Factor de disipación

En física, el factor de disipación (DF) es una medida de la tasa de pérdida de energía de un modo de oscilación (mecánica, eléctrica o electromecánica) en un sistema disipativo. Es el recíproco del factor de calidad, que representa la "calidad" o durabilidad de la oscilación.

Explicación

La energía potencial eléctrica se disipa en todos los materiales dieléctricos, generalmente en forma de calor. En un capacitor hecho de un dieléctrico colocado entre conductores, el modelo típico de elemento agrupado incluye un capacitor ideal sin pérdidas en serie con una resistencia denominada resistencia en serie equivalente (ESR), como se muestra a continuación. El ESR representa pérdidas en el capacitor. En un condensador en buen estado, la ESR es muy pequeña y en un condensador deficiente, la ESR es grande. Sin embargo, a veces la ESR es un valor mínimo requerido. Tenga en cuenta que la ESR no es simplemente la resistencia que se mediría en un condensador con un óhmetro. La ESR es una cantidad derivada con orígenes físicos tanto en los electrones de conducción del dieléctrico como en los fenómenos de relajación dipolar. En dieléctrico, normalmente solo uno de los electrones de conducción o la relajación del dipolo domina la pérdida. Para el caso de que los electrones de conducción sean la pérdida dominante, entonces

ESR=σ σ ε ε ⋅ ⋅ 2C{displaystyle {text{ESR}={frac {sigma}{varepsilon omega ^{2}C}}}

dónde

• σ σ {displaystyle sigma } es la conductividad a granel de la diáctrica,
• ε ε {displaystyle varepsilon } es la permitibilidad sin pérdida de la dieléctrica, y
• ⋅ ⋅ =2π π f{displaystyle omega =2pi f} es la frecuencia angular de la corriente AC i,
• C{displaystyle C} es la condensación sin pérdida.

Si el condensador se utiliza en un circuito AC, el factor de disipación debido al condensador no ideal se expresa como la relación de la pérdida de energía resistiva en la ESR a la potencia reactiva oscilando en el condensador, o

DF=i2ESRi2SilencioXcSilencio=⋅ ⋅ CESR=σ σ ε ε ⋅ ⋅ =1Q{displaystyle {text{DF}={frac} {I^{2}{i^{2}left foreverX_{c}right WordPress}=omega C,{text{ESR}={sigma }{varepsilon omega }={frac {1}{Q}}

Al representar los parámetros del circuito eléctrico como vectores en un plano complejo, conocido como fasores, el factor de disipación de un capacitor es igual a la tangente del ángulo entre el vector de impedancia del capacitor y el eje reactivo negativo. , como se muestra en el diagrama adyacente. Esto da lugar al parámetro conocido como tangente de pérdida tan δ donde

1Q=#⁡ ⁡ ()δ δ )=ESRSilencioXcSilencio=DF{displaystyle {frac {}{}}=tan(delta)={frac {text{ESR}{left habitX_{c}}}}}}={text{DF}}} {f}}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}}}}}}

Alternativamente, ESR{displaystyle {text{ESR}} puede derivarse de la frecuencia en la que se determinó la pérdida de tangente y la capacitancia

ESR=1⋅ ⋅ C#⁡ ⁡ ()δ δ ){displaystyle {text{ESR}={frac {1}{omega C}tan(delta)}

Desde DF{displaystyle {text{DF}} en un buen condensador es generalmente pequeño, δ δ ♪ ♪ DF{displaystyle delta sim {text{DF}}, y DF{displaystyle {text{DF}} a menudo se expresa como porcentaje.

DF{displaystyle {text{DF}} aproxima al factor de potencia cuando ESR{displaystyle {text{ESR}} es mucho menos que Xc{displaystyle X_{c}, que suele ser el caso.

DF{displaystyle {text{DF}} variará dependiendo del material dieléctrico y la frecuencia de las señales eléctricas. En baja constante dieléctrica (low-κ), cerámica compensadora de temperatura, DF{displaystyle {text{DF}} de 0,1–0,2% es típico. En alta cerámica constante dieléctrica, DF{displaystyle {text{DF}} puede ser 1–2%. Sin embargo, menor DF{displaystyle {text{DF}} es generalmente una indicación de condensadores de calidad al comparar material dieléctrico similar.