aislantes y dielectricos
Páginas: 9 (2209 palabras)
Publicado: 20 de septiembre de 2014
GUIA PRÁCTICA SOBRE MATERIALES AISLANTES Y DIELECTRICOS
1) Calcular la pérdida de energía en una lámina de policarbonato, cuyas dimensiones son 10 x 25 x 0.1 mm, sabiendo que la resistividad eléctrica del policarbonato es de 3.8 1016 cm, su constante dieléctrica relativa es 3.09 y el factor de pérdidas D = 0.008, cuando trabaja a una tensión de 100 V y una frecuencia de 1 kHz. Considerar laconstante dieléctrica en vacío = 8.85 10-12 F/m.
La pérdida de energía vendrá dada por la expresión:
2) En un laboratorio se obtienen, para una frecuencia de trabajo de 1 MHz, utilizando una lámina de dieléctrico del tipo epoxi de dimensiones (50 x 50 x 1) mm, con un electrodo de 10 mm de diámetro, los siguientes datos: Resistencia en serie del polímero, Rs, 3.86 MW, capacidad enserie, Cs, 3.4045 pF, y, capacidad en paralelo, Cp, 3.404 pF. En la figura, aparece la respuesta del material a la perforación. Calcular:
a) La rigidez dieléctrica del material.
b) La resistencia al arco.
c) La constante dieléctrica del mismo.
d) El factor de disipación y factor de calidad.
a ) La rigidez dieléctrica, viene expresada según:
De la gráfica se verifica unadiferencia de potencial de 9.5x103 V
VR es la mayor diferencia de potencial que soporta el dieléctrico antes de su ruptura, d es el espesor del dieléctrico, ER es el máximo gradiente de potencial que resiste sin que se genere en su interior un flujo eléctrico
b) La resistencia al arco, se expresará como el tiempo hasta la perforación, que según el gráfico puede estimarse en 123 segundos.c) La constante dieléctrica se obtendrá mediante su relación con la capacidad en paralelo, de forma:
d) El factor de disipación se obtendrá a partir del circuito en equivalente y la expresión:
Las pérdidas de energía de un condensador, WR, en sucesivos ciclos de carga-descarga están relacionadas con el comportamiento al respecto del dieléctrico del condensador, Un indicadorde esas pérdidas nos la registra el factor de disipación D.
El factor de calidad es la inversa del factor de disipación, y por lo tanto:
Los dieléctricos de excelente calidad pueden ser aquellos con valores de Q > 1.000, aceptables los de Q > 100 y con ciertos inconvenientes los de Q < 100.
Ojo “Los factores que influyen en el valor de la rigidez dieléctrica de unmaterial Los valores más determinantes en la rigidez dieléctrica son el tipo de material dieléctrico que sea analizado, las impurezas que este presente, la presión atmosférica y humedad del ambiente así como la Temperatura de donde se quiera evaluar la rigidez del material, el tiempo y el tipo de señal que se le aplique al material.”
4) ¿Cual es el voltaje de ruptura de un condensador condieléctrico de vidrio con contante K= 7.5 si la separación de las placas es de 4 mm?. La rigidez dieléctrica promedio es 118 MV/m.
5) Un condensador de placas paralelas tiene un área total de 6,45 · 10-4 m2 y una separación entre placas de 2 mm a través de las cuales se aplica un potencial de 12 V. Si se interpone dentro de la región entre las placas un material con una constantedieléctrica r de 6.0, calcular:
a) La capacidad del condensador.
b) La magnitud de la carga almacenada en cada placa.
c) El desplazamiento dieléctrico D.
d) La polarización.
a) La capacidad la obtenemos mediante la expresión:
b) Puesto que hemos determinado la capacidad, la carga almacenada de calculará mediante la expresión:
c) El desplazamiento dieléctrico secalculará mediante la ecuación:
d) La polarización puede determinarse considerando la ecuación:
OJO”La polarización de un material dieléctrico tiene lugar por cuatro mecanismos diferentes: electrónico, iónico, molecular y de carga espacial; cada uno propio de un rango de frecuencias diferente y característico en cada material. Al aumentar la frecuencia van desapareciendo cada una...
1) Calcular la pérdida de energía en una lámina de policarbonato, cuyas dimensiones son 10 x 25 x 0.1 mm, sabiendo que la resistividad eléctrica del policarbonato es de 3.8 1016 cm, su constante dieléctrica relativa es 3.09 y el factor de pérdidas D = 0.008, cuando trabaja a una tensión de 100 V y una frecuencia de 1 kHz. Considerar laconstante dieléctrica en vacío = 8.85 10-12 F/m.
La pérdida de energía vendrá dada por la expresión:
2) En un laboratorio se obtienen, para una frecuencia de trabajo de 1 MHz, utilizando una lámina de dieléctrico del tipo epoxi de dimensiones (50 x 50 x 1) mm, con un electrodo de 10 mm de diámetro, los siguientes datos: Resistencia en serie del polímero, Rs, 3.86 MW, capacidad enserie, Cs, 3.4045 pF, y, capacidad en paralelo, Cp, 3.404 pF. En la figura, aparece la respuesta del material a la perforación. Calcular:
a) La rigidez dieléctrica del material.
b) La resistencia al arco.
c) La constante dieléctrica del mismo.
d) El factor de disipación y factor de calidad.
a ) La rigidez dieléctrica, viene expresada según:
De la gráfica se verifica unadiferencia de potencial de 9.5x103 V
VR es la mayor diferencia de potencial que soporta el dieléctrico antes de su ruptura, d es el espesor del dieléctrico, ER es el máximo gradiente de potencial que resiste sin que se genere en su interior un flujo eléctrico
b) La resistencia al arco, se expresará como el tiempo hasta la perforación, que según el gráfico puede estimarse en 123 segundos.c) La constante dieléctrica se obtendrá mediante su relación con la capacidad en paralelo, de forma:
d) El factor de disipación se obtendrá a partir del circuito en equivalente y la expresión:
Las pérdidas de energía de un condensador, WR, en sucesivos ciclos de carga-descarga están relacionadas con el comportamiento al respecto del dieléctrico del condensador, Un indicadorde esas pérdidas nos la registra el factor de disipación D.
El factor de calidad es la inversa del factor de disipación, y por lo tanto:
Los dieléctricos de excelente calidad pueden ser aquellos con valores de Q > 1.000, aceptables los de Q > 100 y con ciertos inconvenientes los de Q < 100.
Ojo “Los factores que influyen en el valor de la rigidez dieléctrica de unmaterial Los valores más determinantes en la rigidez dieléctrica son el tipo de material dieléctrico que sea analizado, las impurezas que este presente, la presión atmosférica y humedad del ambiente así como la Temperatura de donde se quiera evaluar la rigidez del material, el tiempo y el tipo de señal que se le aplique al material.”
4) ¿Cual es el voltaje de ruptura de un condensador condieléctrico de vidrio con contante K= 7.5 si la separación de las placas es de 4 mm?. La rigidez dieléctrica promedio es 118 MV/m.
5) Un condensador de placas paralelas tiene un área total de 6,45 · 10-4 m2 y una separación entre placas de 2 mm a través de las cuales se aplica un potencial de 12 V. Si se interpone dentro de la región entre las placas un material con una constantedieléctrica r de 6.0, calcular:
a) La capacidad del condensador.
b) La magnitud de la carga almacenada en cada placa.
c) El desplazamiento dieléctrico D.
d) La polarización.
a) La capacidad la obtenemos mediante la expresión:
b) Puesto que hemos determinado la capacidad, la carga almacenada de calculará mediante la expresión:
c) El desplazamiento dieléctrico secalculará mediante la ecuación:
d) La polarización puede determinarse considerando la ecuación:
OJO”La polarización de un material dieléctrico tiene lugar por cuatro mecanismos diferentes: electrónico, iónico, molecular y de carga espacial; cada uno propio de un rango de frecuencias diferente y característico en cada material. Al aumentar la frecuencia van desapareciendo cada una...
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