ثابت عازل الميكا. ما هو ثابت العزل

• تحديد قوة المجال الكهربائي في الفراغ ؛
• المدرجة في تعبيرات بعض قوانين الكهرومغناطيسية ، بما في ذلك قانون كولوم ، عند كتابتها في شكل يتوافق مع النظام الدولي للوحدات.

من خلال ثابت العزل الكهربائي ، يتم إجراء اتصال بين السماحية النسبية والمطلقة. تم تضمينه أيضًا في سجل قانون كولوم:

أنظر أيضا

ملحوظات

المؤلفات

الروابط

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هو "ثابت العزل" في القواميس الأخرى:

ثابت العزل الكهربائي- ثابت العزل الكهربائي - [Ya.N. Luginsky، MS Fezi Zhilinskaya، Yu.S. Kabirov. المعجم الإنجليزي الروسي للهندسة الكهربائية وصناعة الطاقة ، موسكو ، 1999] موضوعات الهندسة الكهربائية ، المفاهيم الأساسية المرادفات ثابت العزل الكهربائي ... ...

- (التعيين e0) ، كمية مادية تدل على نسبة القوة المؤثرة بين الشحنات الكهربائية في الفراغ مع حجم هذه الشحنات والمسافة بينها. في البداية ، كان هذا المؤشر يسمى DIELECTRIC ... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

ثابت العزل الكهربائي- السماحية المطلقة (لمادة الخواص) ؛ صناعة ثابت العزل هو القيمة العددية التي تميز الخواص الكهربائية للعزل الكهربائي وتساوي نسبة الإزاحة الكهربائية فيه إلى القوة ... ...

ثابت العزل الكهربائي- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. ثابت العزل الكهربائي؛ سماح vok. dielektrische Leitfähigkeit، f؛ Dielektrizitätskonstante، f؛ Permittivität، f rus. ثابت عازل ، و ؛ السماحية ... مصطلح Fizikos žodynas

اسم قديم للسماحية (انظر ثابت العزل) ... الموسوعة السوفيتية العظمى

ثابت العزل لبعض السوائل (عند 20 درجة مئوية)- مذيب ε أسيتون 21.5 بنزين 2.23 ماء 81.0 ... مرجع كيميائي

ثابت العزل الأولي- - [Ya.N. Luginsky، MS Fezi Zhilinskaya، Yu.S. Kabirov. القاموس الإنجليزي الروسي للهندسة الكهربائية وهندسة الطاقة ، موسكو ، 1999] موضوعات الهندسة الكهربائية ، المفاهيم الأساسية EN ثابت العزل الكهربائي ... دليل المترجم الفني

ثابت العزل النسبي- - [Ya.N. Luginsky، MS Fezi Zhilinskaya، Yu.S. Kabirov. المعجم الإنجليزي الروسي للهندسة الكهربائية وهندسة الطاقة ، موسكو ، 1999] موضوعات في الهندسة الكهربائية ، المفاهيم الأساسية EN السماحية النسبية ثابت العزل النسبي ... دليل المترجم الفني

ثابت عازل محدد- - [Ya.N. Luginsky، MS Fezi Zhilinskaya، Yu.S. Kabirov. القاموس الإنجليزي الروسي للهندسة الكهربائية وصناعة الطاقة ، موسكو ، 1999] موضوعات الهندسة الكهربائية والمفاهيم الأساسية EN إمكانية التبادل المتزامن ... دليل المترجم الفني

ثابت العزل- السماحية المطلقة. صناعة السماحية العازلة كمية قياسية تميز الخواص الكهربائية لعزل كهربائي تساوي نسبة حجم الإزاحة الكهربائية إلى حجم شدة المجال الكهربائي ... القاموس التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيك

النفاذية الكهربائية

السماحية الكهربائية هي القيمة التي تميز سعة العازل الكهربائي الموضوع بين ألواح المكثف. كما تعلم ، تعتمد سعة المكثف المسطح على حجم مساحة الألواح (كلما زادت مساحة الألواح ، زادت السعة) ، أو المسافة بين الألواح أو سمك العازل (كلما كان العازل أكثر سمكًا ، قلت السعة) ، وكذلك على مادة العازل ، التي تتميز بالنفاذية الكهربائية.

عدديًا ، فإن النفاذية الكهربائية تساوي نسبة سعة المكثف إلى أي عازل لمكثف الهواء نفسه. لإنشاء مكثفات مدمجة ، من الضروري استخدام عوازل ذات نفاذية كهربائية عالية. تتكون السماحية الكهربائية لمعظم المواد العازلة من عدة وحدات.

