Ang mga singil ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa iba't ibang media na may iba't ibang puwersa, na tinutukoy ng batas ng Coulomb. Ang mga katangian ng media na ito ay tinutukoy ng isang dami na tinatawag na permittivity.
Nilalaman
Ano ang dielectric constant
Ayon kay Batas ng Coulomb, dalawang fixed point charge q1 at q2 sa vacuum ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa puwersang ibinigay ng formula Fklase=((1/4)*π*ε)*(|q1|*|q2|/r2), kung saan:
- Fklase ay ang puwersa ng Coulomb, N;
- q1, q2 ay mga module ng pagsingil, C;
- r ay ang distansya sa pagitan ng mga singil, m;
- ε0 - pare-parehong elektrikal, 8.85 * 10-12 F/m (Farad bawat metro).
Kung ang pakikipag-ugnayan ay hindi magaganap sa isang vacuum, ang formula ay may kasamang isa pang dami na tumutukoy sa impluwensya ng bagay sa puwersa ng Coulomb, at ang batas ng Coulomb ay nakasulat bilang mga sumusunod:
F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q1|*|q2|/r2).
Ang halagang ito ay tinutukoy ng letrang Griyego na ε (epsilon), ito ay walang sukat (walang yunit ng pagsukat). Ang dielectric permittivity ay ang koepisyent ng pagpapalambing ng pakikipag-ugnayan ng mga singil sa isang sangkap.
Kadalasan sa pisika, ang permittivity ay ginagamit kasabay ng electrical constant, kung saan ito ay maginhawa upang ipakilala ang konsepto ng absolute permittivity. Ito ay tinutukoy ng εa at katumbas ng εa= ε*e. Sa kasong ito, ang absolute permeability ay may dimensyon na F/m. Ang ordinaryong permeability ε ay tinatawag ding relative para makilala ito sa εa.
Ang likas na katangian ng permittivity
Ang likas na katangian ng permittivity ay batay sa kababalaghan ng polariseysyon sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field. Karamihan sa mga sangkap ay karaniwang neutral sa kuryente, bagama't naglalaman ang mga ito ng mga sisingilin na particle. Ang mga particle na ito ay random na matatagpuan sa masa ng bagay at ang kanilang mga electric field, sa karaniwan, ay neutralisahin ang bawat isa.
Sa dielectrics, mayroong pangunahing nakatali na mga singil (tinatawag silang dipoles). Ang mga dipoles na ito ay kumbensyonal na kumakatawan sa mga bundle ng dalawang hindi magkatulad na mga particle, na kusang naka-orient sa kapal ng dielectric at, sa karaniwan, ay lumikha ng isang zero electric field na lakas. Sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na larangan, ang mga dipoles ay may posibilidad na i-orient ang kanilang mga sarili ayon sa inilapat na puwersa. Bilang isang resulta, isang karagdagang electric field ay nilikha. Ang mga katulad na phenomena ay nangyayari din sa mga nonpolar dielectrics.
Sa mga konduktor, ang mga proseso ay magkatulad, mayroon lamang mga libreng singil, na pinaghihiwalay sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na larangan at lumikha din ng kanilang sariling electric field. Ang field na ito ay nakadirekta sa panlabas, sina-screen ang mga singil at binabawasan ang lakas ng kanilang pakikipag-ugnayan.Kung mas malaki ang kakayahan ng isang substance na mag-polarize, mas mataas ang ε.
Dielectric na pare-pareho ng iba't ibang mga sangkap
Ang iba't ibang mga sangkap ay may iba't ibang dielectric constants. Ang halaga ng ε para sa ilan sa mga ito ay ibinibigay sa Talahanayan 1. Malinaw na ang mga halagang ito ay mas malaki kaysa sa pagkakaisa, kaya ang pakikipag-ugnayan ng mga singil, kung ihahambing sa vacuum, ay palaging bumababa. Dapat ding tandaan na para sa hangin ε ay bahagyang higit sa pagkakaisa, kaya ang pakikipag-ugnayan ng mga singil sa hangin ay halos hindi naiiba sa pakikipag-ugnayan sa vacuum.
Talahanayan 1. Mga halaga ng electrical permeability para sa iba't ibang mga sangkap.
| sangkap | Ang dielectric na pare-pareho |
|---|---|
| Bakelite | 4,5 |
| Papel | 2,0..3,5 |
| Tubig | 81 (sa +20 degrees C) |
| Hangin | 1,0002 |
| Germanium | 16 |
| Getinax | 5..6 |
| Kahoy | 2.7..7.5 (iba't ibang grado) |
| Mga keramika sa radio engineering | 10..200 |
| Mica | 5,7..11,5 |
| Salamin | 7 |
| Textolite | 7,5 |
| Polisterin | 2,5 |
| PVC | 3 |
| Fluoroplast | 2,1 |
| Amber | 2,7 |
Dielectric na pare-pareho at kapasidad ng kapasitor
Ang pag-alam sa halaga ng ε ay mahalaga sa pagsasanay, halimbawa, kapag lumilikha ng mga de-koryenteng capacitor. Sila kapasidad depende sa geometric na sukat ng mga plato, ang distansya sa pagitan ng mga ito, at ang permittivity ng dielectric.
