Caj berinteraksi antara satu sama lain dalam media yang berbeza dengan daya yang berbeza, ditentukan oleh undang-undang Coulomb. Sifat-sifat media ini ditentukan oleh kuantiti yang dipanggil kemiringan.
Kandungan
Apakah pemalar dielektrik
mengikut undang-undang Coulomb, dua caj titik tetap q1 dan q2 dalam vakum berinteraksi antara satu sama lain dengan daya yang diberikan oleh formula Fkelas=((1/4)*π*ε)*(|q1|*|q2|/r2), di mana:
- Fkelas ialah daya Coulomb, N;
- q1, q2 ialah modul caj, C;
- r ialah jarak antara cas, m;
- ε0 - pemalar elektrik, 8.85 * 10-12 F/m (Farad per meter).
Jika interaksi tidak berlaku dalam vakum, formula termasuk kuantiti lain yang menentukan pengaruh jirim ke atas daya Coulomb, dan hukum Coulomb ditulis seperti berikut:
F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q1|*|q2|/r2).
Nilai ini dilambangkan dengan huruf Yunani ε (epsilon), ia tidak berdimensi (tidak mempunyai unit ukuran). Kemiringan dielektrik ialah pekali pengecilan interaksi cas dalam bahan.
Selalunya dalam fizik, kemiringan digunakan bersama dengan pemalar elektrik, dalam hal ini adalah mudah untuk memperkenalkan konsep kemiringan mutlak. Ia dilambangkan dengan εa dan sama dengan εa= ε*e. Dalam kes ini, kebolehtelapan mutlak mempunyai dimensi F/m. Kebolehtelapan biasa ε juga dipanggil relatif untuk membezakannya daripada εa.
Sifat kebenaran
Sifat kepelbagaian adalah berdasarkan fenomena polarisasi di bawah tindakan medan elektrik. Kebanyakan bahan secara amnya neutral secara elektrik, walaupun ia mengandungi zarah bercas. Zarah-zarah ini terletak secara rawak dalam jisim jirim dan medan elektriknya, secara purata, meneutralkan satu sama lain.
Dalam dielektrik, terdapat terutamanya cas terikat (ia dipanggil dipol). Dipol ini secara konvensional mewakili berkas dua zarah yang berbeza, yang secara spontan berorientasikan sepanjang ketebalan dielektrik dan, secara purata, mencipta kekuatan medan elektrik sifar. Di bawah tindakan medan luaran, dipol cenderung untuk mengorientasikan diri mereka mengikut daya yang dikenakan. Akibatnya, medan elektrik tambahan dicipta. Fenomena serupa juga berlaku dalam dielektrik nonpolar.
Dalam konduktor, prosesnya adalah serupa, hanya terdapat caj percuma, yang dipisahkan di bawah tindakan medan luaran dan juga mencipta medan elektrik mereka sendiri. Medan ini dihalakan ke arah luar, menapis caj dan mengurangkan kekuatan interaksinya.Semakin besar keupayaan sesuatu bahan untuk terpolarisasi, semakin tinggi ε.
Pemalar dielektrik pelbagai bahan
Bahan yang berbeza mempunyai pemalar dielektrik yang berbeza. Nilai ε bagi sesetengah daripadanya diberikan dalam Jadual 1. Jelas sekali bahawa nilai-nilai ini lebih besar daripada perpaduan, jadi interaksi caj, berbanding dengan vakum, sentiasa berkurangan. Perlu juga diperhatikan bahawa untuk udara ε adalah lebih sedikit daripada perpaduan, jadi interaksi cas dalam udara secara praktikalnya tidak berbeza daripada interaksi dalam vakum.
Jadual 1. Nilai kebolehtelapan elektrik untuk pelbagai bahan.
| bahan | Pemalar dielektrik |
|---|---|
| Bakelit | 4,5 |
| kertas | 2,0..3,5 |
| air | 81 (pada +20 darjah C) |
| Udara | 1,0002 |
| Germanium | 16 |
| Getinax | 5..6 |
| kayu | 2.7..7.5 (pelbagai gred) |
| Seramik kejuruteraan radio | 10..200 |
| Mika | 5,7..11,5 |
| kaca | 7 |
| Textolite | 7,5 |
| Polistirena | 2,5 |
| PVC | 3 |
| Fluoroplast | 2,1 |
| Amber | 2,7 |
Pemalar dielektrik dan kemuatan kapasitor
Mengetahui nilai ε adalah penting dalam amalan, sebagai contoh, apabila mencipta kapasitor elektrik. Mereka kapasiti bergantung pada dimensi geometri plat, jarak antara mereka, dan kebolehtelapan dielektrik.
