Yükler, Coulomb yasası tarafından belirlenen farklı ortamlarda farklı kuvvetlerle birbirleriyle etkileşime girer. Bu ortamların özellikleri, geçirgenlik adı verilen bir miktar tarafından belirlenir.
İçerik
dielektrik sabiti nedir
Göre Coulomb yasası, iki sabit nokta yükü q1 ve q2 vakumda, formül F tarafından verilen kuvvetle birbirleriyle etkileşime girersınıf=((1/4)*π*ε)*(|q1|*|q2|/r2), nerede:
- Fsınıf Coulomb kuvveti, N;
- q1, q2 şarj modülleri, C;
- r, yükler arasındaki mesafedir, m;
- ε0 - elektrik sabiti, 8.85 * 10-12 F/m (Metre başına Farad).
Etkileşim bir boşlukta gerçekleşmiyorsa, formül, maddenin Coulomb kuvveti üzerindeki etkisini belirleyen başka bir niceliği içerir ve Coulomb yasası aşağıdaki gibi yazılır:
F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q1|*|q2|/r2).
Bu değer Yunanca ε (epsilon) harfi ile gösterilir, boyutsuzdur (ölçü birimi yoktur). Dielektrik geçirgenlik, bir maddedeki yüklerin etkileşiminin zayıflama katsayısıdır.
Genellikle fizikte, geçirgenlik elektrik sabiti ile birlikte kullanılır, bu durumda mutlak geçirgenlik kavramını tanıtmak uygundur. ε ile gösterilira ve e'ye eşittira= ε*e. Bu durumda mutlak geçirgenlik F/m boyutuna sahiptir. Sıradan geçirgenlik ε, onu ε'dan ayırt etmek için göreceli olarak da adlandırılır.a.
Geçirgenliğin doğası
Geçirgenliğin doğası, bir elektrik alanının etkisi altında polarizasyon olgusuna dayanır. Çoğu madde, yüklü parçacıklar içermesine rağmen genellikle elektriksel olarak nötrdür. Bu parçacıklar, maddenin kütlesinde rastgele bulunur ve elektrik alanları ortalama olarak birbirlerini nötralize eder.
Dielektriklerde esas olarak bağlı yükler vardır (bunlara dipol denir). Bu dipoller geleneksel olarak, dielektrik kalınlığı boyunca kendiliğinden yönlenen ve ortalama olarak sıfır elektrik alan kuvveti oluşturan iki farklı parçacık demetlerini temsil eder. Bir dış alanın etkisi altında, dipoller kendilerini uygulanan kuvvete göre yönlendirme eğilimindedir. Sonuç olarak, ek bir elektrik alanı oluşturulur. Benzer olaylar polar olmayan dielektriklerde de meydana gelir.
İletkenlerde işlemler benzerdir, yalnızca bir dış alanın etkisi altında ayrılan ve ayrıca kendi elektrik alanlarını oluşturan serbest yükler vardır. Bu alan dış alana yönlendirilir, yükleri tarar ve etkileşimlerinin gücünü azaltır.Bir maddenin polarize olma yeteneği ne kadar büyükse, ε o kadar yüksektir.
Çeşitli maddelerin dielektrik sabiti
Farklı maddelerin farklı dielektrik sabitleri vardır. Bazıları için ε değeri Tablo 1'de verilmiştir. Bu değerlerin birden büyük olduğu açıktır, bu nedenle yüklerin etkileşimi, vakumla karşılaştırıldığında her zaman azalır. Ayrıca, hava için ε'nin birden biraz daha fazla olduğuna dikkat edilmelidir, bu nedenle havadaki yüklerin etkileşimi pratik olarak vakumdaki etkileşimden farklı değildir.
Tablo 1. Çeşitli maddeler için elektriksel geçirgenlik değerleri.
| Madde | dielektrik sabiti |
|---|---|
| Bakalit | 4,5 |
| Kağıt | 2,0..3,5 |
| su | 81 (+20 derece C'de) |
| Hava | 1,0002 |
| Germanyum | 16 |
| Getinax | 5..6 |
| Odun | 2.7..7.5 (çeşitli dereceler) |
| Radyo mühendisliği seramikleri | 10..200 |
| Mika | 5,7..11,5 |
| Bardak | 7 |
| tektolit | 7,5 |
| polistiren | 2,5 |
| PVC | 3 |
| floroplast | 2,1 |
| kehribar | 2,7 |
Kondansatörün dielektrik sabiti ve kapasitansı
ε'nin değerini bilmek pratikte, örneğin elektrik kapasitörleri oluştururken önemlidir. Onlara kapasite plakaların geometrik boyutlarına, aralarındaki mesafeye ve dielektrik geçirgenliğine bağlıdır.
alman gerekiyorsa kapasitör artan kapasite, daha sonra plakaların alanındaki bir artış, boyutlarda bir artışa yol açar. Elektrotlar arasındaki mesafeyi azaltmanın da pratik sınırları vardır. Bu durumda, dielektrik sabiti arttırılmış bir yalıtkan kullanılması yardımcı olabilir. ε değeri daha yüksek bir malzeme kullanırsanız, plakaların boyutunu küçültebilir veya aralarındaki mesafeyi kayıp olmadan artırabilirsiniz. elektrik kapasitesi.
Ferroelektrik adı verilen maddeler, belirli koşullar altında kendiliğinden polarizasyonun meydana geldiği ayrı bir kategoriye ayrılır.İncelenen alanda, iki nokta ile karakterize edilirler:
- büyük dielektrik geçirgenlik değerleri (tipik değerler - yüzlerce ila birkaç bin);
- dış elektrik alanını değiştirerek dielektrik sabitinin değerini kontrol etme yeteneği.
Bu özellikler, küçük ağırlık ve boyut göstergeleri ile (yalıtkanın dielektrik sabitinin artan değeri nedeniyle) yüksek kapasiteli kapasitörlerin üretimi için kullanılır.
Bu tür cihazlar yalnızca düşük frekanslı alternatif akım devrelerinde çalışır - frekans arttıkça dielektrik sabitleri azalır. Ferroelektriklerin bir başka uygulaması, değişen parametrelerle uygulanan bir elektrik alanının etkisi altında özellikleri değişen değişken kapasitörlerdir.
Dielektrik Sabiti ve Dielektrik Kayıpları
Ayrıca, dielektrikteki kayıplar, dielektrik sabitinin değerine bağlıdır - bu, dielektrikte onu ısıtmak için kaybedilen enerjinin bir parçasıdır. Bu kayıpları tanımlamak için genellikle tan δ parametresi kullanılır - dielektrik kayıp açısının tanjantı. Dielektrikin mevcut bir tg δ olan bir malzemeden yapıldığı bir kapasitördeki dielektrik kayıplarının gücünü karakterize eder. Ve her madde için spesifik güç kaybı, p=E formülü ile belirlenir.2*ώ*ε*ε*tg δ, burada:
- p özgül güç kaybıdır, W;
- ώ=2*π*f elektrik alanının dairesel frekansıdır;
- E elektrik alan şiddetidir, V/m.
Açıkçası, dielektrik sabiti ne kadar yüksek olursa, dielektrikteki kayıplar o kadar yüksek olur, diğer her şey eşit olur.
Geçirgenliğin dış etkenlere bağımlılığı
Geçirgenliğin değerinin, elektrik alanının frekansına (bu durumda, plakalara uygulanan voltajın frekansına) bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. Frekans arttıkça birçok madde için ε değeri azalır. Bu etki polar dielektrikler için belirgindir. Bu fenomen, yüklerin (dipollerin) alanı takip etmek için zamana sahip olmamasıyla açıklanabilir. İyonik veya elektronik polarizasyon ile karakterize edilen maddeler için, geçirgenliğin frekansa bağımlılığı küçüktür.
Bu nedenle, bir kapasitör dielektrik yapmak için malzeme seçimi çok önemlidir. Düşük frekanslarda işe yarayan şey, yüksek frekanslarda mutlaka iyi bir izolasyon sağlamayacaktır. Çoğu zaman, polar olmayan dielektrikler HF'de yalıtkan olarak kullanılır.
Ayrıca, dielektrik sabiti sıcaklığa ve farklı maddelere farklı şekillerde bağlıdır. Polar olmayan dielektrikler için artan sıcaklıkla azalır. Bu durumda, böyle bir yalıtkan kullanılarak yapılan kapasitörler için, negatif sıcaklık kapasitans katsayısından (TKE) bahsederler - kapasite ε'dan sonra artan sıcaklıkla azalır. Diğer maddeler için, artan sıcaklıkla geçirgenlik artar ve pozitif TKE'li kapasitörler elde edilebilir. Zıt TKE'li kapasitörleri bir çifte dahil ederek, termal olarak kararlı bir kapasitans elde edebilirsiniz.
Çeşitli maddelerin geçirgenliğinin değerinin özünü ve bilgisini anlamak, pratik amaçlar için önemlidir. Ve dielektrik sabitinin seviyesini kontrol etme yeteneği, ek teknik bakış açıları sağlar.
Benzer makaleler:
