Exp_4_Permissividade_materiais_isolantes

Roteiro Experimental n°4
Análise da permissividade elétrica de materiais
COMPONENTES DA EQUIPE:

NOTA:



Data: ___/___/___
1. OBJETIVOS:

Compreender o significado da constante de permissividade elétrica relativa para cada material;

Relacionar grandezas físicas e à permissividade elétrica;

Caracterizar a permissividade elétrica de alguns materiais.

Compreender a tangente de perdas dos materiais isolantes
2. INTRODUÇÃO
A Permissividade Elétrica (representada normalmente pela letra grega ε) de um meio é uma constante
física que relaciona a maneira como um campo elétrico interage com este meio. Ou ainda, a capacidade que
um meio tem de se polarizar em função de um dado campo.
A permissividade de cada meio é relacionada por ε=εrεo onde εo é a permissividade do vácuo
(8,85418782 × 10-12 m-3 kg-1 s4 A2), εr é uma constante adimensional, diferente para cada material, e ε é a
mais comumente usada para representar a permissibilidade dielétrica do material, dada em [pF/m].
Materia
εr
Vinil(plastico)
Papel
2,0 – 4,0
4,0 – 6,0
Tabela 1.0 – Valores teóricos
Vidro
2,0 – 6,0
A permissividade elétrica ainda dá um bom indício da capacidade de condutividade de um dado
material, afinal ela está diretamente relacionada com a interação entre as cargas e diferenças de potenciais.
Esta propriedade do meio só pode ser analisada indiretamente. Uma das maneiras simples de fazer esta
análise é associar a propriedade à um elemento de circuito que funcione baseado principalmente em campo
elétrico: um capacitor.
Nos reportando aos conceitos de física e a definição de potencial elétrico podemos obter a relação que
descreve a capacitância de diversas formas de capacitores. Para capacitores construídos por placas paralelas
obtemos a relação:
Onde “A” é a área das placas em paralelo, “d” é a distância que separa estas placas e C é a
capacitância total.
𝐴
C=ϵ𝑑
II PERDAS DIELÉTRICAS (Papel – Oleo)
Perdas no material isolante do condutor, ele se comporta como um capacitor em paralelo com uma
resistência
𝑉 𝑉
=
𝑍 𝑅
+𝑗
𝑉
𝑋𝑐
como Xc=
1
𝜔𝐶
Tg δ=
𝑃
𝑄
=>
P= Qtgδ
; Q=V2ωC
Potencia dissipada no isolamento
P=
𝑉2
𝑅
= V2𝜔C tg δ =>
V2∗ 2𝜋𝑓 [∈0 ∗∈𝑟 ∗
𝐴
ℎ
]tg δ
ℎ
ℎ
No capacitor
C=ε
𝐴
ℎ
εr=
𝜀
𝜀0
Onde
f= Freqüência em Hertz
V=Tensão aplicada em Volts
h= espessura em cms
εr= Constante dielétrica
P=
𝑓 𝜀𝑟 𝑡𝑔𝛿 𝑉 2
1.8∗1012 ℎ2
perdas por unidade de volume em cms3
𝐶
ε=
𝐶0
3. MATERIAL NECESSÁRIO
 vidro;
Régua milimetrada;
 Gerador de função;
 Papéis;
 Osciloscópio;
 Transparências;
 Resistor de 100R;
 Multímetro de bancada;
 Capacitor de placas paralelas;
5. PARTE EXPERIMENTAL
V
C2
V2
1Vac
0Vdc
0
R7
100R
V
Monte o circuito:
C=
𝐼𝑐
2𝜋𝑓𝑉𝑐
Onde R é o resistor de 1k, C é o capacitância e Vg é a tensão fornecida pelo gerador, de 220 rms a uma
freqüência de 25KHz
.
Meça a distancia “d” que separa as placas do capacitor, e através da medida das dimensões laterais,
defina a área “A” das placas.
Preencha o volume entre as placas do capacitor o produto que se deseja determinar a permissibilidade.
Meça as tensão no capacitor e no resistor e com elas encontre a corrente que passa pelo capacitor e a
permissibilidade do meio
Preencha a tabela abaixo:
5.1. Vinil (1pto)
Siga os mesmos procedimentos do item 5.1, porém utilizando aproximadamente 10 folhas de
transparências como dielétrico e preencha a tabela:
Freqüência
Vr(V)
Vc (V)
Ic(mA)
εr
15KHz
30KHz
delta
5.2. . Oleo isolante (1pto)
Siga os mesmos procedimentos do item 5.1, porém utilizando aproximadamente 10 folhas de papel
como dielétrico e preencha a tabela:
Freqüência
Vr(V)
Vc (V)
Ic(mA)
εr
15KHz
30KHz
delta
5.3. Oleo isolante contaminado (1pto)
Siga os mesmos procedimentos do item 5.1, porém utilizando óleo numa bacia e preencha a tabela:
Freqüência
15KHz
30KHz
delta
Vr(V)
Vc (V)
Ic(mA)
εr
6. QUESTIONÁRIO
6.1 – Determine experimentalmente os valores de permissividade de cada material para as duas
freqüências e a média para cada material. 1ptos
6.2- Determine a constante de perdas do óleo dielétrico e compare com a da literatura (1pto)
6.3 – Encontre a tangente de perdas delta.1pto
6.4 –. Determine as perdas volumétricas nos materiais pesquisados 1pto
6.5- Determine a resistência de perdas equivalente 2pto
6.6 – Meça a resistência de amostras puras e contaminadas de óleo com um megoimetro ( 1pto)
Seja ordenado em seus cálculos 1 pto
Exemplo de tabela perdas de perdas dielétricas em materiais isolantes
s