уменьшается до величины 1/е от первоначального значения.

По Дебаю частотная зависимость диэлектрической проницаемости при релаксационном поглощении описывается уравнениями:

(2-4)

00 1 -1- /ют

откуда

0 - 00

00 1 -Ь шЧ2

(2-5)

(2-6)

1 + иЧ2 •

Из (2-6) мо.кно вычислить максимальное значение в";

Для воды при комнатных температурах критическая частота находится в диапазоне сантиметровых волн. Вычисленная по формуле Дебая критическая длина волны, соответствующая времени релаксации К = 1 см; по экспериментальным данным [Л. 2-2] при температуре 20 °С Хс=1,74 см. Значения & и tg6 чистой воды при температуре 25°С, измеренные в широком диапазоне частот, приведены в табл. 2-1 [Л. 2-3].

Таблица 2-1

В диапазоне частот T0<if<10-10* гц значение е чистой воды при комнатной температуре обычно считают близким к 80.

Значение «оо считают равным 5,5, хотя по данным некоторых исследователей более точными являются значения 8оо, равные 4,5 или 4,9. Приведенные данные относятся к воде, находящейся в «свободном» состоянии. При- связывании воды она теряет подвижность в электрическом поле и ее диэлектрическая проницаемость умеНь-

шается по мере увеличения энергии связи. Для наиболее прочной формы связи - химической--считают диэлектрическую проницаемость воды Бсв - еоо.

Электрические свойства воды резко изменяются при изменении ее агрегатного состояния, е и tg6 льда зависят от частоты тока, температуры и наличия примесей в воде и сильно отличаются от параметров жидкой воды. На сверхвысоких частотах в диапазоне температур -бО-ьОС для льда &=3,05 (при длине волны Я=3 см) и 3,17 (при К=1,25 см).

Близость значений электрических параметров льда и сухого вещества (см. ниже) имеет важное следствие - для определения содержания влаги в твердой фазе нельзя применять диэлькометрический метод.

Диэлектрические проницаемости воздуха и других газов и их зависимость от концентрации водяного пара рассматриваются в § 9-1; при оценке электрических свойств влагосодержащих твердых материалов и жидкостей их значения можно считать равными единице. Более сложный характер имеют диэлектрические свойства «сухой» части влагосодержащих материалов.

При отсутствии влаги капиллярнопористые материалы и жидкие неполярные и слабополярные вещества имеют очень низкую диэлектрическую проницаемость и малые диэлектрические потери. В табл. 2-2 даны средние значения le различных влагосодержащих материалов в обезвоженном состоянии при комнатной температуре. Результаты измерений электрических параметров материалов, полученные различными исследователями, часто отличаются вследствие использования разных методик измерения и различий использованных образцов. Поэтому данные табл. 2-2 должны рассматриваться как

Таблица 2-2

Материал

Кожа

Нефти .........

Зерновая масса .....

Бумага.........

Хлопчатобумажные ткани Минеральные и растительные масла . . . .

2,0-2,7 2

1,5-3 2-2,5

Материал

Уголь.....

Животные жиры Древесина . . .

Гипс......

Каменная соль . Целлюлоза . . . Крахмал . . . .

2,5? 3-3 ,5 1,6-4 5,5 5-6 6,5] 10

Рис. 2-2. Схема замещения сложного поляризованного диэлектрика. Со - емкость в- вакууме; Cg - емкость электронной поляризации; С - емкость ионной поляризации; С - емкость структурной поляризации; Сд - емкость дн-польной поляризации; С - емкость вну-трислойной поляризации; R, R, /?д, /?з - эквивалентные сопротивления потерь при разных видах поляризации; R - сопротивление сквозному току.

при1близ.ительные; в то же время они показывают большое отличие е воды от е-сухих материалов.

Даже сильно полярные жидкости имеют значительно более низкие значения е, чем вода- (см. § 3-1).

Наличие влаги оказывает большое влияние на поляризацию неоднородных диэлектриков сложного состава, какими являются влажные материалы.

В общем случае в сложном диэлектрике могут иметь место следующие основные виды поляризации: электронная, ионная, дипольная, структурная и внутрислойная. В зависимости от особенностей материала различные виды поляризации могут иметь больший или меньший удельный вес, а некоторые из них могут и вовсе отсутствовать. Суммарная поляризация вещества представляет собой сумму всех имеющихся видов поляризации. Потери утечки являются лишь одной из составляющих суммарных потерь в переменном поле; дополнительные потери вызваны различными видами поляризации. Схема замещения рассматриваемого- диэлектрика содержит геометрическую емкость (емкость, соответствующую полю электродов в вакууме) и сумму емкостей, обусловленных различными видами поляризации. Последние емкости (кроме емкости электронной поляризации) в схеме замещения имеют последовательные сопротивления, учитывающие потери за счет этих видов поляризации. Кроме того, в схеме введено активное сопротивление, величина которого зависит от сквозного тока проводимости между электродами. Полная схема замещения поляризованного диэлектрика показана на рис. 2-2. Таким образом, поляризация влагосодержащего материала имеет сложный характер, и во всех случаях полное сопротивление датчика с материалом является комплексной величиной. ...