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.

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 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 requerido. Cabe señalar que la ESR no es simplemente la resistencia que se mediría a través de un condensador con un ohmímetro . La ESR es una magnitud 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 dos fenómenos, los electrones de conducción o la relajación dipolar, suele dominar la pérdida. ^{[ 2 ]} En el caso de que los electrones de conducción sean la pérdida dominante, entonces

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

dónde

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

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

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

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

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

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

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

Desde el${\displaystyle {\text{DF}}}$en un buen condensador suele ser pequeño,${\displaystyle \delta \sim {\text{DF}}}$, y${\displaystyle {\text{DF}}}$A menudo se expresa como un porcentaje.

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

${\displaystyle {\text{DF}}}$variará dependiendo del material dieléctrico y la frecuencia de las señales eléctricas. En cerámicas de baja constante dieléctrica ( bajo-κ ), compensadoras de temperatura,${\displaystyle {\text{DF}}}$de 0,1–0,2% es típico. En cerámicas de alta constante dieléctrica,${\displaystyle {\text{DF}}}$puede ser del 1 al 2%. Sin embargo, menor${\displaystyle {\text{DF}}}$Suele ser un indicador de la calidad de los condensadores al compararlos con materiales dieléctricos similares.

• Prueba de rigidez dieléctrica
• Generador de impulsos