Suhteellinen permittiivisyys

Dielektrisyysvakio dielektrisyysvakio

ε:n arvo, joka osoittaa kuinka monta kertaa kahden sähkövarauksen vuorovaikutusvoima väliaineessa on pienempi kuin tyhjiössä. Isotrooppisessa väliaineessa ε suhteutetaan dielektriseen susceptibiliteettiin χ suhteella: ε = 1 + 4π χ. Anisotrooppisen väliaineen permittiivisyys on tensori. Permittiivisyys riippuu kentän taajuudesta; voimakkaissa sähkökentissä permittiivisyys alkaa riippua kentänvoimakkuudesta.

DIELEKTRIN VAKIO

DIELEKTRIN PERMITTIVITY, dimensioton suure e, joka osoittaa kuinka monta kertaa sähkövarausten välinen vuorovaikutusvoima F tietyssä väliaineessa on pienempi kuin niiden vuorovaikutusvoima F o tyhjiössä:
e \u003d F noin / F.
Dielektrisyysvakio näyttää kuinka monta kertaa eriste heikentää kenttää (cm. DIELECTRIC), joka kuvaa kvantitatiivisesti eristeen ominaisuutta polarisoitua sähkökentässä.
Aineen suhteellisen permittiivisyyden arvo, joka kuvaa sen polarisoitumisastetta, määräytyy polarisaatiomekanismien avulla. (cm. POLARISAATIO). Arvo riippuu kuitenkin suurelta osin myös aineen aggregaatiotilasta, sillä tilasta toiseen siirtymisen aikana aineen tiheys, viskositeetti ja isotropia muuttuvat merkittävästi. (cm. ISOTROPY).
Kaasujen dielektrisyysvakio
Kaasumaisille aineille on ominaista erittäin alhainen tiheys johtuen pitkät matkat molekyylien välillä. Tästä johtuen kaikkien kaasujen polarisaatio on mitätön ja dielektrisyysvakio he ovat lähellä yhtenäisyyttä. Kaasun polarisaatio voi olla puhtaasti elektronista tai dipolia, jos kaasumolekyylit ovat polaarisia, mutta myös tässä tapauksessa elektronipolarisaatiolla on ensisijainen merkitys. Eri kaasujen polarisaatio on sitä suurempi, mitä suurempi kaasumolekyylin säde on, ja se on numeerisesti lähellä tämän kaasun taitekertoimen neliötä.
Kaasun riippuvuus lämpötilasta ja paineesta määräytyy molekyylien lukumäärällä kaasun tilavuusyksikköä kohti, mikä on verrannollinen paineeseen ja kääntäen verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan.
Normaaliolosuhteissa ilman e = 1,0006 ja sen lämpötilakertoimen arvo on noin 2. 10-6 K-1.
Nestemäisten eristeiden dielektrisyysvakio
Nestemäiset dielektriset aineet voivat koostua ei-polaarisista tai polaarisista molekyyleistä. Ei-polaaristen nesteiden e-arvo määräytyy elektronin polarisaatiosta, joten se on pieni, lähellä valon taittumisen neliön arvoa, eikä yleensä ylitä 2,5. Ei-polaarisen nesteen e:n riippuvuus lämpötilasta liittyy molekyylien määrän vähenemiseen tilavuusyksikköä kohti, eli tiheyden pienenemiseen, ja sen lämpötilakerroin on lähellä nesteen tilavuuden laajenemisen lämpötilakerrointa. nestemäinen, mutta eroaa merkistä.
Dipolimolekyylejä sisältävien nesteiden polarisaation määräävät samanaikaisesti elektroniset ja dipolirelaksaatiokomponentit. Tällaisilla nesteillä on mitä suurempi dielektrisyysvakio, sitä suurempi on dipolien sähkömomentti (cm. DIPOLI) ja mitä suurempi on molekyylien määrä tilavuusyksikköä kohti. Lämpötilariippuvuus polaaristen nesteiden tapauksessa on monimutkainen.
Kiinteiden eristeiden dielektrisyysvakio
AT kiinteät aineet voi ottaa erilaisia numeerisia arvoja monimuotoisuuden mukaan rakenteellisia ominaisuuksia kiinteä dielektrinen. Kiinteissä dielektrikissä kaiken tyyppinen polarisaatio on mahdollista.
Pienimmällä e:n arvolla on kiinteitä eristeitä, jotka koostuvat ei-polaarisista molekyyleistä ja joilla on vain elektroninen polarisaatio.
Kiinteillä eristeillä, jotka ovat ionikiteitä, joissa on tiiviit hiukkasten pakkaukset, on elektroninen ja ioninen polarisaatio ja niiden e-arvot ovat laajalla alueella (e kivisuola - 6; e korundi - 10; e rutiili - 110; e kalsiumtitanaatti -150).
Erilaisten epäorgaanisten lasien e, joka lähestyy amorfisten eristeiden rakennetta, on suhteellisen kapealla alueella 4-20.
Polaarisilla orgaanisilla dielektreillä on dipolirelaksaatiopolarisaatio kiinteässä tilassa. Nämä materiaalit riippuvat suuressa määrin käytetyn jännitteen lämpötilasta ja taajuudesta noudattaen samoja lakeja kuin dipolinesteillä.

Suhteellinen permittiivisyys ympäristö ε - dimensioton fyysinen määrä eristävän (dielektrisen) väliaineen ominaisuudet. Liittyy eristeiden polarisaation vaikutukseen sähkökenttä(ja tätä vaikutusta luonnehtivan väliaineen dielektrisen herkkyyden kanssa). Arvo ε osoittaa, kuinka monta kertaa kahden sähkövarauksen vuorovaikutusvoima väliaineessa on pienempi kuin tyhjiössä. Ilman ja useimpien muiden kaasujen suhteellinen permittiivisyys normaaleissa olosuhteissa on lähellä yksikköä (niiden alhaisen tiheyden vuoksi). Useimmille kiinteille tai nestemäisille eristeille suhteellinen permittiivisyys vaihtelee välillä 2 - 8 (staattinen kenttä). Veden dielektrisyysvakio staattisessa kentässä on melko korkea - noin 80. Sen arvot ovat suuria aineille, joilla on molekyylejä, joilla on suuri sähködipoli. Ferrosähköisten materiaalien suhteellinen permittiivisyys on kymmeniä ja satoja tuhansia.

Käytännöllinen käyttö

Dielektriikkojen permittiivisyys on yksi tärkeimmistä parametreista sähkökondensaattorien suunnittelussa. Korkean dielektrisyysvakion omaavien materiaalien käyttö voi merkittävästi pienentää kondensaattoreiden fyysisiä mittoja.

Piirilevyjä suunniteltaessa on otettu huomioon permittiivisyysparametri. Aineen kerrosten välisen dielektrisyysvakion arvo yhdessä sen paksuuden kanssa vaikuttaa tehokerrosten luonnollisen staattisen kapasitanssin arvoon ja vaikuttaa myös merkittävästi levyn johtimien aaltoresistanssiin.

Taajuusriippuvuus

On huomattava, että permittiivisyys riippuu suuressa määrin sähkömagneettisen kentän taajuudesta. Tämä tulee aina ottaa huomioon, koska käsikirjan taulukot sisältävät yleensä tietoja staattisista kentistä tai matalista taajuuksista useisiin kHz:n yksiköihin asti, mutta tätä tosiasiaa ei mainita. Samanaikaisesti on olemassa myös optisia menetelmiä suhteellisen permittiivisyyden saamiseksi taitekertoimesta ellipsometreillä ja refraktometreillä. Optisella menetelmällä saatu arvo (taajuus 10 14 Hz) poikkeaa merkittävästi taulukoiden tiedoista.

Ajatellaanpa esimerkiksi vettä. Staattisen kentän tapauksessa (taajuus on nolla) suhteellinen permittiivisyys normaaleissa olosuhteissa on noin 80. Tämä pätee infrapunataajuuksiin asti. Alkaa noin 2 GHz εr alkaa pudota. Optisella alueella εr on noin 1,8. Tämä on yhdenmukainen sen tosiasian kanssa, että optisella alueella veden taitekerroin on 1,33. Kapealla taajuusalueella, jota kutsutaan optiseksi, dielektrinen absorptio putoaa nollaan, mikä itse asiassa tarjoaa ihmiselle näkömekanismin vesihöyryllä kyllästetyssä maan ilmakehässä. Kun taajuus kasvaa edelleen, väliaineen ominaisuudet muuttuvat jälleen.

