Relativ permittivitet

Den dielektriske konstanten den dielektriske konstanten

verdien av ε, som viser hvor mange ganger vekselvirkningskraften til to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i vakuum. I et isotropisk medium er ε relatert til den dielektriske susceptibiliteten χ ved forholdet: ε = 1 + 4π χ. Permittiviteten til et anisotropt medium er en tensor. Permittiviteten avhenger av frekvensen til feltet; i sterke elektriske felt begynner permittiviteten å avhenge av feltstyrken.

DEN DELEKTRISKE KONSTANTEN

DIELEKTRISK PERMITTIVITET, en dimensjonsløs størrelse e, som viser hvor mange ganger interaksjonskraften F mellom elektriske ladninger i et gitt medium er mindre enn deres interaksjonskraft F o i vakuum:
e \u003d F om / F.
Dielektrisitetskonstanten viser hvor mange ganger feltet svekkes av dielektrikumet (cm. DELEKTRISKE), som kvantitativt karakteriserer egenskapen til et dielektrikum som skal polariseres i et elektrisk felt.
Verdien av den relative permittiviteten til et stoff, som karakteriserer graden av dets polariserbarhet, bestemmes av polarisasjonsmekanismene (cm. POLARISERING). Imidlertid avhenger verdien i stor grad også av stoffets aggregeringstilstand, siden under overganger fra en tilstand til en annen endres stoffets tetthet, dets viskositet og isotropi betydelig. (cm. ISOTROPI).
Dielektrisk konstant for gasser
Gassformige stoffer er preget av svært lave tettheter pga lange avstander mellom molekyler. På grunn av dette er polariseringen av alle gasser ubetydelig og den dielektriske konstanten de er nær enhet. Polarisasjonen av en gass kan være rent elektronisk eller dipol hvis gassmolekylene er polare, men også i dette tilfellet er elektronpolarisasjonen av primær betydning. Polarisasjonen av forskjellige gasser er jo større, jo større radius til gassmolekylet, og er numerisk nær kvadratet av brytningsindeksen for denne gassen.
En gass avhengighet av temperatur og trykk bestemmes av antall molekyler per volumenhet av gassen, som er proporsjonal med trykket og omvendt proporsjonal med den absolutte temperaturen.
Luft under normale forhold har e = 1,0006, og dens temperaturkoeffisient har en verdi på omtrent 2. 10-6 K-1.
Dielektrisk konstant for flytende dielektriske stoffer
Flytende dielektriske stoffer kan være sammensatt av ikke-polare eller polare molekyler. e-verdien til ikke-polare væsker bestemmes av elektronpolarisasjonen, så den er liten, nær verdien av kvadratet av lysbrytning, og overstiger vanligvis ikke 2,5. Avhengigheten av e til en ikke-polar væske av temperaturen er assosiert med en reduksjon i antall molekyler per volumenhet, dvs. med en reduksjon i tetthet, og dens temperaturkoeffisient er nær temperaturkoeffisienten for volumutvidelsen til væske, men avviker i fortegn.
Polariseringen av væsker som inneholder dipolmolekyler bestemmes samtidig av de elektroniske og dipolavslapningskomponentene. Slike væsker har jo større dielektrisitetskonstanten, desto større er verdien av det elektriske momentet til dipolene (cm. DIPOLE) og jo større antall molekyler per volumenhet. Temperaturavhengigheten i tilfelle av polare væsker er kompleks.
Dielektrisk konstant for fast dielektrikum
PÅ faste stoffer kan ta på seg en rekke tallverdier i samsvar med mangfoldet strukturelle funksjoner solid dielektrisk. I solid dielektrikk er alle typer polarisering mulig.
Den minste verdien av e har fast dielektrikum, bestående av ikke-polare molekyler og har bare elektronisk polarisering.
Faste dielektriske stoffer, som er ioniske krystaller med tett pakking av partikler, har elektroniske og ioniske polarisasjoner og har e-verdier som ligger i et bredt område (e bergsalt - 6; e korund - 10; e rutil - 110; e kalsiumtitanat - 150).
e av forskjellige uorganiske glass, som i struktur nærmer seg amorfe dielektriske stoffer, ligger i et relativt smalt område fra 4 til 20.
Polare organiske dielektriske stoffer har en dipol-relaksasjonspolarisering i fast tilstand. e av disse materialene avhenger i stor grad av temperaturen og frekvensen til den påførte spenningen, og overholder de samme lovene som for dipolvæsker.

Relativ permittivitet miljø ε - dimensjonsløst fysisk mengde karakteriserer egenskapene til et isolerende (dielektrisk) medium. Assosiert med effekten av polarisering av dielektrikum under påvirkning av elektrisk felt(og med den dielektriske følsomheten til mediet som karakteriserer denne effekten). Verdien av ε viser hvor mange ganger vekselvirkningskraften til to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i vakuum. Den relative permittiviteten til luft og de fleste andre gasser under normale forhold er nær enhet (på grunn av deres lave tetthet). For de fleste faste eller flytende dielektriske stoffer varierer den relative permittiviteten fra 2 til 8 (for et statisk felt). Den dielektriske konstanten til vann i et statisk felt er ganske høy - omtrent 80. Verdiene er store for stoffer med molekyler som har en stor elektrisk dipol. Den relative permittiviteten til ferroelektrikk er titalls og hundretusener.

Praktisk bruk

Permittiviteten til dielektrikum er en av hovedparametrene i utviklingen av elektriske kondensatorer. Bruken av materialer med høy dielektrisk konstant kan redusere de fysiske dimensjonene til kondensatorer betydelig.

Permittivitetsparameteren tas i betraktning ved utforming av kretskort. Verdien av den dielektriske konstanten til stoffet mellom lagene i kombinasjon med dens tykkelse påvirker verdien av den naturlige statiske kapasitansen til kraftlagene, og påvirker også bølgemotstanden til lederne på brettet betydelig.

Frekvensavhengighet

Det skal bemerkes at permittiviteten i stor grad avhenger av frekvensen til det elektromagnetiske feltet. Dette bør alltid tas i betraktning, siden håndboktabeller vanligvis inneholder data for et statisk felt eller lave frekvenser opp til flere kHz-enheter uten å indikere dette. Samtidig finnes det også optiske metoder for å få den relative permittiviteten fra brytningsindeksen ved bruk av ellipsometre og refraktometre. Verdien oppnådd ved den optiske metoden (frekvens 10 14 Hz) vil avvike betydelig fra dataene i tabellene.

Tenk for eksempel på vann. Ved statisk felt (frekvensen er null) er den relative permittiviteten under normale forhold omtrent 80. Dette er tilfellet opp til infrarøde frekvenser. Starter rundt 2 GHz εr begynner å falle. I det optiske området εr er ca 1,8. Dette stemmer overens med det faktum at i det optiske området er brytningsindeksen til vann 1,33. I et smalt frekvensområde, kalt optisk, faller dielektrisk absorpsjon til null, noe som faktisk gir en person en synsmekanisme i jordens atmosfære mettet med vanndamp. Når frekvensen øker ytterligere, endres egenskapene til mediet igjen.

Dielektriske konstante verdier for enkelte stoffer

Substans	Kjemisk formel	Måleforhold	Den karakteristiske verdien ε r
Aluminium	Al	1 kHz	-1300 + 1,3 Mønster: Ei
Sølv	Ag	1 kHz	-85 + 8 Mønster: Ei
Vakuum	-	-	1
Luft	-	Referansebetingelser, 0,9 MHz	1,00058986±0,00000050
Karbondioksid	CO2	Normale forhold	1,0009
Teflon	-	-	2,1
Nylon	-	-	3,2
Polyetylen	[-CH2-CH2-]n	-	2,25
Polystyren	[-CH2-C (C6H5)H-]n	-	2,4-2,7
Gummi	-	-	2,4
Bitumen	-	-	2,5-3,0
karbondisulfid	CS2	-	2,6
Parafin	C18H38 - C35H 72	-	2,0-3,0
Papir	-	-	2,0-3,5
Elektroaktive polymerer	−	−	2-12
Ebonitt	(C6H9S) 2	−	2,5-3,0
Plexiglass (plexiglass)	-	-	3,5
Kvarts	SiO2	-	3,5-4,5
Silika	SiO2	−	3,9
Bakelitt	-	-	4,5
Betong	−	−	4,5
Porselen	−	−	4,5-4,7
Glass	−	−	4,7 (3,7-10)
Glassfiber FR-4	-	-	4,5-5,2
Getinaks	-	-	5-6

Relativ permittivitet

Relativ permittivitet miljø ε er en dimensjonsløs fysisk størrelse som karakteriserer egenskapene til et isolerende (dielektrisk) medium. Det er forbundet med effekten av polarisering av dielektrikum under påvirkning av et elektrisk felt (og med verdien av den dielektriske følsomheten til mediet som karakteriserer denne effekten). Verdien av ε viser hvor mange ganger vekselvirkningskraften til to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i vakuum. Den relative permittiviteten til luft og de fleste andre gasser under normale forhold er nær enhet (på grunn av deres lave tetthet). For de fleste faste eller flytende dielektriske stoffer varierer den relative permittiviteten fra 2 til 8 (for et statisk felt). Den dielektriske konstanten til vann i et statisk felt er ganske høy - omtrent 80. Verdiene er store for stoffer med molekyler som har en stor elektrisk dipol. Den relative permittiviteten til ferroelektrikk er titalls og hundretusener.

Mål

Relativ permittivitet for et stoff εr kan bestemmes ved å sammenligne kapasitansen til en testkondensator med et gitt dielektrikum (C x) og kapasitansen til den samme kondensatoren i vakuum (Co):

Praktisk bruk

Kapasitansen til kondensatorer bestemmes:

hvor εr er permittiviteten til stoffet mellom platene, ε o- elektrisk konstant, S- området til kondensatorplatene, d- avstand mellom platene.

Frekvensavhengighet

Notater

se også

Vakuumpermittivitet (elektrisk konstant)

Dielektriske konstante verdier for enkelte stoffer

Substans	Kjemisk formel	Måleforhold	Den karakteristiske verdien ε r
Aluminium	Al	1 kHz	-1300 + 1,3 10 14 i
Sølv	Ag	1 kHz	-85 + 8 10 12 i
Vakuum	-	-	1
Luft	-	Referansebetingelser, 0,9 MHz	1,00058986±0,00000050
Karbondioksid	CO2	Normale forhold	1,0009
Teflon	-	-	2,1
Nylon	-	-	3,2
Polyetylen	[-CH2-CH2-]n	-	2,25
Polystyren	[-CH2-C (C6H5)H-]n	-	2,4-2,7
Gummi	-	-	2,4
Bitumen	-	-	2,5-3,0
karbondisulfid	CS2	-	2,6
Parafin	C18H38 - C35H 72	-	2,0-3,0
Papir	-	-	2,0-3,5
Elektroaktive polymerer	−	−	2-12

Den dielektriske konstanten miljø - en fysisk mengde som karakteriserer egenskapene til et isolerende (dielektrisk) medium og viser avhengigheten av elektrisk induksjon av styrken til et elektrisk felt.

Det bestemmes av effekten av polarisering av dielektrikum under påvirkning av et elektrisk felt (og med verdien av den dielektriske følsomheten til mediet som karakteriserer denne effekten).

Det er relative og absolutte permittiviteter.

Den relative permittiviteten ε er dimensjonsløs og viser hvor mange ganger vekselvirkningskraften til to elektriske ladninger i et medium er mindre enn i vakuum. Denne verdien for luft og de fleste andre gasser under normale forhold er nær enhet (på grunn av deres lave tetthet). For de fleste faste eller flytende dielektriske stoffer varierer den relative permittiviteten fra 2 til 8 (for et statisk felt). Den dielektriske konstanten til vann i et statisk felt er ganske høy - omtrent 80. Verdiene er store for stoffer med molekyler som har et stort elektrisk dipolmoment. Den relative permittiviteten til ferroelektrikk er titalls og hundretusener.

Den absolutte permittiviteten i utenlandsk litteratur er betegnet med bokstaven , i den innenlandske litteraturen brukes kombinasjonen hovedsakelig ε ε 0 (\displaystyle ~(\varepsilon )(\varepsilon )_(0)), hvor er den elektriske konstanten. Absolutt permittivitet brukes bare i International System of Units (SI), der induksjon og elektrisk feltstyrke måles i forskjellige enheter. I CGS-systemet er det ikke nødvendig å innføre den absolutte permittiviteten. Den absolutte dielektriske konstanten (så vel som den elektriske konstanten) har dimensjonen L −3 M −1 T 4 I². I enheter i International System of Units (SI): [ ε 0 (\displaystyle ~(\varepsilon )_(0))]= / .

Encyklopedisk YouTube

1 / 5
Generelt sett er permittiviteten en tensor bestemt fra følgende relasjoner (notasjonen bruker Einstein-konvensjonen):
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))- elektrisk feltstyrkevektor, 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))- elektrisk induksjonsvektor, ε a = ε 0 ((ε a) i j) (\displaystyle ~(\boldsymbol (\varepsilon ))_(a)=\varepsilon _(0)((\varepsilon _(a))_(ij))) er den absolutte permittivitetstensoren.
E = E 0 e i ω t ⇒ ∂ E ∂ t = i ω E (\displaystyle ~\mathbf (E) =\mathbf (E) _(0)e^(i\omega t)\ \Høyrepil \ (\frac (\partial \mathbf (E) )(\partial t))=i\omega \mathbf (E) )

Mål

Relativ permittivitet for et stoff εr kan bestemmes ved å sammenligne kapasitansen til en testkondensator med et gitt dielektrikum (C x) og kapasitansen til den samme kondensatoren i vakuum (Co):
εr = C x C 0 . (\displaystyle \varepsilon _(r)=(\frac (C_(x))(C_(0))).)
Praktisk bruk

Permittiviteten til dielektrikum er en av hovedparametrene i utviklingen av elektriske kondensatorer. Bruken av materialer med høy dielektrisk konstant kan redusere de fysiske dimensjonene til kondensatorer betydelig.

Kapasitansen til kondensatorer bestemmes:
C = ε r ε 0 S d , (\displaystyle C=\varepsilon _(r)\varepsilon _(0)(\frac (S)(d)),)
hvor εr er permittiviteten til stoffet mellom platene, ε o- elektrisk konstant, S- området til kondensatorplatene, d- avstand mellom platene.

Parameteren dielektrisk konstant tas i betraktning ved utvikling av trykte kretskort. Verdien av den dielektriske konstanten til stoffet mellom lagene i kombinasjon med dens tykkelse påvirker verdien av den naturlige statiske kapasitansen til kraftlagene, og påvirker også bølgemotstanden til lederne på brettet betydelig.
Vi anbefaler deg å lese