Permitivitate relativă

Constanta dielectrică constanta dielectrică

valoarea lui ε, care arată de câte ori forța de interacțiune a două sarcini electrice într-un mediu este mai mică decât în vid. Într-un mediu izotrop, ε este legat de susceptibilitatea dielectrică χ prin relația: ε = 1 + 4π χ. Permitivitatea unui mediu anizotrop este un tensor. Permitivitatea depinde de frecvența câmpului; în câmpuri electrice puternice, permitivitatea începe să depindă de intensitatea câmpului.

CONSTANTA DIELECTRICA

PERMITIVITATE DIELECTRICĂ, o mărime adimensională e, care arată de câte ori forța de interacțiune F dintre sarcinile electrice dintr-un mediu dat este mai mică decât forța lor de interacțiune F o în vid:
e \u003d F despre / F.
Constanta dielectrică arată de câte ori câmpul este slăbit de dielectric (cm. DIELECTRIC), care caracterizează cantitativ proprietatea unui dielectric de a fi polarizat într-un câmp electric.
Valoarea permisivității relative a unei substanțe, care caracterizează gradul de polarizabilitate a acesteia, este determinată de mecanismele de polarizare (cm. POLARIZARE). Cu toate acestea, valoarea depinde în mare măsură și de starea de agregare a substanței, deoarece în timpul tranzițiilor de la o stare la alta, densitatea substanței, vâscozitatea și izotropia acesteia se modifică semnificativ. (cm. ISOTROPIE).
Constanta dielectrica a gazelor
Substantele gazoase se caracterizeaza prin densitati foarte scazute datorita distante lungiîntre molecule. Din această cauză, polarizarea tuturor gazelor este neglijabilă și constanta dielectrică sunt aproape de unitate. Polarizarea unui gaz poate fi pur electronică sau dipol dacă moleculele de gaz sunt polare, dar și în acest caz, polarizarea electronilor este de importanță primordială. Polarizarea diferitelor gaze este cu atât mai mare, cu atât raza moleculei de gaz este mai mare și este numeric apropiată de pătratul indicelui de refracție pentru acest gaz.
Dependența unui gaz de temperatură și presiune este determinată de numărul de molecule pe unitatea de volum a gazului, care este proporțional cu presiunea și invers proporțional cu temperatura absolută.
Aerul în condiții normale are e = 1,0006, iar coeficientul său de temperatură are o valoare de aproximativ 2. 10-6 K-1.
Constanta dielectrică a dielectricilor lichidi
Dielectricii lichidi pot fi compusi din molecule nepolare sau polare. Valoarea e a lichidelor nepolare este determinată de polarizarea electronilor, deci este mică, apropiată de valoarea pătratului refracției luminii și, de obicei, nu depășește 2,5. Dependența lui e a unui lichid nepolar de temperatură este asociată cu o scădere a numărului de molecule pe unitate de volum, adică cu o scădere a densității, iar coeficientul său de temperatură este apropiat de coeficientul de temperatură al expansiunii în volum a lichid, dar diferă ca semn.
Polarizarea lichidelor care conțin molecule dipol este determinată simultan de componentele electronice și de relaxare dipol. Astfel de lichide au cu cât constanta dielectrică este mai mare, cu atât valoarea momentului electric al dipolilor este mai mare (cm. DIPOL)și cu cât este mai mare numărul de molecule pe unitate de volum. Dependența de temperatură în cazul lichidelor polare este complexă.
Constanta dielectrică a dielectricilor solizi
LA solide poate prelua o varietate de valori numerice în conformitate cu diversitatea caracteristici structurale dielectric solid. În dielectricii solizi, toate tipurile de polarizare sunt posibile.
Cea mai mică valoare a lui e are dielectrici solizi, formați din molecule nepolare și având doar polarizare electronică.
Dielectricii solizi, care sunt cristale ionice cu împachetare strânsă a particulelor, au polarizări electronice și ionice și au valori e care se află într-o gamă largă (e sare gemă - 6; e corindon - 10; e rutil - 110; e titanat de calciu - 150).
E a diferitelor sticle anorganice, care se apropie de structura dielectricilor amorfi, se află într-un interval relativ îngust de la 4 la 20.
Dielectricii organici polari au o polarizare de relaxare dipol în stare solidă. E dintre aceste materiale depinde în mare măsură de temperatura și frecvența tensiunii aplicate, respectând aceleași legi ca și pentru lichidele dipol.

Permitivitate relativă mediu ε - adimensional cantitate fizica caracterizarea proprietăților unui mediu izolator (dielectric). Asociat cu efectul de polarizare a dielectricilor sub acțiunea de câmp electric(și cu susceptibilitatea dielectrică a mediului care caracterizează acest efect). Valoarea lui ε arată de câte ori forța de interacțiune a două sarcini electrice într-un mediu este mai mică decât în vid. Permitivitatea relativă a aerului și a majorității celorlalte gaze în condiții normale este aproape de unitate (din cauza densității lor scăzute). Pentru majoritatea dielectricilor solizi sau lichidi, permisivitatea relativă variază de la 2 la 8 (pentru un câmp static). Constanta dielectrică a apei într-un câmp static este destul de mare - aproximativ 80. Valorile sale sunt mari pentru substanțele cu molecule care au un dipol electric mare. Permitivitatea relativă a feroelectricilor este de zeci și sute de mii.

Uz practic

Permitivitatea dielectricilor este unul dintre principalii parametri în proiectarea condensatoarelor electrice. Utilizarea materialelor cu o constantă dielectrică ridicată poate reduce semnificativ dimensiunile fizice ale condensatoarelor.

Parametrul de permitivitate este luat în considerare la proiectarea plăcilor cu circuite imprimate. Valoarea constantei dielectrice a substanței dintre straturi în combinație cu grosimea acesteia afectează valoarea capacității statice naturale a straturilor de putere și, de asemenea, afectează în mod semnificativ rezistența undelor a conductorilor de pe placă.

Dependenta de frecventa

Trebuie remarcat faptul că permisivitatea depinde în mare măsură de frecvența câmpului electromagnetic. Acest lucru ar trebui să fie întotdeauna luat în considerare, deoarece tabelele manuale conțin de obicei date pentru un câmp static sau frecvențe joase de până la câteva unități de kHz fără a indica acest fapt. În același timp, există și metode optice de obținere a permitivității relative din indicele de refracție folosind elipsometre și refractometre. Valoarea obținută prin metoda optică (frecvență 10 14 Hz) va diferi semnificativ de datele din tabele.

Luați în considerare, de exemplu, cazul apei. În cazul unui câmp static (frecvența este zero), permisivitatea relativă în condiții normale este de aproximativ 80. Este cazul până la frecvențele infraroșii. Începând de la 2 GHz εrîncepe să cadă. În domeniul optic εr este de aproximativ 1,8. Acest lucru este în concordanță cu faptul că în domeniul optic indicele de refracție al apei este de 1,33. Într-o gamă de frecvență îngustă, numită optică, absorbția dielectrică scade la zero, ceea ce oferă de fapt unei persoane un mecanism de viziune în atmosfera terestră saturată cu vapori de apă. Pe măsură ce frecvența crește în continuare, proprietățile mediului se schimbă din nou.

Valorile constantei dielectrice pentru unele substanțe

Substanţă	Formula chimica	Conditii de masurare	Valoarea caracteristică ε r
Aluminiu	Al	1 kHz	-1300 + 1,3 Model: Ei
Argint	Ag	1 kHz	-85 + 8 Model: Ei
Vid	-	-	1
Aer	-	Condiții de referință, 0,9 MHz	1,00058986±0,00000050
Dioxid de carbon	CO2	Condiții normale	1,0009
teflon	-	-	2,1
Nailon	-	-	3,2
Polietilenă	[-CH2-CH2-] n	-	2,25
Polistiren	[-CH2-C (C6H5) H-] n	-	2,4-2,7
Cauciuc	-	-	2,4
Bitum	-	-	2,5-3,0
disulfură de carbon	CS2	-	2,6
Parafină	C18H38-C35H72	-	2,0-3,0
Hârtie	-	-	2,0-3,5
Polimeri electroactivi	−	−	2-12
Ebonită	(C6H9S) 2	−	2,5-3,0
Plexiglas (plexiglas)	-	-	3,5
Cuarţ	SiO2	-	3,5-4,5
Silice	SiO2	−	3,9
Bachelită	-	-	4,5
Beton	−	−	4,5
Porţelan	−	−	4,5-4,7
Sticlă	−	−	4,7 (3,7-10)
Fibră de sticlă FR-4	-	-	4,5-5,2
Getinaks	-	-	5-6

Permitivitate relativă

Permitivitate relativă mediul ε este o mărime fizică adimensională care caracterizează proprietățile unui mediu izolator (dielectric). Este legat de efectul de polarizare a dielectricilor sub acțiunea unui câmp electric (și de valoarea susceptibilității dielectrice a mediului care caracterizează acest efect). Valoarea lui ε arată de câte ori forța de interacțiune a două sarcini electrice într-un mediu este mai mică decât în vid. Permitivitatea relativă a aerului și a majorității celorlalte gaze în condiții normale este aproape de unitate (din cauza densității lor scăzute). Pentru majoritatea dielectricilor solizi sau lichidi, permitivitatea relativă variază de la 2 la 8 (pentru un câmp static). Constanta dielectrică a apei într-un câmp static este destul de mare - aproximativ 80. Valorile sale sunt mari pentru substanțele cu molecule care au un dipol electric mare. Permitivitatea relativă a feroelectricilor este de zeci și sute de mii.

Măsurare

Permitivitatea relativă a unei substanțe εr poate fi determinată prin compararea capacității unui condensator de testare cu un dielectric dat (C x) și a capacității aceluiași condensator în vid (C o):

Uz practic

Capacitatea condensatoarelor este determinată:

Unde εr este permisivitatea substanței dintre plăci, ε o- constanta electrica, S- aria plăcilor condensatorului, d- distanta dintre placi.

Dependenta de frecventa

Note

Vezi si

Permitivitatea în vid (constantă electrică)

Valorile constantei dielectrice pentru unele substanțe

Substanţă	Formula chimica	Conditii de masurare	Valoarea caracteristică ε r
Aluminiu	Al	1 kHz	-1300 + 1,3 10 14 i
Argint	Ag	1 kHz	-85 + 8 10 12 i
Vid	-	-	1
Aer	-	Condiții de referință, 0,9 MHz	1,00058986±0,00000050
Dioxid de carbon	CO2	Condiții normale	1,0009
teflon	-	-	2,1
Nailon	-	-	3,2
Polietilenă	[-CH2-CH2-] n	-	2,25
Polistiren	[-CH2-C (C6H5) H-] n	-	2,4-2,7
Cauciuc	-	-	2,4
Bitum	-	-	2,5-3,0
disulfură de carbon	CS2	-	2,6
Parafină	C18H38-C35H72	-	2,0-3,0
Hârtie	-	-	2,0-3,5
Polimeri electroactivi	−	−	2-12

Constanta dielectrică mediu - o mărime fizică care caracterizează proprietățile unui mediu izolator (dielectric) și arată dependența inducției electrice de puterea unui câmp electric.

Este determinată de efectul de polarizare a dielectricilor sub acțiunea unui câmp electric (și cu valoarea susceptibilității dielectrice a mediului care caracterizează acest efect).

Există permisivități relative și absolute.

Permitivitatea relativă ε este adimensională și arată de câte ori forța de interacțiune a două sarcini electrice într-un mediu este mai mică decât în vid. Această valoare pentru aer și majoritatea celorlalte gaze în condiții normale este apropiată de unitate (din cauza densității lor scăzute). Pentru majoritatea dielectricilor solizi sau lichidi, permisivitatea relativă variază de la 2 la 8 (pentru un câmp static). Constanta dielectrică a apei într-un câmp static este destul de mare - aproximativ 80. Valorile sale sunt mari pentru substanțele cu molecule care au un moment dipol electric mare. Permitivitatea relativă a feroelectricilor este de zeci și sute de mii.

Permitivitatea absolută în literatura străină este notă cu litera , în literatura internă, combinația este utilizată în principal ε ε 0 (\displaystyle ~(\varepsilon )(\varepsilon )_(0)), unde este constanta electrică. Permitivitatea absolută este utilizată numai în Sistemul Internațional de Unități (SI), în care inducția și intensitatea câmpului electric sunt măsurate în unități diferite. În sistemul CGS, nu este nevoie să se introducă permisivitatea absolută. Constanta dielectrică absolută (precum și constanta electrică) are dimensiunea L −3 M −1 T 4 I². În unități ale Sistemului internațional de unități (SI): [ ε 0 (\displaystyle ~(\varepsilon )_(0))]= / .

YouTube enciclopedic

1 / 5
În general, permisivitatea este un tensor determinat din următoarele relații (notația folosește convenția Einstein):
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))- vectorul intensității câmpului electric, 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))- vector de inducție electrică, ε a = ε 0 ((ε a) i j) (\displaystyle ~(\boldsymbol (\varepsilon ))_(a)=\varepsilon _(0)((\varepsilon _(a))_(ij))) este tensorul de permitivitate absolută.
E = E 0 e i ω t ⇒ ∂ E ∂ t = eu ω E (\displaystyle ~\mathbf (E) =\mathbf (E) _(0)e^(i\omega t)\\Rightarrow \(\frac (\partial \mathbf (E) )(\partial t))=i\omega \mathbf (E) )

Măsurare

Permitivitatea relativă a unei substanțe εr poate fi determinată prin compararea capacității unui condensator de testare cu un dielectric dat (C x) și a capacității aceluiași condensator în vid (C o):
ε r = C x C 0 . (\displaystyle \varepsilon _(r)=(\frac (C_(x))(C_(0))).)
Uz practic

Permitivitatea dielectricilor este unul dintre principalii parametri în dezvoltarea condensatoarelor electrice. Utilizarea materialelor cu o constantă dielectrică ridicată poate reduce semnificativ dimensiunile fizice ale condensatoarelor.

Capacitatea condensatoarelor este determinată:
C = ε r ε 0 S d , (\displaystyle C=\varepsilon _(r)\varepsilon _(0)(\frac (S)(d)),)
Unde εr este permisivitatea substanței dintre plăci, ε o- electric constant, S- aria plăcilor condensatorului, d- distanta dintre placi.

Parametrul constantă dielectrică este luat în considerare la dezvoltarea plăcilor cu circuite imprimate. Valoarea constantei dielectrice a substanței dintre straturi în combinație cu grosimea acesteia afectează valoarea capacității statice naturale a straturilor de putere și, de asemenea, afectează în mod semnificativ rezistența undelor a conductorilor de pe placă.
Vă sfătuim să citiți