiki aloxida bo’lakchalarda kuchlanganlikning qandaydir kritik qiymatlarida molekulalarning ionlashishi natijasida ionizasiyali isrof yuz beradi. Oldingi mavzuda aytilganidek, ya’ni yuqorichastotada dielektrikning ichki gazli ulanishida ionizasiya natijasida isrof kuzatilishini esga olsak, tgδ ning ortishi kuchlanishning o’sishiga mos keladi. Gazli ulanishda U_i kuchlanishning ortishida tgδ ham ortadi (2.2-rasm). U₁ kuchlanishda gaz tubdan ionlanadi, tgδ ham sezilarli ortadi. Kuchlanishdan yuqori qiymatlarda gazning teshilishi sodir bo’ladi. tgδ =f(U) bog’lanish odatda ionlanish egri chizig’i deb yuritiladi.
Havoning ionlanishi azot oksidlari va ozonning xosil bo’lishi natijasida, organik izolyasiyani kimyoviy parchalanish yuzaga keladi.
Yuqori kuchlanishli havo liniyalaridagi o’tkazgichlarning sirtida havoning oinlanishi (tojning xosil bo’lishi) oqibatida FIK kamayadi.
2.2-rasm. Xavoli ulanishlardagi izolyasiya uchun tgδ ning kuchlanishga bog’liqligi.


Suyuq dielektriklardagi dielektrik isrof.
Qutblanmagan dielektrikning tarkibida dipolli molekulali aralashma bo’lmasa, isrof faqat elektr o’tkazishda yuzaga keladi. Toza qutblanmagan suyuqliklarning solishtirma qarshiligi, shuningdek dielektrik isrofi ham juda kichik bo’ladi. Misol tariqasida aralashmadan tozalangan kondensator moyi, tgδ qiymati kichik bo’lib, formula asosida topiladi.
Qutblangan suyuqliklarda kuzatiladigan isrof sharoitga (harorat, chastota) bog’liq bo’lib, dipolli relaksasion qutblanishdagi elektr o’tkazishi evaziga sezilarli kattalikka erishadi.
Texnikada qo’llaniladigan ayrim suyuqliklar qutbli va qutblanmagan jismlarning (masalan, moy- kanifolli kompaundlar) aralashishidan iborat bo’ladi.
Suyuq qutblangan molekulali dielektriklardagi dielektrik isrof uning qovushqoqligiga sezilarli bog’liqdir. Bunday dielektriklarning solishtirma o’tkazuvchanligi xona xarorati sharoitida 10^-10-10^-11 Sm/m ga teng. O’zgaruvchan kuchlanishdagi qutblangan qovushqoq suyuq dielektriklarning dielektrik isrofi ularning elektr o’tkazishida katta ulishini tavsiflaydi. Bunday isrof dipolli-relaksasion isrof deb yuritiladi.
Elektr maydoni o’zgarishida kuzatilayotgan dipolli molekulalar qovushqoqlik muhitida burilib, elektr energiyasini issiqlikka aylanishidagi isrofni yuzaga keltiradi. Agar suyuqlik qovushqoqligi o’ta yuqori bo’lsa, u xolda dipollning xarakati elektr maydonining o’zgarishidan ortda qolib, relaksasion qutblanish amalda yo’qolib, isrof oz bo’ladi. Qovushqoqlik kichik bo’lganda esa dipolli molekulalarning xarakati ham sustlashib, isrofning kamayishi kuzatiladi. O’rtacha qovushqoqlikda dipolli molekulalardagi isrof qovushqoqlikning ayrim qiymatlarida maksimumga erishadi. Moy-kanifolli kompaundni tgδ ning haroratga bog’liqligini (2.3-rasm) chastotaning ikki xil qiymati uchun katta masshtabda kuzatish mumkin.

2.3-rasm. 2.4-rasm.
2.3-rasm. Moy-kanifolli kompaundning turlicha chastotalarda tgδ ning haroratga bog’liqligi.
2.4-rasm. Dipolli suyuqliklar uchun taralayotgan quvvat va tgδ ning chastotaga bog’liqligi.

Chastotaning yuqori qiymatlarida maksimum tgδ yuqori haroratli maydonlarda aralashadi: katta chastota maksimum isrof burchagini olishi uchun relaksasiya vaqtini kichik bo’lishini talab qiladi, relaksasiya vaqti kichik bo’lishiga esa qovushqoqlikni kamayishi ya’ni haroratni yuqori bo’lishi zarur.

tgδ ning kichik qiymatga erishishi uchun (2.4- rasm) qovushqoqlik juda kichik bo’lgan muxitning haroratiga mos xolatda kuzatilib, bunda dipollar amalda yo’qotishlarsiz xarakatlanadi. Bu xollarda isrof juda kam bo’ladi. Kelgusidagi tgδ ning haroratning ortishidagi o’sishi uning yuqori haroratdagi dielektrik isrof mexanizmidagi elektr o’tkazishini ortishi bilan izoxlanadi.
Suyuq dielektriklarda kuzatiladigan dipolli-relaksasion qutblanishdagi R_o quvvatning tarqalishi chastotaga mos keluvchi maydon o’zgarishiga mos xolda qutblanish ustma – ust tushishga ulgiradi. Qachonki chastota shunchalik ortib ketganda qutblanishdagi dipollarning yo’nalishi maydon o’zgarishi bilan ustma-ust tushmay ortda qola boshlaganda, tgδ pasayadi, R_o isrofi esa yuqoridagi ifodaga mos xolda o’zgarmas bo’lib qoladi. Shuning uchun R_o dielektrik isrofning chastotaga bog’liqligi tgδ ning chastotaga bog’liqligi bilan tegishli tomonlari yo’q.
Kichik qovushqoqli suyuq dielektriklar past chastotalarda dipolli-relaksasion qutblanishdagi isrof o’tishdagi elektr o’tkazishida aytarli katta bo’lmaydi. Quyida chastotasi 50 Gs bo’lganda qutblangan va qutblanmagan suyuqliklarning va qiymatlari keltirilgan:

Transformator moyi
Sovol
Ko’rinib turibdiki qutblanmagan suyuqlik masalan transformator moyining dielektrik isrof burchagi qutbli suyuqlik sovolga nisbatan ancha kichik.