Jika anda perlu dapatkan kapasitor kapasiti meningkat, maka peningkatan dalam kawasan plat membawa kepada peningkatan dalam dimensi. Terdapat juga had praktikal untuk mengurangkan jarak antara elektrod. Dalam kes ini, penggunaan penebat dengan peningkatan pemalar dielektrik boleh membantu. Jika anda menggunakan bahan dengan ε yang lebih tinggi, anda boleh membiak mengurangkan saiz plat atau meningkatkan jarak antara mereka tanpa kehilangan kapasiti elektrik.
Bahan yang dipanggil ferroelektrik dibezakan ke dalam kategori yang berasingan, di mana, dalam keadaan tertentu, polarisasi spontan berlaku.Di kawasan yang sedang dipertimbangkan, mereka dicirikan oleh dua perkara:
- nilai besar ketelusan dielektrik (nilai tipikal - dari ratusan hingga beberapa ribu);
- keupayaan untuk mengawal nilai pemalar dielektrik dengan menukar medan elektrik luaran.
Ciri-ciri ini digunakan untuk pembuatan kapasitor berkapasiti tinggi (disebabkan oleh peningkatan nilai pemalar dielektrik penebat) dengan penunjuk berat dan saiz yang kecil.
Peranti sedemikian hanya berfungsi dalam litar arus ulang-alik frekuensi rendah - apabila frekuensi meningkat, pemalar dielektriknya berkurangan. Satu lagi aplikasi ferroelektrik ialah kapasitor berubah-ubah, yang ciri-cirinya berubah di bawah pengaruh medan elektrik yang digunakan dengan parameter yang berbeza-beza.
Dielektrik Malar dan Kerugian Dielektrik
Juga, kerugian dalam dielektrik bergantung pada nilai pemalar dielektrik - ini adalah bahagian tenaga yang hilang dalam dielektrik untuk memanaskannya. Untuk menerangkan kerugian ini, parameter tan δ biasanya digunakan - tangen sudut kehilangan dielektrik. Ia mencirikan kuasa kehilangan dielektrik dalam kapasitor, di mana dielektrik diperbuat daripada bahan dengan tg δ yang tersedia. Dan kehilangan kuasa khusus bagi setiap bahan ditentukan oleh formula p=E2*ώ*ε*ε*tg δ, di mana:
- p ialah kehilangan kuasa khusus, W;
- ώ=2*π*f ialah kekerapan bulat bagi medan elektrik;
- E ialah kekuatan medan elektrik, V/m.
Jelas sekali, semakin tinggi pemalar dielektrik, semakin tinggi kerugian dalam dielektrik, semua perkara lain adalah sama.
Kebergantungan kebolehpercayaan pada faktor luaran
Perlu diingatkan bahawa nilai kebenaran bergantung pada kekerapan medan elektrik (dalam kes ini, pada kekerapan voltan yang digunakan pada plat). Apabila kekerapan meningkat, nilai ε berkurangan untuk banyak bahan. Kesan ini disebut untuk dielektrik kutub. Fenomena ini boleh dijelaskan oleh fakta bahawa cas (dipol) tidak lagi mempunyai masa untuk mengikuti medan. Bagi bahan yang dicirikan oleh polarisasi ionik atau elektronik, pergantungan kepelbagaian pada frekuensi adalah kecil.
Oleh itu, pemilihan bahan untuk membuat dielektrik kapasitor adalah sangat penting. Apa yang berfungsi pada frekuensi rendah tidak semestinya memberikan pengasingan yang baik pada frekuensi tinggi. Selalunya, dielektrik bukan kutub digunakan sebagai penebat pada HF.
Juga, pemalar dielektrik bergantung pada suhu, dan dalam bahan yang berbeza dengan cara yang berbeza. Bagi dielektrik nonpolar, ia berkurangan dengan peningkatan suhu. Dalam kes ini, untuk kapasitor yang dibuat menggunakan penebat sedemikian, mereka bercakap tentang pekali suhu negatif kapasitans (TKE) - kapasiti berkurangan dengan peningkatan suhu berikutan ε. Untuk bahan lain, kebolehtelapan meningkat dengan peningkatan suhu, dan kapasitor dengan TKE positif boleh diperolehi. Dengan memasukkan kapasitor dengan TKE bertentangan dalam sepasang, anda boleh mendapatkan kapasitans yang stabil secara haba.
Memahami intipati dan pengetahuan tentang nilai kepelbagaian bahan adalah penting untuk tujuan praktikal. Dan keupayaan untuk mengawal tahap pemalar dielektrik menyediakan perspektif teknikal tambahan.
Artikel yang serupa:
