Permittività relativa

La costante dielettrica la costante dielettrica

il valore di ε, che mostra quante volte la forza di interazione di due cariche elettriche in un mezzo è minore che nel vuoto. In un mezzo isotropo, ε è correlato alla suscettività dielettrica χ dalla relazione: ε = 1 + 4π χ. La permittività di un mezzo anisotropo è un tensore. La permittività dipende dalla frequenza del campo; in forti campi elettrici, la permittività inizia a dipendere dall'intensità del campo.

LA COSTANTE DIELETTRICA

PERMETTIVITÀ DIELETTRICA, una quantità adimensionale e, che mostra quante volte la forza di interazione F tra cariche elettriche in un dato mezzo è inferiore alla loro forza di interazione F o nel vuoto:
e \u003d F circa / F.
La costante dielettrica mostra quante volte il campo è indebolito dal dielettrico (centimetro. DIELETTRICO), che caratterizza quantitativamente la proprietà di un dielettrico di essere polarizzato in un campo elettrico.
Il valore della permittività relativa di una sostanza, che ne caratterizza il grado di polarizzabilità, è determinato dai meccanismi di polarizzazione (centimetro. POLARIZZAZIONE). Tuttavia, il valore dipende in larga misura anche dallo stato di aggregazione della sostanza, poiché durante le transizioni da uno stato all'altro, la densità della sostanza, la sua viscosità e isotropia cambiano in modo significativo (centimetro. ISOTROPIA).
Costante dielettrica dei gas
Le sostanze gassose sono caratterizzate da densità molto basse dovute a lunghe distanze tra le molecole. A causa di ciò, la polarizzazione di tutti i gas è trascurabile e la costante dielettrica sono vicini all'unità. La polarizzazione di un gas può essere puramente elettronica o dipolo se le molecole di gas sono polari, ma anche in questo caso la polarizzazione elettronica è di primaria importanza. La polarizzazione di vari gas è maggiore, maggiore è il raggio della molecola di gas ed è numericamente vicina al quadrato dell'indice di rifrazione per questo gas.
La dipendenza di un gas dalla temperatura e dalla pressione è determinata dal numero di molecole per unità di volume del gas, che è proporzionale alla pressione e inversamente proporzionale alla temperatura assoluta.
L'aria in condizioni normali ha e = 1,0006 e il suo coefficiente di temperatura ha un valore di circa 2. 10 -6 K -1 .
Costante dielettrica dei dielettrici liquidi
I dielettrici liquidi possono essere composti da molecole non polari o polari. Il valore e dei liquidi non polari è determinato dalla polarizzazione dell'elettrone, quindi è piccolo, vicino al valore del quadrato della rifrazione della luce e di solito non supera 2,5. La dipendenza di e di un liquido non polare dalla temperatura è associata a una diminuzione del numero di molecole per unità di volume, cioè a una diminuzione della densità, e il suo coefficiente di temperatura è vicino al coefficiente di temperatura dell'espansione del volume del liquido, ma differisce nel segno.
La polarizzazione dei liquidi contenenti molecole dipolari è determinata contemporaneamente dalle componenti elettroniche e dipole-relax. Tali liquidi hanno maggiore è la costante dielettrica, maggiore è il valore del momento elettrico dei dipoli (centimetro. DIPOLO) e maggiore è il numero di molecole per unità di volume. La dipendenza dalla temperatura nel caso dei liquidi polari è complessa.
Costante dielettrica dei dielettrici solidi
A solidi può assumere una varietà di valori numerici in accordo con la diversità caratteristiche strutturali dielettrico solido. Nei dielettrici solidi sono possibili tutti i tipi di polarizzazione.
Il valore più piccolo di e ha dielettrici solidi, costituiti da molecole non polari e aventi solo polarizzazione elettronica.
I dielettrici solidi, che sono cristalli ionici con imballaggio ravvicinato di particelle, hanno polarizzazioni elettroniche e ioniche e hanno valori e che si trovano in un ampio intervallo (e salgemma - 6; e corindone - 10; e rutilo - 110; e titanato di calcio - 150).
e di vari vetri inorganici, che si avvicinano nella struttura ai dielettrici amorfi, si trova in un intervallo relativamente ristretto da 4 a 20.
I dielettrici organici polari hanno una polarizzazione di dipolo-rilassamento allo stato solido. e di questi materiali dipende in larga misura dalla temperatura e dalla frequenza della tensione applicata, rispettando le stesse leggi dei liquidi dipolo.

