Dielektrisk konstant for glimmer. Hvad er dielektrisk konstant

• bestemmelse af den elektriske feltstyrke i et vakuum;
• inkluderet i udtryk for nogle love for elektromagnetisme, herunder Coulombs lov, når de er skrevet i en form, der svarer til det internationale system af enheder.

Dielektrisk konstant giver en forbindelse mellem relativ og absolut dielektrisk konstant. Det er også inkluderet i notationen af ​​Coulombs lov:

se også

Noter

Litteratur

Links

Wikimedia Foundation. 2010.

Se, hvad "Dielektrisk konstant" er i andre ordbøger:

Dielektrisk konstant- dielektrisk konstant - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Engelsk-russisk ordbog for elektroteknik og kraftteknik, Moskva, 1999] Emner elektroteknik, grundlæggende begreber Synonymer dielektrisk konstant... ...

- (betegnelse e0), en fysisk størrelse, der angiver forholdet mellem kraften, der virker mellem elektriske ladninger i et vakuum, med størrelsen af ​​disse ladninger og afstanden mellem dem. Oprindeligt blev denne indikator kaldt DIELECTRIC... ... Videnskabelig og teknisk encyklopædisk ordbog

Dielektrisk konstant- absolut dielektrisk konstant (for et isotropt stof); industri dielektrisk konstant En skalar størrelse, der karakteriserer de elektriske egenskaber af et dielektrikum og er lig med forholdet mellem den elektriske forskydning i det og spændingen... ...

Dielektrisk konstant- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Dielektrisk konstant; permittivitet vok. dielektrische Leitfähigkeit, f; Dielektrizitätskonstante, f; Permittivität, f rus. dielektrisk konstant, f; dielektrisk konstant ... Fizikos terminų žodynas

Et forældet navn for dielektrisk konstant (se dielektrisk konstant) ... Store sovjetiske encyklopædi

Dielektrisk konstant ε for nogle væsker (ved 20°C)- Opløsningsmiddel ε Acetone 21,5 Benzen 2,23 Vand 81,0 ... Kemisk opslagsbog

initial dielektrisk konstant- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Engelsk-russisk ordbog for elektroteknik og kraftteknik, Moskva, 1999] Emner om elektroteknik, grundlæggende begreber EN indledende dielektrisk konstant ... Teknisk oversættervejledning

relativ dielektrisk konstant- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Engelsk-russisk ordbog for elektroteknik og kraftteknik, Moskva, 1999] Emner inden for elektroteknik, grundlæggende begreber EN relativ permittivitet relativ dielektrisk konstant ... Teknisk oversættervejledning

specifik dielektrisk konstant- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Engelsk-russisk ordbog for elektroteknik og kraftteknik, Moskva, 1999] Emner inden for elektroteknik, grundlæggende begreber EN simultan udvekslingsevneSIC ... Teknisk oversættervejledning

den dielektriske konstant- absolut dielektrisk konstant; industri dielektrisk konstant En skalar størrelse, der karakteriserer de elektriske egenskaber af et dielektrikum svarende til forholdet mellem størrelsen af ​​den elektriske forskydning og størrelsen af ​​den elektriske feltstyrke ... Polyteknisk terminologisk forklarende ordbog

Elektrisk permeabilitet

Elektrisk permittivitet er en værdi, der karakteriserer kapacitansen af ​​et dielektrikum placeret mellem pladerne på en kondensator. Som det er kendt, afhænger kapacitansen af ​​en flad kondensator af pladernes areal (jo større pladernes areal, jo større er kapacitansen), afstanden mellem pladerne eller tykkelsen af ​​dielektrikumet (jo tykkere dielektriske, jo mindre kapacitans), samt på det dielektriske materiale, hvis karakteristika er den elektriske konstant.

Numerisk er den elektriske permittivitet lig med forholdet mellem kondensatorens kapacitans og ethvert dielektrikum i den samme luftkondensator. For at skabe kompakte kondensatorer er det nødvendigt at bruge dielektrikum med høj elektrisk permittivitet. Den elektriske permittivitet af de fleste dielektriske stoffer er flere enheder.