Kung kailangan mong makuha kapasitor nadagdagan ang kapasidad, pagkatapos ay ang pagtaas sa lugar ng mga plato ay humahantong sa pagtaas ng mga sukat. Mayroon ding mga praktikal na limitasyon sa pagbawas ng distansya sa pagitan ng mga electrodes. Sa kasong ito, ang paggamit ng isang insulator na may tumaas na dielectric constant ay makakatulong. Kung gagamit ka ng materyal na may mas mataas na ε, maaari mong i-multiply bawasan ang laki ng mga plate o dagdagan ang distansya sa pagitan ng mga ito nang walang pagkawala kapasidad ng kuryente.
Ang mga sangkap na tinatawag na ferroelectrics ay nakikilala sa isang hiwalay na kategorya, kung saan, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, nangyayari ang kusang polariseysyon.Sa lugar na isinasaalang-alang, ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang puntos:
- malalaking halaga ng dielectric permittivity (karaniwang mga halaga - mula sa daan-daan hanggang ilang libo);
- ang kakayahang kontrolin ang halaga ng dielectric na pare-pareho sa pamamagitan ng pagbabago ng panlabas na electric field.
Ang mga katangiang ito ay ginagamit para sa paggawa ng mga high-capacity capacitor (dahil sa tumaas na halaga ng dielectric constant ng insulator) na may maliit na mga tagapagpahiwatig ng timbang at laki.
Ang ganitong mga aparato ay gumagana lamang sa mababang-dalas na alternating kasalukuyang mga circuit - habang ang dalas ay tumataas, ang kanilang dielectric na pare-pareho ay bumababa. Ang isa pang aplikasyon ng ferroelectrics ay variable capacitors, na ang mga katangian ay nagbabago sa ilalim ng impluwensya ng isang inilapat na electric field na may iba't ibang mga parameter.
Dielectric Constant at Dielectric na Pagkalugi
Gayundin, ang mga pagkalugi sa dielectric ay nakasalalay sa halaga ng dielectric constant - ito ang bahagi ng enerhiya na nawala sa dielectric upang mapainit ito. Upang ilarawan ang mga pagkalugi na ito, karaniwang ginagamit ang parameter na tan δ - ang tangent ng dielectric loss angle. Nailalarawan nito ang kapangyarihan ng mga pagkalugi ng dielectric sa isang kapasitor, kung saan ang dielectric ay gawa sa isang materyal na may magagamit na tg δ. At ang tiyak na pagkawala ng kapangyarihan para sa bawat sangkap ay tinutukoy ng formula p=E2*ώ*ε*ε*tg δ, kung saan:
- p ay ang tiyak na pagkawala ng kuryente, W;
- ώ=2*π*f ay ang circular frequency ng electric field;
- Ang E ay ang lakas ng patlang ng kuryente, V/m.
Malinaw, mas mataas ang dielectric constant, mas mataas ang mga pagkalugi sa dielectric, lahat ng iba pang mga bagay ay pantay.
Pag-asa ng permittivity sa panlabas na mga kadahilanan
Dapat tandaan na ang halaga ng permittivity ay depende sa dalas ng electric field (sa kasong ito, sa dalas ng boltahe na inilapat sa mga plato). Habang tumataas ang dalas, bumababa ang halaga ng ε para sa maraming sangkap. Ang epektong ito ay binibigkas para sa mga polar dielectrics. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga singil (dipoles) ay tumigil na magkaroon ng oras upang sundin ang larangan. Para sa mga sangkap na nailalarawan sa pamamagitan ng ionic o electronic polarization, ang pagtitiwala ng permittivity sa dalas ay maliit.
Samakatuwid, ang pagpili ng mga materyales para sa paggawa ng isang capacitor dielectric ay napakahalaga. Ang gumagana sa mababang frequency ay hindi nangangahulugang magbibigay ng mahusay na paghihiwalay sa mataas na frequency. Kadalasan, ang mga di-polar na dielectric ay ginagamit bilang isang insulator sa HF.
Gayundin, ang dielectric na pare-pareho ay nakasalalay sa temperatura, at sa iba't ibang mga sangkap sa iba't ibang paraan. Para sa mga nonpolar dielectrics, bumababa ito sa pagtaas ng temperatura. Sa kasong ito, para sa mga capacitor na ginawa gamit ang naturang insulator, nagsasalita sila ng isang negatibong koepisyent ng temperatura ng kapasidad (TKE) - kapasidad bumababa sa pagtaas ng temperatura kasunod ng ε. Para sa iba pang mga sangkap, ang permeability ay tumataas sa pagtaas ng temperatura, at ang mga capacitor na may positibong TKE ay maaaring makuha. Sa pamamagitan ng pagsasama ng mga capacitor na may kabaligtaran na TKE sa isang pares, maaari kang makakuha ng thermally stable na kapasidad.
Ang pag-unawa sa kakanyahan at kaalaman sa halaga ng permittivity ng iba't ibang mga sangkap ay mahalaga para sa mga praktikal na layunin. At ang kakayahang kontrolin ang antas ng dielectric constant ay nagbibigay ng karagdagang teknikal na pananaw.
Mga katulad na artikulo:
