Factor de disipación

En física , el factor de disipación (FD) es una medida de la tasa de pérdida de energía de un modo de oscilación (mecánico, eléctrico o electromecánico) 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 condensador hecho de un dieléctrico colocado entre conductores, el modelo típico de elementos concentrados incluye un condensador ideal sin pérdidas en serie con una resistencia denominada resistencia en serie equivalente (ESR), como se muestra a continuación. ^[1] La ESR representa las pérdidas en el condensador. En un buen condensador, la ESR es muy pequeña y en un condensador deficiente, la ESR es grande. Sin embargo, a veces la ESR es un valor mínimo que se requiere. Tenga en cuenta que la ESR no es simplemente la resistencia que se mediría a través de un condensador con un ohmímetro . 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 un dieléctrico, solo uno de los electrones de conducción o la relajación dipolar domina típicamente la pérdida. ^[2] Para el caso de que los electrones de conducción sean la pérdida dominante, entonces

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

dónde

$\sigma$ es la conductividad volumétrica del dieléctrico ,
$\varepsilon$ es la permitividad sin pérdidas del dieléctrico, y
$\omega =2\pi f$ es la frecuencia angular de la corriente alterna i ,
$C$ es la capacitancia sin pérdidas.

Si el capacitor se utiliza en un circuito de CA , el factor de disipación debido al capacitor no ideal se expresa como la relación entre la pérdida de potencia resistiva en el ESR y la potencia reactiva que oscila en el capacitor, o

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

Al representar los parámetros de un circuito eléctrico como vectores en un plano complejo , conocidos 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

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

Alternativamente, se puede derivar de la frecuencia a la que se determinó la tangente de pérdida y la capacitancia. ${\text{ESR}}$

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

Dado que la en un buen condensador suele ser pequeña, y a menudo se expresa como un porcentaje. ^[^{cita requerida}^] ${\text{DF}}$ $\delta \sim {\text{DF}}$ ${\text{DF}}$

${\text{DF}}$ se aproxima al factor de potencia cuando es mucho menor que , lo que suele ser el caso. ${\text{ESR}}$ $X_{c}$

${\text{DF}}$ variará según el material dieléctrico y la frecuencia de las señales eléctricas. En cerámicas con constante dieléctrica baja ( low-κ ), la compensación de temperatura típica es de 0,1 a 0,2 %. En cerámicas con constante dieléctrica alta, puede ser de 1 a 2 %. Sin embargo, un valor inferior suele ser un indicador de calidad de los condensadores cuando se comparan materiales dieléctricos similares. ${\text{DF}}$ ${\text{DF}}$ ${\text{DF}}$

Véase también

Referencias

^ "Consideraciones básicas: DF, Q y ESR". Archivado desde el original el 22 de agosto de 2009. Consultado el 29 de noviembre de 2008 .
^ S. Ramo, JR Whinnery y T. Van Duzer, Campos y ondas en la electrónica de comunicaciones , 3.ª ed., (John Wiley and Sons, Nueva York, 1994). ISBN 0-471-58551-3