Dielektriske stoffer med høj og ultrahøj elektrisk permeabilitet er opnået i teknologi. Deres hoveddel er rutil (titaniumdioxid).

Figur 1. Mediets elektriske permeabilitet

Dielektrisk tabsvinkel

I artiklen "Dielektrik" så vi på eksempler på at inkludere et dielektrikum i DC- og AC-kredsløb. Det viste sig, at i et rigtigt dielektrikum, når det opererer i et elektrisk felt dannet af en vekselspænding, frigives termisk energi. Den effekt, der absorberes i dette tilfælde, kaldes dielektriske tab. I artiklen "Et vekselstrømskredsløb indeholdende kapacitans" vil det blive bevist, at i et ideelt dielektrikum fører den kapacitive strøm spændingen med en vinkel mindre end 90°. I et rigtigt dielektrikum fører kapacitiv strøm spændingen med en vinkel mindre end 90°. Faldet i vinkel er påvirket af lækstrøm, ellers kaldet ledningsstrøm.

Forskellen mellem 90° og forskydningsvinklen mellem spænding og strøm, der passerer i et kredsløb med et reelt dielektrikum, kaldes den dielektriske tabsvinkel eller tabsvinklen og betegnes δ (delta). Oftere er det ikke selve vinklen, der bestemmes, men tangenten til denne vinkel -tan δ.

Det er blevet fastslået, at dielektriske tab er proportionale med kvadratet af spændingen, frekvensen af ​​vekselstrømmen, kapacitansen af ​​kondensatoren og tangenten af ​​den dielektriske tabsvinkel.

Følgelig, jo større det dielektriske tab tangens, tan δ, jo større energitabet i dielektrikumet, desto værre er det dielektriske materiale. Materialer med en relativt stor tg δ (i størrelsesordenen 0,08 - 0,1 eller mere) er dårlige isolatorer. Materialer med en relativt lille tan δ (ca. 0,0001) er gode isolatorer.

Foredrag nr. 19

1. Arten af ​​elektrisk ledningsevne af gasformige, flydende og faste dielektriske stoffer

Den dielektriske konstant

Relativ dielektrisk konstant, eller dielektrisk konstant ε- en af ​​de vigtigste makroskopiske elektriske parametre for et dielektrikum. Den dielektriske konstantε karakteriserer kvantitativt et dielektrikums evne til at blive polariseret i et elektrisk felt og evaluerer også graden af ​​dets polaritet; ε er en konstant for et dielektrisk materiale ved en given temperatur og frekvens af elektrisk spænding og viser, hvor mange gange ladningen af ​​en kondensator med et dielektrikum er større end ladningen af ​​en kondensator af samme størrelse med et vakuum.

Dielektrisk konstant bestemmer værdien af ​​den elektriske kapacitans af et produkt (kondensator, kabelisolering osv.). For en parallelpladekondensator er den elektriske kapacitans MED,Ф, udtrykt ved formel (1)

hvor S er arealet af måleelektroden, m2; h er tykkelsen af ​​dielektrikumet, m Fra formel (1) er det klart, at jo større værdi ε anvendt dielektrisk, jo større er kondensatorens elektriske kapacitans med samme dimensioner. Til gengæld er den elektriske kapacitans C proportionalitetskoefficienten mellem overfladeladningen QK, akkumuleret kondensator, og en elektrisk spænding påført den

garn U(2):

Af formel (2) følger, at den elektriske ladning QK, akkumuleret af kondensatoren er proportional med værdien ε dielektrisk. At vide QK og de geometriske dimensioner af kondensatoren kan bestemmes ε dielektrisk materiale for en given spænding.

Lad os overveje mekanismen for ladningsdannelse QK på elektroderne på en kondensator med et dielektrikum, og hvilke komponenter udgør denne ladning. For at gøre dette tager vi to flade kondensatorer med samme geometriske dimensioner: en med et vakuum, den anden med et interelektroderum fyldt med et dielektrikum og anvender den samme elektriske spænding til dem U(Fig. 1). En ladning dannes på elektroderne på den første kondensator Q0, på elektroderne af den anden - QK. Til gengæld afgiften QK er summen af ​​afgifter Q0 Og Q(3):

Oplade Q 0 dannes af det eksterne felt E0 ved at akkumulere tredjepartsladninger med overfladedensitet σ 0 på kondensatorens elektroder. Q- dette er en ekstra ladning på kondensatorens elektroder, skabt af en elektrisk spændingskilde for at kompensere for de bundne ladninger dannet på overfladen af ​​dielektrikumet.

I et ensartet polariseret dielektrikum er ladningen Q svarer til overfladedensiteten af ​​bundne ladninger σ. Ladningen σ danner et felt E сз, rettet modsat feltet E O.

Den dielektriske konstant for det pågældende dielektrikum kan repræsenteres som ladningsforholdet QK kondensator fyldt med dielektrisk til opladning Q0 den samme kondensator med vakuum (3):

Af formel (3) følger, at dielektricitetskonstanten ε - mængden er dimensionsløs, og for enhver dielektrikum er den større end enheden; i tilfælde af vakuum ε = 1. Også fra det betragtede eksempel

det kan ses, at ladningstætheden på elektroderne af en kondensator med et dielektrikum i ε gange ladningstætheden på elektroderne af en kondensator med et vakuum, og spændingerne ved samme spændinger for begge

deres kondensatorer er de samme og afhænger kun af spændingen U og afstande mellem elektroder (E = U/h).

Ud over den relative dielektriske konstant ε differentiere absolut dielektrisk konstant ε a, F/m, (4)

som ikke har nogen fysisk betydning og bruges i elektroteknik.

Den relative ændring i dielektricitetskonstanten εr med en stigning i temperaturen med 1 K kaldes temperaturkoefficienten for dielektricitetskonstanten.

ТКε = 1/ εr d εr/dT К-1 For luft ved 20°С ТК εr = -2,10-6К-

Elektrisk ældning i ferroelektrik udtrykkes som et fald i εr med tiden. Årsagen er omgrupperingen af ​​domæner.

En særlig skarp ændring i dielektricitetskonstanten over tid observeres ved temperaturer tæt på Curie-punktet. Opvarmning af ferroelektrik til en temperatur over Curie-punktet og efterfølgende afkøling returnerer εr til sin tidligere værdi. Den samme genoprettelse af dielektricitetskonstanten kan opnås ved at udsætte ferroelektrikummet for et elektrisk felt med øget intensitet.

For komplekse dielektrika - en mekanisk blanding af to komponenter med forskellig εr i en første tilnærmelse: εrх = θ1 · εr1х · θ · εr2х, hvor θ er den volumetriske koncentration af blandingskomponenterne, εr er den relative dielektriske konstant for blandingskomponenten.

Dielektrisk polarisering kan være forårsaget af: mekaniske belastninger (piezopolarisering i piezoelektrik); opvarmning (pyropolarisering i pyroelektrik); lys (fotopolarisering).

Den polariserede tilstand af et dielektrikum i et elektrisk felt E er karakteriseret ved det elektriske moment pr. volumenenhed, polarisation P, C/m2, som er relateret til dets relative dielektriske konstant, f.eks.: P = e0 (f.eks. - 1)E, hvor e0 = 8,85∙10-12 F/m. Produktet e0∙eг =e, F/m, kaldes den absolutte dielektriske konstant. I gasformige dielektrika afviger f.eks. lidt fra 1,0, i ikke-polære væsker og faste stoffer når det 1,5 - 3,0, i polære har det store værdier; i ionkrystaller, f.eks. - 5-MO, og i dem, der har et perovskitkrystalgitter, når det 200; i ferroelektrik fx - 103 og mere.