Permittività relativa ambiente ε - adimensionale quantità fisica caratterizzare le proprietà di un mezzo isolante (dielettrico). Associato all'effetto di polarizzazione dei dielettrici sotto l'azione di campo elettrico(e con la suscettibilità dielettrica del mezzo che caratterizza questo effetto). Il valore di ε mostra quante volte la forza di interazione di due cariche elettriche in un mezzo è minore che nel vuoto. La permettività relativa dell'aria e della maggior parte degli altri gas in condizioni normali è vicina all'unità (a causa della loro bassa densità). Per la maggior parte dei dielettrici solidi o liquidi, la permittività relativa varia da 2 a 8 (per un campo statico). La costante dielettrica dell'acqua in un campo statico è piuttosto alta - circa 80. I suoi valori sono grandi per sostanze con molecole che hanno un grande dipolo elettrico. La permittività relativa dei materiali ferroelettrici è di decine e centinaia di migliaia.

Uso pratico

La permittività dei dielettrici è uno dei parametri principali nello sviluppo dei condensatori elettrici. L'uso di materiali con un'elevata costante dielettrica può ridurre notevolmente le dimensioni fisiche dei condensatori.

Il parametro di permittività viene preso in considerazione durante la progettazione di circuiti stampati. Il valore della costante dielettrica della sostanza tra gli strati in combinazione con il suo spessore influisce sul valore della capacità statica naturale degli strati di potenza e influisce anche in modo significativo sulla resistenza d'onda dei conduttori sulla scheda.

Dipendenza dalla frequenza

Va notato che la permittività dipende in larga misura dalla frequenza del campo elettromagnetico. Questo dovrebbe essere sempre tenuto in considerazione, poiché le tabelle del manuale di solito contengono dati per un campo statico o basse frequenze fino a diverse unità di kHz senza indicarlo. Allo stesso tempo, esistono anche metodi ottici per ottenere la permittività relativa dall'indice di rifrazione utilizzando ellissometri e rifrattometri. Il valore ottenuto con il metodo ottico (frequenza 10 14 Hz) differirà significativamente dai dati nelle tabelle.

Si consideri, ad esempio, il caso dell'acqua. Nel caso di un campo statico (la frequenza è zero), la permittività relativa in condizioni normali è di circa 80. Questo è il caso fino alle frequenze dell'infrarosso. A partire da circa 2 GHz εr inizia a cadere. Nella gamma ottica εrè di circa 1,8. Ciò è coerente con il fatto che nel campo ottico l'indice di rifrazione dell'acqua è 1,33. In una stretta gamma di frequenze, chiamata ottica, l'assorbimento dielettrico scende a zero, il che in realtà fornisce a una persona un meccanismo di visione nell'atmosfera terrestre satura di vapore acqueo. All'aumentare della frequenza, le proprietà del mezzo cambiano nuovamente.

Valori costanti dielettrici per alcune sostanze

Sostanza	Formula chimica	Condizioni di misura	Il valore caratteristico ε r
Alluminio	Al	1 kHz	-1300 + 1,3 Modello: Ei
D'argento	Ag	1 kHz	-85 + 8 Modello: Ei
Vuoto	-	-	1
Aria	-	Condizioni di riferimento, 0,9 MHz	1.00058986±0.00000050
Diossido di carbonio	CO2	Condizioni normali	1,0009
Teflon	-	-	2,1
Nylon	-	-	3,2
Polietilene	[-CH 2 -CH 2 -] n	-	2,25
Polistirolo	[-CH 2 -C (C 6 H 5) H-] n	-	2,4-2,7
Gomma	-	-	2,4
Bitume	-	-	2,5-3,0
solfuro di carbonio	CS2	-	2,6
Paraffina	C 18 H 38 - C 35 H 72	-	2,0-3,0
Carta	-	-	2,0-3,5
Polimeri elettroattivi	−	−	2-12
Ebanite	(C 6 H 9 S) 2	−	2,5-3,0
Plexiglas (plexiglas)	-	-	3,5
Quarzo	SiO2	-	3,5-4,5
Silice	SiO2	−	3,9
Bachelite	-	-	4,5
Calcestruzzo	−	−	4,5
Porcellana	−	−	4,5-4,7
Bicchiere	−	−	4,7 (3,7-10)
Fibra di vetro FR-4	-	-	4,5-5,2
Getinak	-	-	5-6

Permittività relativa

Permittività relativa ambiente ε è una grandezza fisica adimensionale che caratterizza le proprietà di un mezzo isolante (dielettrico). È connesso con l'effetto di polarizzazione dei dielettrici sotto l'azione di un campo elettrico (e con il valore della suscettibilità dielettrica del mezzo che caratterizza questo effetto). Il valore di ε mostra quante volte la forza di interazione di due cariche elettriche in un mezzo è minore che nel vuoto. La permettività relativa dell'aria e della maggior parte degli altri gas in condizioni normali è vicina all'unità (a causa della loro bassa densità). Per la maggior parte dei dielettrici solidi o liquidi, la permittività relativa varia da 2 a 8 (per un campo statico). La costante dielettrica dell'acqua in un campo statico è piuttosto alta - circa 80. I suoi valori sono grandi per sostanze con molecole che hanno un grande dipolo elettrico. La permittività relativa dei materiali ferroelettrici è di decine e centinaia di migliaia.

Misurazione

Permettività relativa di una sostanza εr può essere determinato confrontando la capacità di un condensatore di prova con un dato dielettrico (C x) e la capacità dello stesso condensatore nel vuoto (C o):

Uso pratico

La capacità dei condensatori è determinata:

dove εrè la permittività della sostanza tra le piastre, εo- costante elettrica, S- l'area delle piastre del condensatore, d- distanza tra i piatti.

Dipendenza dalla frequenza

Appunti

Guarda anche

Permettività del vuoto (costante elettrica)

Valori costanti dielettrici per alcune sostanze

Sostanza	Formula chimica	Condizioni di misura	Il valore caratteristico ε r
Alluminio	Al	1 kHz	-1300 + 1,3 10 14 i
D'argento	Ag	1 kHz	-85 + 8 10 12 i
Vuoto	-	-	1
Aria	-	Condizioni di riferimento, 0,9 MHz	1.00058986±0.00000050
Diossido di carbonio	CO2	Condizioni normali	1,0009
Teflon	-	-	2,1
Nylon	-	-	3,2
Polietilene	[-CH 2 -CH 2 -] n	-	2,25
Polistirolo	[-CH 2 -C (C 6 H 5) H-] n	-	2,4-2,7
Gomma	-	-	2,4
Bitume	-	-	2,5-3,0
solfuro di carbonio	CS2	-	2,6
Paraffina	C 18 H 38 - C 35 H 72	-	2,0-3,0
Carta	-	-	2,0-3,5
Polimeri elettroattivi	−	−	2-12

La costante dielettrica ambiente - una quantità fisica che caratterizza le proprietà di un mezzo isolante (dielettrico) e mostra la dipendenza dell'induzione elettrica dall'intensità di un campo elettrico.

È determinato dall'effetto di polarizzazione dei dielettrici sotto l'azione di un campo elettrico (e con il valore della suscettibilità dielettrica del mezzo che caratterizza questo effetto).

Ci sono permittività relative e assolute.

La permittività relativa ε è adimensionale e mostra quante volte la forza di interazione di due cariche elettriche in un mezzo è inferiore rispetto al vuoto. Questo valore per l'aria e la maggior parte degli altri gas in condizioni normali è vicino all'unità (a causa della loro bassa densità). Per la maggior parte dei dielettrici solidi o liquidi, la permittività relativa varia da 2 a 8 (per un campo statico). La costante dielettrica dell'acqua in un campo statico è piuttosto alta - circa 80. I suoi valori sono grandi per sostanze con molecole che hanno un grande momento di dipolo elettrico. La permittività relativa dei materiali ferroelettrici è di decine e centinaia di migliaia.

La permittività assoluta nella letteratura straniera è indicata dalla lettera , nella letteratura nazionale si usa principalmente la combinazione ε ε 0 (\ displaystyle ~ (\ varepsilon ) (\ varepsilon ) _ (0)), dove è la costante elettrica. La permittività assoluta viene utilizzata solo nel Sistema internazionale di unità (SI), in cui l'induzione e l'intensità del campo elettrico sono misurate in unità diverse. Nel sistema CGS non è necessario introdurre la permittività assoluta. La costante dielettrica assoluta (così come la costante elettrica) ha la dimensione L −3 M −1 T 4 I². In unità del Sistema internazionale di unità (SI): [ ε 0 (\ displaystyle ~ (\ varepsilon ) _ (0))]= / .

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In generale, la permittività è un tensore determinato dalle seguenti relazioni (la notazione utilizza la convenzione di Einstein):
D io = ε 0 ε io j E j (\ displaystyle ~ D_ (i) = \ varepsilon _ (0) \ varepsilon _ (ij) E_ (j)) D = ε un 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))- vettore di intensità del campo elettrico, D = D 1 e 1 + D 2 e 2 + D 3 e 3 (\displaystyle ~\mathbf (D) =D_(1)\mathbf (e) _(1)+D_(2)\mathbf (e) _ (2)+D_(3)\mathbf (e) _(3))- vettore di induzione elettrica, ε un = ε 0 ((ε un) io j) (\ displaystyle ~(\ boldsymbol (\ varepsilon )) _ (a) = \ varepsilon _ (0) ((\ varepsilon _ (a)) _ (ij)))è il tensore di permittività assoluto.
E = E 0 e io ω t ⇒ ∂ E ∂ t = io ω E (\ displaystyle ~ \ mathbf (E) = \ mathbf (E) _ (0) e^ (i \ omega t) \ \ Rightarrow \ (\ frac (\parziale \mathbf (E) )(\parziale t))=i\omega \mathbf (E))

Misurazione

Permettività relativa di una sostanza εr può essere determinato confrontando la capacità di un condensatore di prova con un dato dielettrico (C x) e la capacità dello stesso condensatore nel vuoto (C o):
ε r = C x C 0 . (\ displaystyle \ varepsilon _(r)=(\ frac (C_(x))(C_(0))).)
Uso pratico

La permittività dei dielettrici è uno dei parametri principali nello sviluppo dei condensatori elettrici. L'uso di materiali con un'elevata costante dielettrica può ridurre notevolmente le dimensioni fisiche dei condensatori.

La capacità dei condensatori è determinata:
C = ε r ε 0 S d , (\ displaystyle C = \ varepsilon _ (r) \ varepsilon _ (0) (\ frac (S) (d)),)
dove εrè la permittività della sostanza tra le piastre, εo- elettrica costante, S- l'area delle piastre del condensatore, d- distanza tra i piatti.

Il parametro della costante dielettrica viene preso in considerazione durante lo sviluppo di circuiti stampati. Il valore della costante dielettrica della sostanza tra gli strati in combinazione con il suo spessore influisce sul valore della capacità statica naturale degli strati di potenza e influisce anche in modo significativo sulla resistenza d'onda dei conduttori sulla scheda.
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