Joidenkin aineiden dielektriset vakioarvot

Aine	Kemiallinen kaava	Mittausehdot	Ominaisuusarvo ε r
Alumiini	Al	1 kHz	-1300 + 1,3 Kuvio: Ei
Hopea	Ag	1 kHz	-85 + 8 Kuvio: Ei
Tyhjiö	-	-	1
ilmaa	-	Vertailuolosuhteet, 0,9 MHz	1,00058986±0,00000050
Hiilidioksidi	CO2	Normaalit olosuhteet	1,0009
Teflon	-	-	2,1
Nylon	-	-	3,2
Polyeteeni	[-CH2-CH2-]n	-	2,25
Polystyreeni	[-CH2-C(C6H5)H-]n	-	2,4-2,7
Kumi	-	-	2,4
Bitumi	-	-	2,5-3,0
hiilidisulfidi	CS2	-	2,6
Parafiini	C18H38 - C35H72	-	2,0-3,0
Paperi	-	-	2,0-3,5
Sähköaktiiviset polymeerit	−	−	2-12
Eboniitti	(C6H9S) 2	−	2,5-3,0
Pleksilasi (pleksilasi)	-	-	3,5
Kvartsi	Si02	-	3,5-4,5
Piidioksidi	Si02	−	3,9
Bakeliitti	-	-	4,5
Betoni	−	−	4,5
Posliini	−	−	4,5-4,7
Lasi	−	−	4,7 (3,7-10)
Lasikuitu FR-4	-	-	4,5-5,2
Getinaks	-	-	5-6

Suhteellinen permittiivisyys

Suhteellinen permittiivisyys ympäristö ε on dimensioton fysikaalinen suure, joka luonnehtii eristävän (dielektrisen) väliaineen ominaisuuksia. Se liittyy eristeiden polarisaatiovaikutukseen sähkökentän vaikutuksesta (ja tätä vaikutusta kuvaavan väliaineen dielektrisen herkkyyden arvoon). Arvo ε osoittaa, kuinka monta kertaa kahden sähkövarauksen vuorovaikutusvoima väliaineessa on pienempi kuin tyhjiössä. Ilman ja useimpien muiden kaasujen suhteellinen permittiivisyys normaaleissa olosuhteissa on lähellä yksikköä (niiden alhaisen tiheyden vuoksi). Useimmille kiinteille tai nestemäisille eristeille suhteellinen permittiivisyys vaihtelee välillä 2 - 8 (staattinen kenttä). Veden dielektrisyysvakio staattisessa kentässä on melko korkea - noin 80. Sen arvot ovat suuria aineille, joilla on molekyylejä, joilla on suuri sähködipoli. Ferrosähköisten materiaalien suhteellinen permittiivisyys on kymmeniä ja satoja tuhansia.

Mittaus

Aineen suhteellinen permittiivisyys εr voidaan määrittää vertaamalla testikondensaattorin kapasitanssia tiettyyn dielektriseen (C x) ja saman kondensaattorin kapasitanssia tyhjiössä (C o):

Käytännöllinen käyttö

Kondensaattorien kapasitanssi määritetään:

missä εr on aineen permittiivisyys levyjen välillä, ε o- sähkövakio, S- kondensaattorilevyjen pinta-ala, d- levyjen välinen etäisyys.

Taajuusriippuvuus

Huomautuksia

Katso myös

Tyhjiön permittiivisyys (sähkövakio)

Joidenkin aineiden dielektriset vakioarvot

Aine	Kemiallinen kaava	Mittausehdot	Ominaisuusarvo ε r
Alumiini	Al	1 kHz	-1300 + 1,3 10 14 i
Hopea	Ag	1 kHz	-85 + 8 10 12 i
Tyhjiö	-	-	1
ilmaa	-	Vertailuolosuhteet, 0,9 MHz	1,00058986±0,00000050
Hiilidioksidi	CO2	Normaalit olosuhteet	1,0009
Teflon	-	-	2,1
Nylon	-	-	3,2
Polyeteeni	[-CH2-CH2-]n	-	2,25
Polystyreeni	[-CH2-C(C6H5)H-]n	-	2,4-2,7
Kumi	-	-	2,4
Bitumi	-	-	2,5-3,0
hiilidisulfidi	CS2	-	2,6
Parafiini	C18H38 - C35H72	-	2,0-3,0
Paperi	-	-	2,0-3,5
Sähköaktiiviset polymeerit	−	−	2-12

Dielektrisyysvakio ympäristö - fysikaalinen suure, joka luonnehtii eristävän (dielektrisen) väliaineen ominaisuuksia ja osoittaa sähköisen induktion riippuvuuden sähkökentän voimakkuudesta.

Se määräytyy eristeiden polarisaation vaikutuksesta sähkökentän vaikutuksesta (ja tätä vaikutusta kuvaavan väliaineen dielektrisen herkkyyden suuruudesta).

On olemassa suhteellisia ja absoluuttisia sallivuuksia.

Suhteellinen permittiivisyys ε on dimensioton ja osoittaa kuinka monta kertaa kahden sähkövarauksen vuorovaikutusvoima väliaineessa on pienempi kuin tyhjiössä. Tämä ilman ja useimpien muiden kaasujen arvo normaaleissa olosuhteissa on lähellä yksikköä (niiden alhaisen tiheyden vuoksi). Useimmille kiinteille tai nestemäisille eristeille suhteellinen permittiivisyys vaihtelee välillä 2 - 8 (staattinen kenttä). Veden dielektrisyysvakio staattisessa kentässä on melko korkea - noin 80. Sen arvot ovat suuria aineille, joilla on molekyylejä, joilla on suuri sähköinen dipolimomentti. Ferrosähköisten materiaalien suhteellinen permittiivisyys on kymmeniä ja satoja tuhansia.

Absoluuttinen permittiivisyys ulkomaisessa kirjallisuudessa on merkitty kirjaimella , kotimaisessa kirjallisuudessa käytetään pääasiassa yhdistelmää ε ε 0 (\displaystyle ~(\varepsilon )(\varepsilon )_(0)), missä on sähkövakio. Absoluuttista permittiivisyyttä käytetään vain kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI), jossa induktio ja sähkökentän voimakkuus mitataan eri yksiköissä. CGS-järjestelmässä ei ole tarvetta ottaa käyttöön absoluuttista permittiivisyyttä. Absoluuttisella dielektrisyysvakiolla (samoin kuin sähkövakiolla) on mitat L −3 M −1 T 4 I². Kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) yksiköissä: [ ε 0 (\displaystyle ~(\varepsilon )_(0))]= / .

Tietosanakirja YouTube

1 / 5
Yleisesti ottaen permittiivisyys on tensori, joka määräytyy seuraavista suhteista (merkintä käyttää Einsteinin sopimusta):
D i = ε 0 ε i j E j (\displaystyle ~D_(i)=\varepsilon _(0)\varepsilon _(ij)E_(j)) D = ε a E (\displaystyle ~\mathbf (D) =(\boldsymbol (\varepsilon ))_(a)\mathbf (E) ) E = E 1 e 1 + E 2 e 2 + E 3 e 3 (\displaystyle ~\mathbf (E) =E_(1)\mathbf (e) _(1)+E_(2)\mathbf (e) _ (2)+E_(3)\mathbf (e) _(3))- sähkökentän voimakkuusvektori, D = D 1 e 1 + D 2 e 2 + D 3 e 3 (\näyttötyyli ~\mathbf (D) =D_(1)\mathbf (e) _(1)+D_(2)\mathbf (e) _ (2)+D_(3)\mathbf (e) _(3))- sähköinen induktiovektori, ε a = ε 0 ((ε a) i j) (\displaystyle ~(\boldsymbol (\varepsilon ))_(a)=\varepsilon _(0)((\varepsilon _(a))_(ij))) on absoluuttisen permittiivisyyden tensori.
E = E 0 e i ω t ⇒ ∂ E ∂ t = i ω E (\displaystyle ~\mathbf (E) =\mathbf (E) _(0)e^(i\omega t)\ \Rightarrow \ (\frac (\partial \mathbf (E) )(\partial t))=i\omega \mathbf (E) )

Mittaus

Aineen suhteellinen permittiivisyys εr voidaan määrittää vertaamalla testikondensaattorin kapasitanssia tiettyyn dielektriseen (C x) ja saman kondensaattorin kapasitanssia tyhjiössä (C o):
e r = C x CO. (\displaystyle \varepsilon _(r)=(\frac (C_(x))(C_(0))).)
Käytännöllinen käyttö

Eristeiden permittiivisyys on yksi tärkeimmistä parametreista sähkökondensaattorien kehittämisessä. Korkean dielektrisyysvakion omaavien materiaalien käyttö voi merkittävästi pienentää kondensaattoreiden fyysisiä mittoja.

Kondensaattorien kapasitanssi määritetään:
C = ε r ε 0 S d , (\displaystyle C=\varepsilon _(r)\varepsilon _(0)(\frac (S)(d)),)
missä εr on aineen permittiivisyys levyjen välillä, ε o- sähkö vakio, S- kondensaattorilevyjen pinta-ala, d- levyjen välinen etäisyys.

Dielektrisyysvakioparametri otetaan huomioon painettuja piirilevyjä kehitettäessä. Aineen kerrosten välisen dielektrisyysvakion arvo yhdessä sen paksuuden kanssa vaikuttaa tehokerrosten luonnollisen staattisen kapasitanssin arvoon ja vaikuttaa merkittävästi myös levyn johtimien aaltoresistanssiin.
Suosittelemme lukemaan