| |
В лекциях 10 и 11 будут рассмотрены вопросы, касающиеся основных свойств и применения диэлектриков. При этом больше будет уделено внимания общим сведениям и информации о новых перспективных материалах, получение конкретных сведения о свойствах конкретных материалов предполагаются из справочников по электротехническим материалам.
Основные
характеристики газов, как диэлектриков, это диэлектрическая проницаемость, электропроводность,
электрическая прочность. Кроме того, зачастую важны теплофизические характеристики,
в первую очередь теплопроводность.
Диэлектрическую
проницаемость газов очень просто рассчитать по формуле e
= 1+n(a+m2¤3kT)/e0,
где n- число молекул с поляризуемостью a
и дипольным моментом m
в единице объема. Обычно значение e
близко к 1, отличие от единицы можно обнаружить в 3-4 знаке после запятой. Причина
этого - малое число молекул в газовой фазе n.
Электропроводность
газов обычно не хуже 10-13 См/м, причем, как было показано во второй
лекции, основным фактором вызывающим проводимость в не очень сильных полях, является
ионизирующее излучение. Вольт-амперная характеристика имеет три характерные зоны
- омическое поведение, насыщение, экспоненциальный рост. Диэлектрические потери
незначительны и их стоит учитывать только в третьей области.
Электрическая
прочность у газов, сравнительно с прочностью жидкостей и твердых диэлектриков,
невелика и сильно зависит как от внешних условий, так и от природы газа. Обычно
пробивные характеристики разных газов сопоставляют при нормальных условиях (н.у.).
Эти условия - давление 1 атм, температура 20 °С,
электроды, создающие однородное поле, площадью 1 см2, межэлектродный
зазор 1 см. Воздух при н.у. имеет электрическую прочность 30 кВ/см.
Коэффициент к, показывающий отношение электрической прочности газа
к электрической прочности воздуха составляет для некоторых газов, используемых
в технике: водород - к = 0.5, гелий - к = 0.2, элегаз
к = 2.9, фреон-12 - к = 2.4, перфторированные углеводородные
газы к = (4-10),.
Теплопроводность
газов l
также невелика по сравнению с теплопроводностью твердых тел и жидкостей, наибольшее
ее значение l=
0.2 Вт/(м×К)
- у водорода. Для наиболее популярных газов l=
0.03 Вт/(м×К)--воздух,
l=
0.012 Вт/(м×К)
- элегаз. Для сравнения - у алюминия l=
200 Вт/(м×К).
Максимальные
температуры эксплуатации газов определяются либо разложением молекул газа (характерно
для сложных молекул), либо увеличением электропроводности до перехода из диэлектрического
до резистивного состояния за счет ионизации и диссоциации молекул газа под действием
тепловой энергии. Характерные температуры для второго варианта - порядка и более
тысячи градусов.
Цель работы - Изучение вращения тела вокруг закрепленной оси на примере маятника Обербека. Приборы и материалы - маятник Обербека, нить с грузами и перегрузками, милисекундометр. Теория. При вращательном движении твердого тела вокруг закрепленной оси все точки тела описывают окружности в плоскостях, перпендикулярных к оси вращения с центрами лежащими на этой оси. Если ось вращения - одна из главных осей инерции тела, то основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела выглядит следующим образом 1) и преобразуется к виду 2); где - момент импульса твердого тела, - сумма всех моментов сил приложенных к телу, I - момент инерции тела относительно оси вращения, N - сумма проекций моментов сил на ось вращения, - угловое ускорение тела. В этой работе, для изучения вращения тела, я использовал маятник Обербека. Твердое тело выполнено в виде крестовины из стержня с насажанными грузами m1. Вращатель-ный момент N создается натяжением нити Т, переброшенной через шкив радиуса r, насажанный на ту же ось, что и крестовина. К нити привязан груз (с перегрузками) суммарной массы m. Экспериментально проверяя правильность следствий, вытекающих из уравнения 2). Без учета момента сил трения в оси подшипника шкива уравнение 2) принимает вид 3) здесь принято во внимание, что Т=Т' (нить невесома). Используя для описания движение платформы с перегрузком второй закон Ньютона и учитывая связь между ускорением платформы с перегрузком и угловым ускорением крестовины, получим еще два уравнения: 4) 5) . Знаки проекции величин, входящих в 4), соответствуют положительному направлению оси Х, ко-торый направлен от оси вращения вертикально вниз. Из уравнений 3) и 5) получаем: 6) . Так как платформа с перегрузком из состояния покоя движется прямолинейно с постоянным ус-корением, то проходимое ими расстояние меняется со временем по закону: 7) Исключая из 6) и 7) ускорение получим формулу для момента инерции маятника 8) . Уравнение 8) получено без учета момента силы трения в оси подшипника шкива. Предполагая, что этот момент практически не зависит от угловой скорости вращения маятника, то есть является постоянным, можно экспериментально определить его величину Для этого к концу нити намотанной на любой из шкивов прикрепляется платформа с перегрузками суммарной массой m, поднятая на высоту h. Очевидно, что до того момента, когда маятник начнет вращаться, система маятник - платформа обладает потенциальной энергией mgh