I ikke-polære dielektrika, f.eks. falder lidt med stigende temperatur i polære dielektrika, er ændringer forbundet med overvægten af ​​en eller anden type polarisering, den stiger i nogle ferroelektriske stoffer, ved Curie-temperaturen når den 104; mere. Temperaturændringer er f.eks. karakteriseret ved en temperaturkoefficient. Polære dielektrika er karakteriseret ved et fald i f.eks. frekvensområdet, hvor tiden t for polarisering er sammenlignelig med T/2.

Relateret information.

Niveauet af polariserbarhed af et stof er karakteriseret ved en særlig værdi kaldet dielektrisk konstant. Lad os overveje, hvad denne værdi er.

Lad os antage, at intensiteten af ​​et ensartet felt mellem to ladede plader i et vakuum er lig med E₀. Lad os nu udfylde hullet mellem dem med ethvert dielektrikum. som optræder ved grænsen mellem dielektrikumet og lederen på grund af dets polarisering, neutraliserer delvist virkningen af ​​ladninger på pladerne. Intensiteten E af dette felt bliver mindre end intensiteten Eo.

Erfaring viser, at når mellemrummet mellem pladerne sekventielt fyldes med ens dielektrikum, vil feltstyrkerne være anderledes. Ved at kende værdien af ​​forholdet mellem den elektriske feltstyrke mellem pladerne i fravær af dielektrisk E₀ og i nærvær af dielektrisk E, kan man derfor bestemme dens polariserbarhed, dvs. dens dielektriske konstant. Denne mængde er normalt angivet med det græske bogstav ԑ (epsilon). Derfor kan vi skrive:

Dielektrisk konstant viser, hvor mange gange mindre af disse ladninger i et dielektrikum (homogent) vil være end i et vakuum.

Faldet i kraften af ​​interaktion mellem ladninger er forårsaget af polariseringsprocesser af mediet. I et elektrisk felt reduceres elektroner i atomer og molekyler i forhold til ioner, og d.v.s. de molekyler, der har deres eget dipolmoment (især vandmolekyler), er orienteret i det elektriske felt. Disse øjeblikke skaber deres eget elektriske felt og modvirker det felt, der forårsagede deres udseende. Som et resultat falder det samlede elektriske felt. I små felter er dette fænomen beskrevet ved hjælp af begrebet dielektrisk konstant.

Nedenfor er den dielektriske konstant i vakuum for forskellige stoffer:

Luft…………………………………....1.0006

Paraffin………………………………… 2

Plexiglas (plexiglas)……3-4

Ebonit………………………………..…4

Porcelæn…………………………………………7

Glas………………………..…….4-7

Glimmer…………………………………..….4-5

Natursilke............4-5

Skifer........................6-7

Amber………………12.8

Vand………………………………………………….81

Disse værdier af stoffernes dielektriske konstant refererer til omgivelsestemperaturer i området 18-20 °C. Således varierer den dielektriske konstant for faste stoffer lidt med temperaturen, med undtagelse af ferroelektriske stoffer.

Tværtimod falder det for gasser på grund af en stigning i temperaturen og stiger på grund af en stigning i trykket. I praksis tages det som én.

Urenheder i små mængder har ringe effekt på niveauet af dielektrisk konstant for væsker.

Hvis to vilkårlige punktladninger placeres i et dielektrikum, falder feltstyrken, der skabes af hver af disse ladninger på stedet for den anden ladning, med ԑ gange. Det følger heraf, at den kraft, hvormed disse ladninger interagerer med hinanden, også er ԑ gange mindre. Derfor, for ladninger placeret i et dielektrikum, er det udtrykt ved formlen:

F = (q₁q₂)/(4πԑₐr²),

hvor F er vekselvirkningskraften, q₁ og q₂ er størrelsen af ​​ladningerne, ԑ er mediets absolutte dielektriske konstant, r er afstanden mellem punktladninger.

Værdien af ​​ԑ kan vises numerisk i relative enheder (i forhold til værdien af ​​den absolutte dielektriske permittivitet af vakuum ԑ₀). Værdien ԑ = ԑₐ/ԑ₀ kaldes den relative dielektriske konstant. Den afslører, hvor mange gange vekselvirkningen mellem ladninger i et uendeligt homogent medium er svagere end i et vakuum; ԑ = ԑₐ/ԑ₀ kaldes ofte kompleks dielektrisk konstant. Den numeriske værdi af mængden ԑ₀, såvel som dens dimension, afhænger af hvilket system af enheder der er valgt; og værdien af ​​ԑ - afhænger ikke. Så i SGSE-systemet ԑ₀ = 1 (denne fjerde grundlæggende enhed); i SI-systemet er den dielektriske konstant for vakuum udtrykt:

ԑ₀ = 1/(4π˖9˖10⁹) farad/meter = 8,85˖10⁻¹² f/m (i dette system er ԑ₀ en afledt størrelse).

Relativ dielektrisk konstant medium ε er en dimensionsløs fysisk størrelse, der karakteriserer egenskaberne af et isolerende (dielektrisk) medium. Det er forbundet med effekten af ​​polarisering af dielektrika under påvirkning af et elektrisk felt (og med værdien af ​​den dielektriske modtagelighed af mediet, der karakteriserer denne effekt). Værdien ε viser, hvor mange gange vekselvirkningskraften mellem to elektriske ladninger i et medium er mindre end i et vakuum. Den relative dielektriske konstant for luft og de fleste andre gasser under normale forhold er tæt på enhed (på grund af deres lave massefylde). For de fleste faste eller flydende dielektrika varierer den relative permittivitet fra 2 til 8 (for et statisk felt). Den dielektriske konstant for vand i et statisk felt er ret høj - omkring 80. Dens værdier er høje for stoffer med molekyler, der har en stor elektrisk dipol. Den relative dielektriske konstant for ferroelektrik er titusinder og hundredtusinder.

Praktisk brug

Dielektricitets dielektriske konstant er en af ​​hovedparametrene i designet af elektriske kondensatorer. Brugen af ​​materialer med høj dielektrisk konstant kan reducere de fysiske dimensioner af kondensatorer betydeligt.

Parameteren dielektrisk konstant tages i betragtning ved design af printplader. Værdien af ​​stoffets dielektriske konstant mellem lagene, i kombination med dets tykkelse, påvirker værdien af ​​den naturlige statiske kapacitans af effektlagene og påvirker også signifikant den karakteristiske impedans af lederne på kortet.

Frekvensafhængighed

Det skal bemærkes, at dielektricitetskonstanten i høj grad afhænger af frekvensen af ​​det elektromagnetiske felt. Dette bør altid tages i betragtning, da referencetabeller normalt indeholder data for et statisk felt eller lave frekvenser ned til nogle få kHz uden at angive dette. Samtidig er der optiske metoder til at opnå den relative dielektriske konstant baseret på brydningsindekset ved hjælp af ellipsometre og refraktometre. Værdien opnået ved den optiske metode (frekvens 10-14 Hz) vil afvige væsentligt fra dataene i tabellerne.

Overvej for eksempel tilfældet med vand. I tilfælde af et statisk felt (frekvens nul), er den relative dielektriske konstant under normale forhold ca. 80. Dette er tilfældet ned til infrarøde frekvenser. Starter ved cirka 2 GHz ε r begynder at falde. I det optiske område ε r er cirka 1,8. Dette er helt i overensstemmelse med det faktum, at vandets brydningsindeks i det optiske område er 1,33. I et snævert frekvensområde, kaldet optisk, falder dielektrisk absorption til nul, hvilket faktisk giver en person synsmekanismen i jordens atmosfære mættet med vanddamp. Med yderligere stigning i frekvens ændres mediets egenskaber igen.

Dielektriske konstantværdier for nogle stoffer