في التكنولوجيا ، تم الحصول على عوازل ذات نفاذية كهربائية عالية وفائقة الارتفاع. الجزء الرئيسي منها هو الروتيل (ثاني أكسيد التيتانيوم).

الشكل 1. النفاذية الكهربائية للوسط

زاوية الخسارة العازلة

في مقال "العوازل" قمنا بتحليل أمثلة على إدراج عازل في دوائر التيار المباشر والمتناوب. اتضح أن عازلًا حقيقيًا ، عندما يعمل في مجال كهربائي يتكون من جهد متناوب ، يطلق طاقة حرارية. تسمى الطاقة الممتصة في هذه الحالة الخسائر العازلة.في مقال "دائرة تيار متردد تحتوي على سعة" ، سيتم إثبات أنه في عازل مثالي ، يقود التيار السعوي الجهد بزاوية أقل من 90 درجة. في عازل حقيقي ، يقود التيار السعوي الجهد بزاوية أقل من 90 درجة. يتأثر الانخفاض في الزاوية بتيار التسرب ، ويسمى خلاف ذلك تيار التوصيل.

يُطلق على الفرق بين 90 درجة وزاوية التحول بين الجهد والتيار المتدفق في دائرة ذات عازل حقيقي زاوية فقد العازل أو زاوية الخسارة ويشار إليها δ (دلتا). في كثير من الأحيان ، لا يتم تحديد الزاوية نفسها ، ولكن يتم تحديد ظل هذه الزاوية -tg δ.

لقد ثبت أن خسائر العزل الكهربائي تتناسب مع مربع الجهد وتردد التيار المتردد وسعة المكثف وظل فقدان العزل الكهربائي.

لذلك ، كلما زاد ظل فقدان العزل الكهربائي ، tan ، كلما زاد فقد الطاقة في العازل الكهربائي ، كلما كانت المادة العازلة أسوأ. المواد التي تحتوي على tg كبير نسبيًا (بترتيب 0.08 - 0.1 أو أكثر) هي عوازل ضعيفة. المواد التي تحتوي على tg صغير نسبيًا (بترتيب 0.0001) هي عوازل جيدة.

محاضرة # 19

1. طبيعة التوصيل الكهربائي للعوازل الغازية والسائلة والصلبة

ثابت العزل

السماحية النسبية ، أو السماحية εهي واحدة من أهم المعلمات الكهربائية العيانية للعزل الكهربائي. ثابت العزلε يميز كميًا قدرة العازل على الاستقطاب في مجال كهربائي ، ويقيم أيضًا درجة قطابه ؛ ε هو ثابت المادة العازلة عند درجة حرارة معينة وتردد الجهد الكهربائي ويوضح عدد المرات التي تكون فيها شحنة مكثف مع عازل أكبر من شحنة مكثف من نفس الحجم مع فراغ.

يحدد ثابت العزل قيمة السعة الكهربائية للمنتج (مكثف ، عزل الكابل ، إلخ). لسعة مكثف مسطح من،Ф ، يتم التعبير عنها بالصيغة (1)

حيث S هي مساحة قطب القياس ، م 2 ؛ h هي سماكة العازل ، م ويمكن ملاحظة ذلك من الصيغة (1) أنه كلما زادت القيمة ε العازل المستخدم ، كلما زادت سعة المكثف بنفس الأبعاد. في المقابل ، السعة الكهربائية C هي معامل التناسب بين شحنة السطح QK ،المكثف المتراكم والجهد الكهربائي المطبق عليه

الدوران يو (2):

من الصيغة (2) يتبع ذلك الشحنة الكهربائية QK ،المتراكمة بواسطة المكثف يتناسب مع القيمة ε عازل. معرفة QKيمكنك تحديد أبعاد المكثف igeometric ε مادة عازلة لجهد معين.

ضع في اعتبارك آلية تكوين الشحنة QKعلى أقطاب مكثف مع عازل وما هي المكونات التي تشكل هذه الشحنة. للقيام بذلك ، نأخذ مكثفين مسطّحين لهما نفس الأبعاد الهندسية: أحدهما به فراغ ، والآخر بمساحة إلكترود مملوءة بعازل كهربائي ، ونطبق نفس الجهد عليهما يو(رسم بياني 1). تتشكل شحنة على أقطاب المكثف الأول س 0، على أقطاب الثانية - QK. بدوره ، تهمة QKهو مجموع الرسوم س 0و س(3):

تكلفة س 0 بواسطة مجال خارجي E0 عن طريق تجميع الشحنات الخارجية على أقطاب مكثف بكثافة سطحية σ 0. س- هذه شحنة إضافية على أقطاب المكثف ، تم إنشاؤها بواسطة مصدر جهد كهربائي للتعويض عن الشحنات المرتبطة المتكونة على سطح العازل.

في عازل موحد الاستقطاب ، الشحنة سيتوافق مع كثافة سطح الشحنات المقيدة σ. تشكل الشحنة σ حقلاً E sz ، موجهًا عكس الحقل E O.

يمكن تمثيل سماحية المادة العازلة المعتبرة على أنها نسبة الشحن QKمكثف مملوء بعازل كهربائي لشحنه س 0نفس المكثف مع الفراغ (3):

من الصيغة (3) يتبع ذلك السماحية ε - القيمة بلا أبعاد ، وأي عازل تكون أكبر من الوحدة ؛ في حالة الفراغ ε = 1. من المثال المدروس أيضًا

يمكن ملاحظة أن كثافة الشحنة على أقطاب مكثف مع عازل في ε مرات أكبر من كثافة الشحنة على أقطاب المكثف مع الفراغ ، والشدة عند نفس الجهد لكليهما

مكثفاتهم هي نفسها وتعتمد فقط على مقدار الجهد يووالمسافة بين الأقطاب الكهربائية (E = U / h).

بالإضافة إلى السماحية النسبية ε تميز السماحية المطلقة ε أ، و / م ، (4)

التي ليس لها معنى فيزيائي وتستخدم في الهندسة الكهربائية.

يسمى التغيير النسبي في السماحية εr مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 1 كلفن معامل درجة الحرارة للسماحية.

TKε = 1 / εr d εr / dT K-1 للهواء عند 20 درجة مئوية TK εr = -2.10-6K-

يتم التعبير عن التقادم الكهربائي في المواد الفيروكهربائية بانخفاض εr مع مرور الوقت. السبب هو إعادة ترتيب المجالات.

لوحظ تغير حاد بشكل خاص في السماحية مع مرور الوقت في درجات حرارة قريبة من نقطة كوري. تسخين الفيروكهربائي لدرجة حرارة أعلى من نقطة كوري والتبريد اللاحق يعود εr إلى قيمته السابقة. يمكن إجراء استعادة السماحية العازلة نفسها عن طريق تعريض التيار الكهربي إلى مجال كهربائي ذي شدة متزايدة.

بالنسبة للعوازل الكهربائية المعقدة - خليط ميكانيكي مكون من مكونين مختلفين εr في التقريب الأول: εrx = θ1 εr1x θ εr2x ، حيث هو التركيز الحجمي لمكونات الخليط ، εr هي السماحية النسبية لمكون الخليط.

يمكن أن ينتج الاستقطاب العازل عن: الأحمال الميكانيكية (الاستقطاب الانضغاطي في الكهربائية الانضغاطية) ؛ التسخين (الاستقطاب الحراري في الكهربي الحراري) ؛ ضوء (احتكار ضوئي).

تتميز الحالة المستقطبة للعزل الكهربائي في المجال الكهربائي E بعزم كهربائي لكل وحدة حجم ، الاستقطاب Р ، C / m2 ، المرتبط بسماحيته النسبية على سبيل المثال: Р = e0 (على سبيل المثال - 1) Е ، حيث e0 = 8.85 ∙ 10-12 فهرنهايت / م. المنتج e0 ∙ eg = e، F / m يسمى السماحية المطلقة. في العوازل الغازية ، على سبيل المثال يختلف قليلاً عن 1.0 ، في السائل غير القطبي والصلب يصل إلى 1.5 - 3.0 ، في القطبية له قيم كبيرة ؛ في البلورات الأيونية على سبيل المثال - 5-MO ، وفي تلك التي تحتوي على شبكة بلورية بيروفسكايت تصل إلى 200 ؛ في الفيروكهرباء مثل - 103 وأكثر.

في العوازل غير القطبية ، على سبيل المثال النقصان الطفيف مع زيادة درجة الحرارة ، في التغيرات القطبية ترتبط بغلبة نوع أو آخر من الاستقطاب ، في البلورات الأيونية تزداد ، في بعض المواد الفيروكهربائية عند درجة حرارة كوري تصل إلى 104 أو أكثر. تغيرات درجة الحرارة على سبيل المثال تتميز بمعامل درجة الحرارة. بالنسبة للعوازل القطبية ، فإن السمة المميزة هي انخفاض في مدى التردد ، على سبيل المثال ، حيث يتناسب الوقت t للاستقطاب مع T / 2.

معلومات مماثلة.

يتميز مستوى استقطاب مادة ما بقيمة خاصة تسمى ثابت العزل الكهربائي. لنفكر في ماهية هذه القيمة.

لنفترض أن شدة المجال المنتظم بين لوحين مشحونين في الفراغ تساوي E₀. الآن دعونا نملأ الفجوة بينهما بأي عازل. التي تظهر عند الحد الفاصل بين العازل والموصل بسبب استقطابها ، تحيد جزئيًا تأثير الشحنات على الألواح. ستصبح شدة E لهذا المجال أقل من شدة E.

تكشف التجربة أنه عندما يتم ملء الفجوة بين الألواح على التوالي بعوازل كهربائية متساوية ، فإن حجم شدة المجال سيكون مختلفًا. لذلك ، من خلال معرفة قيمة نسبة شدة المجال الكهربائي بين الألواح في غياب العازل Е₀ وفي وجود العازل Е ، يمكن تحديد قابلية الاستقطاب ، أي ثابت عازل لها. عادة ما يتم الإشارة إلى هذه القيمة بالحرف اليوناني ԑ (إبسيلون). لذلك ، يمكن للمرء أن يكتب:

تُظهر سماحية العازل عدد المرات التي ستكون فيها هذه الشحنات في عازل (متجانس) أقل منها في الفراغ.

انخفاض قوة التفاعل بين الشحنات ناتج عن عمليات استقطاب الوسط. في المجال الكهربائي ، تنخفض الإلكترونات في الذرات والجزيئات بالنسبة للأيونات ، وينخفض ​​T.e. تلك الجزيئات التي لها عزم ثنائي القطب الخاص بها (على وجه الخصوص ، جزيئات الماء) توجه نفسها في المجال الكهربائي. تخلق هذه اللحظات مجالها الكهربائي الخاص ، والذي يعاكس المجال الذي تسبب في ظهورها. نتيجة لذلك ، ينخفض ​​إجمالي المجال الكهربائي. في المجالات الصغيرة ، يتم وصف هذه الظاهرة باستخدام مفهوم السماحية.

فيما يلي سماحية المواد المختلفة في الفراغ:

الهواء ……………………………… .... 1،0006

البارافين …………………………… ... 2

زجاج شبكي (زجاج شبكي) ......... 3-4

إيبونيت …………………………… ..… 4

البورسلين .......................... 7

زجاج ………………………… .. …… .4-7

ميكا ……………………………… ..… .4-5

الحرير الطبيعي ........... 4-5

حجر .............................. 6-7

العنبر …………………………… ... …… 12.8

الماء ……………………………… ...… .81

تشير قيم ثابت العزل الكهربائي للمواد إلى درجات الحرارة المحيطة في حدود 18-20 درجة مئوية. وبالتالي ، فإن سماحية المواد الصلبة تختلف اختلافًا طفيفًا مع درجة الحرارة ، باستثناء المواد الفيروكهربائية.

على العكس من ذلك ، في الغازات ، يتناقص بسبب زيادة درجة الحرارة ويزيد بسبب زيادة الضغط. في الممارسة العملية ، يتم أخذها كوحدة.

الشوائب بكميات صغيرة لها تأثير ضئيل على مستوى ثابت العزل الكهربائي للسوائل.

إذا تم وضع شحنتين نقطيتين تعسفيتين في عازل ، فإن شدة المجال التي تم إنشاؤها بواسطة كل من هذه الشحنات في موقع الشحنة الأخرى تتناقص بمقدار مرة. ويترتب على ذلك أن القوة التي تتفاعل بها هذه الشحنات مع بعضها البعض هي أيضًا أقل بمقدار مرة. لذلك ، بالنسبة للشحنات الموضوعة في عازل ، يتم التعبير عنها بالصيغة التالية:

F = (q₁q₂) / (4πԑₐr²) ،

حيث F هي قوة التفاعل ، q₁ و q₂ ، هي مقادير الشحنات ، هي السماحية المطلقة للوسط ، r هي المسافة بين رسوم النقاط.

يمكن إظهار قيمة ԑ عدديًا بالوحدات النسبية (فيما يتعلق بقيمة السماحية المطلقة للفراغ ԑ₀). تسمى القيمة ԑ = ԑₐ / السماحية النسبية. يكشف عن عدد المرات التي يكون فيها التفاعل بين الشحنات في وسط متجانس لانهائي أضعف منه في الفراغ ؛ ԑ = ԑₐ / غالبًا ما تسمى السماحية المعقدة. تعتمد القيمة العددية للكمية ԑ₀ ، بالإضافة إلى أبعادها ، على نظام الوحدات الذي يتم اختياره ؛ وقيمة ԑ لا تعتمد. وبالتالي ، في نظام CGSE ԑ₀ = 1 (هذه هي الوحدة الأساسية الرابعة) ؛ في نظام SI ، يتم التعبير عن سماحية الفراغ على النحو التالي:

ԑ₀ = 1 / (4π˖9˖10⁹) فاراد / متر = 8.85˖10⁻¹² f / m (في هذا النظام ، ԑ₀ هي قيمة مشتقة).

السماحية النسبيةالبيئة ε هي كمية فيزيائية بلا أبعاد تميز خصائص وسيط عازل (عازل). وهو مرتبط بتأثير استقطاب العوازل تحت تأثير المجال الكهربائي (وقيمة القابلية للعازل الكهربائي للوسيط الذي يميز هذا التأثير). توضح قيمة ε عدد المرات التي تكون فيها قوة التفاعل بين شحنتين كهربائيتين في وسيط أقل مما هي عليه في الفراغ. السماحية النسبية للهواء ومعظم الغازات الأخرى في الظروف العادية قريبة من الوحدة (بسبب كثافتها المنخفضة). بالنسبة لمعظم العوازل الصلبة أو السائلة ، تتراوح السماحية النسبية من 2 إلى 8 (لحقل ثابت). إن ثابت العزل الكهربائي للماء في الحقل الساكن مرتفع جدًا - حوالي 80. قيمه كبيرة بالنسبة للمواد ذات الجزيئات التي تحتوي على ثنائي أقطاب كهربائي كبير. السماحية النسبية للكهرباء الفيروكهربائية هي عشرات ومئات الآلاف.

الاستخدام العملي

تعد سماحية المواد العازلة أحد العوامل الرئيسية في تصميم المكثفات الكهربائية. يمكن أن يؤدي استخدام المواد ذات ثابت العزل الكهربائي العالي إلى تقليل الأبعاد المادية للمكثفات بشكل كبير.

تؤخذ معلمة السماحية في الاعتبار عند تصميم لوحات الدوائر المطبوعة. تؤثر قيمة ثابت العزل الكهربائي للمادة بين الطبقات جنبًا إلى جنب مع سمكها على قيمة السعة الساكنة الطبيعية لطبقات الطاقة ، كما تؤثر بشكل كبير على مقاومة الموجة للموصلات الموجودة على اللوحة.

الاعتماد على التردد

وتجدر الإشارة إلى أن السماحية تعتمد إلى حد كبير على تردد المجال الكهرومغناطيسي. يجب أن يؤخذ ذلك دائمًا في الاعتبار ، نظرًا لأن جداول الكتيبات تحتوي عادةً على بيانات لحقل ثابت أو ترددات منخفضة تصل إلى عدة وحدات من kHz دون الإشارة إلى هذه الحقيقة. في الوقت نفسه ، توجد أيضًا طرق بصرية للحصول على السماحية النسبية من معامل الانكسار باستخدام أجهزة قياس القطع ومقاييس الانكسار. ستختلف القيمة التي تم الحصول عليها بالطريقة البصرية (التردد 10 14 هرتز) بشكل كبير عن البيانات الواردة في الجداول.

تأمل ، على سبيل المثال ، حالة الماء. في حالة المجال الثابت (التردد صفر) ، تكون السماحية النسبية في الظروف العادية حوالي 80. هذا هو الحال بالنسبة لترددات الأشعة تحت الحمراء. يبدأ من حوالي 2 جيجاهرتز εrيبدأ في السقوط. في النطاق البصري εr 1.8 تقريبًا. هذا يتوافق مع حقيقة أن معامل انكسار الماء في النطاق البصري هو 1.33. في نطاق تردد ضيق ، يسمى بصريًا ، ينخفض ​​الامتصاص العازل للكهرباء إلى الصفر ، والذي يوفر في الواقع للشخص آلية رؤية في الغلاف الجوي للأرض المشبع ببخار الماء. كلما زاد التردد أكثر ، تتغير خصائص الوسيط مرة أخرى.

قيم ثابتة عازلة لبعض المواد