Fator de dissipação - Dissipation factor

Em física , o fator de dissipação (DF) é uma medida da taxa de perda de energia de um modo de oscilação (mecânico, elétrico ou eletromecânico) em um sistema dissipativo . É o recíproco do fator de qualidade , que representa a "qualidade" ou durabilidade da oscilação.

Explicação

A energia potencial elétrica é dissipada em todos os materiais dielétricos , geralmente na forma de calor . Em um capacitor feito de um dielétrico colocado entre os condutores, o modelo de elemento concentrado típico inclui um capacitor ideal sem perdas em série com um resistor denominado resistência em série equivalente (ESR), conforme mostrado abaixo. O ESR representa perdas no capacitor. Em um bom capacitor, o ESR é muito pequeno, e em um capacitor ruim, o ESR é grande. No entanto, ESR às vezes é um valor mínimo a ser exigido. Observe que o ESR não é simplesmente a resistência que seria medida em um capacitor por um ohmímetro . O ESR é uma quantidade derivada com origens físicas tanto nos elétrons de condução dielétricos quanto nos fenômenos de relaxação dipolar. No dielétrico, apenas um dos elétrons de condução ou do relaxamento dipolo normalmente domina a perda. Para o caso dos elétrons de condução serem a perda dominante, então

${\ displaystyle {\ text {ESR}} = {\ frac {\ sigma} {\ varepsilon \ omega ^ {2} C}}}$

Onde

${\ displaystyle \ sigma}$é a condutividade total do dielétrico ,

${\ displaystyle \ varepsilon}$é a permissividade sem perdas do dielétrico, e

${\ displaystyle \ omega = 2 \ pi f}$é a frequência angular da corrente AC i ,

${\ displaystyle C}$ é a capacitância sem perdas.

Um capacitor real tem um modelo de elemento concentrado de um capacitor ideal sem perdas em série com uma resistência em série equivalente (ESR). A perda tangente é definida pelo ângulo entre o vetor da impedância do capacitor e o eixo reativo negativo.

Se o capacitor for usado em um circuito CA , o fator de dissipação devido ao capacitor não ideal é expresso como a razão da perda de potência resistiva no ESR para a potência reativa oscilando no capacitor, ou

${\ displaystyle {\ text {DF}} = {\ frac {i ^ {2} {\ text {ESR}}} {i ^ {2} \ left | X_ {c} \ right |}} = \ omega C \, {\ text {ESR}} = {\ frac {\ sigma} {\ varepsilon \ omega}} = {\ frac {1} {Q}}}$

Ao representar os parâmetros do circuito elétrico como vetores em um plano complexo , conhecido como fasores , o fator de dissipação de um capacitor é igual à tangente do ângulo entre o vetor da impedância do capacitor e o eixo reativo negativo, conforme mostrado no diagrama ao lado. Isso dá origem ao parâmetro conhecido como a perda tangente tan δ onde

${\ displaystyle {\ frac {1} {Q}} = \ tan (\ delta) = {\ frac {\ text {ESR}} {\ left | X_ {c} \ right |}} = {\ text {DF }}}$

Alternativamente, pode ser derivado da frequência em que a tangente de perda foi determinada e a capacitância ${\ displaystyle {\ text {ESR}}}$

${\ displaystyle {\ text {ESR}} = {\ frac {1} {\ omega C}} \ tan (\ delta)}$

Já que em um bom capacitor é geralmente pequeno, δ ~ , e geralmente é expresso como uma porcentagem. [citação necessária] ${\ displaystyle {\ text {DF}}}$${\ displaystyle {\ text {DF}}}$${\ displaystyle {\ text {DF}}}$

${\ displaystyle {\ text {DF}}}$aproxima-se do fator de potência quando é muito menor do que , o que geralmente é o caso. ${\ displaystyle {\ text {ESR}}}$${\ displaystyle X_ {c}}$

${\ displaystyle {\ text {DF}}}$irá variar dependendo do material dielétrico e da frequência dos sinais elétricos. Em baixa constante dielétrica ( low-κ ), cerâmicas de compensação de temperatura de 0,1–0,2% são típicas. Em altas cerâmica constantes dieléctricas, pode ser de 1-2%. No entanto, menor é geralmente uma indicação de capacitores de qualidade ao comparar material dielétrico semelhante. ${\ displaystyle {\ text {DF}}}$${\ displaystyle {\ text {DF}}}$${\ displaystyle {\ text {DF}}}$

Veja também

• Teste de resistência dielétrica
• Gerador de impulso

Referências