ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ, часть энергии переменного электрич. поля в диэлектрич. среде, к-рая переходит в тепло. При изменении значения и направления напряжённости Е электрич. поля диэлектрич. поляризация также меняет величину и направление (см. Диэлектрики); за время одного периода переменного поля поляризация дважды устанавливается и дважды исчезает. Если диэлектрик построен из молекул, к-рые представляют собой диполи (полярные молеку-л ы) или содержит слабо связанные ионы, то ориентация таких частиц или смещение в электрич. поле (ориентационная поляризация) требуют определённого времени (время релаксации). В результате максимум поляризации не совпадает во времени с максимумом напряжённости поля, т. е. имеется сдвиг фаз между напряжённостью поля и поляризацией. Благодаря этому имеется также сдвиг фаз между напряжённостью электрического поля Е и электрич. индукцией D, к-рый и обусловливает потери энергии W_e. Переходя к векторному изображению величин, можно сказать, что вектор электрич. индукции отстаёт‘ от вектора электрич. поля на нек-рый угол 6, к-рый носит назв. угла диэлектрических потерь. Когда молекулы или ионы ориентируются полем, они испытывают соударения с др. частицами, при этом рассеивается энергия. Если время релаксации г во много раз больше, чем период Т изменения приложенного поля, то поляризация почти не успевает развиться и Д. п. очень малы. При малых частотах, когда время релаксации т значительно меньше периода Т, поляризация следует за полем и Д. п. также малы, т. к. мало число переориентации в единицу времени. Д. п. имеют макс. значение, когда выполняется равенство w = ^l/t, где w - круговая

Описанный механизм релаксац. Д. п. имеет место в твёрдых и жидких диэлектриках, содержащих полярные молекулы или слабо связанные ионы. Величина релаксационных Д. п. в жидкости зависит от её вязкости, от темп-ры и от частоты приложенного поля. Для невязких жидкостей (вода, спирт) эти потери проявляются в сантиметровом диапазоне длин волн. В полимерах, содержащих полярные группы, возможна ориентация как отдельных полярных радикалов, так и более или менее длинных цепочек молекул.

В диэлектриках с ионной и электронной поляризацией вещество можно рассматривать как совокупность осцилляторов, к-рые в переменном электрич. поле испытывают вынужденные колебания, сопровождающиеся рассеянием энергии (рис. 1). Однако если частота электрич. поля гораздо больше или меньше собственной частоты осцилляторов, то рассеяние

Рис. 1. Модель диэлектрика, состоящего из осцилляторов - упруго связанных электрических зарядов.

энергии и, следовательно, Д. п. незначительны. При частотах, сравнимых с собственной частотой осцилляторов, рассеяние энергии и Д. п. W_e велики и имеют максимум при равенстве этих частот со = w₀ (рис. 2). При электронной поляризации максимум потерь соответствует оптич. диапазону частот. В диэлектриках, построенных из ионов (напр., щёлочно-га-лоидные кристаллы), поляризация обусловлена упругим смещением ионов и максимум потерь имеет место в инфракрасном диапазоне частот (10¹²-10¹³ гц).

Рис. 2. Зависимость We^(w) для диэлектрика, состоящего из одинаковых осцилляторов, изображённых на рис. 1.

Т. к. реальные диэлектрики обладают нек-рой электропроводностью, то имеются потери энергии, связанные с протеканием в них электрич. тока (джоулевы потери), величина к-рых не зависит от частоты.

Величина Д. п. в диэлектрике, находящемся между обкладками конденсатора, определяется соотношением:

где U - напряжение на обкладках конденсатора, С - ёмкость конденсатора, tgS - тангенс угла диэлектрических потерь. Д. п. в 1 см³ диэлектрика в однородном поле Е равны:

где Е - диэлектрическая проницаемость.

Произведение Е tg б наз. коэфф. Д. п. Уменьшение величины Д. п. имеет большое значение в производстве конденсаторов и электроизоляционной технике. Большие Д. п. используются для диэлектрического нагрева в электрич. поле высокой частоты.

Лит.: Сканави Г. И., Физика диэлектриков (Область слабых полей), М. -Л., 1949; Браун В., Диэлектрики, пер. с англ., М., 1961; Хиппель А. Р., Диэлектрики и их применение, пер. с англ., М., 1959; физический энциклопедический словарь, т. 1, М., 1960, с. 643. Е. А. Конорова.