permitivitatea electrică Este parametrul care cuantifică răspunsul unui mediu la prezența unui câmp electric. Este notată de litera greacă ε și valoarea sa pentru gol, care servește drept referință pentru celelalte medii, este următoarea: εsau = 8.8541878176 x 10-12 CDouă /N.mDouă
Natura mediului îi oferă un răspuns special la câmpurile electrice. În acest fel, temperatura, umiditatea, greutatea moleculară, geometria moleculelor constitutive, solicitările mecanice din interior sau că există o anumită direcție preferențială în spațiu în care este facilitată existența câmpului..
În acest din urmă caz se spune că materialul prezintă anizotropie. Și atunci când nicio direcție nu este preferențială, materialul este luat în considerare izotrop. Permeabilitatea oricărui mediu omogen poate fi exprimată în funcție de permeabilitatea vidului εsau folosind expresia:
ε = κεsau
Unde κ este permeabilitatea relativă a materialului, numită și constantă dielectrică, o cantitate adimensională care a fost determinată experimental pentru multe materiale. O modalitate de a efectua această măsurare va fi explicată mai târziu..
Indice articol
Un dielectric este un material care nu conduce electricitatea bine, deci poate fi folosit ca izolator. Cu toate acestea, acest lucru nu împiedică materialul să poată răspunde la un câmp electric extern, creându-l pe al său..
În cele ce urmează vom analiza răspunsul materialelor dielectrice izotrope, cum ar fi sticla, ceara, hârtia, porțelanurile și unele grăsimi care sunt utilizate în mod obișnuit în electronică..
Un câmp electric extern dielectricului poate fi creat între două foi metalice ale unui condensator plat cu plăci paralele..
Dielectricii, spre deosebire de conductorii precum cuprul, nu au sarcini libere care se pot deplasa în interiorul materialului. Moleculele lor constitutive sunt neutre din punct de vedere electric, dar sarcinile se pot schimba ușor. În acest fel pot fi modelate ca dipoli electrici.
Un dipol este neutru din punct de vedere electric, dar sarcina pozitivă este separată la mică distanță de sarcina negativă. În interiorul materialului dielectric și în absența unui câmp electric extern, dipolii sunt de obicei distribuiți aleator, așa cum se arată în figura 2.
Când dielectricul este introdus în mijlocul unui câmp extern, de exemplu cel creat în interiorul a două foi conductoare, dipolii se reorganizează și sarcinile se separă, creând un câmp electric intern în material în direcția opusă câmpului extern..
Când se produce această deplasare, se spune că materialul este polarizat.
Această polarizare indusă determină câmpul electric net sau rezultat ȘI scădere, efect prezentat în figura 3, deoarece câmpul extern și câmpul intern generat de polarizarea menționată, au aceeași direcție, dar direcții opuse. Mărimea ȘI este dat de:
E = Esau - ȘIeu
Câmpul extern suferă o reducere datorită interacțiunii cu materialul într-un factor numit κ sau constanta dielectrică a materialului, o proprietate macroscopică a acestuia. În ceea ce privește această cantitate, câmpul rezultat sau net este:
E = Esau/ κ
Constanta dielectrică κ este permitivitatea relativă a materialului, o cantitate adimensională întotdeauna mai mare de 1 și egală cu 1 în vid.
κ = ε/ εsau
Sau ε = κεsau la fel cum s-a descris la început. Unitățile lui ε sunt aceleași cu cele ale lui εsau: CDouă /N.mDouă din M.
Efectul inserării unui dielectric între plăcile unui condensator este de a permite stocarea unor sarcini suplimentare, adică o creștere a capacității. Acest fapt a fost descoperit de Michael Faraday în secolul al XIX-lea.
Este posibil să se măsoare constanta dielectrică a unui material folosind un condensator plat paralel în modul următor: atunci când există doar aer între plăci, se poate arăta că capacitatea este dată de:
Csau = εsau. Anunț
Unde Csau este capacitatea condensatorului, LA este aria plăcilor și d este distanța dintre ele. Dar la introducerea unui dielectric, capacitatea crește cu un factor κ, așa cum se vede în secțiunea anterioară, iar apoi noua capacitate C este proporțională cu originalul:
C = κεsau. A / d = ε. Anunț
Raportul dintre capacitatea finală și cea inițială este constanta dielectrică a materialului sau permitivitatea relativă:
κ = C / Csau
Și permitivitatea electrică absolută a materialului în cauză este cunoscută prin:
ε = εsau . (C / Csau)
Măsurătorile pot fi efectuate cu ușurință dacă aveți un multimetru capabil să măsoare capacitatea. O alternativă este măsurarea tensiunii Vo între plăcile condensatorului fără dielectric și izolate de sursă. Apoi se introduce dielectricul și se observă o scădere a tensiunii, a cărei valoare va fi V.
Atunci κ = Vsau / V
- Condensator cu placă paralelă de separare reglabilă.
- Micrometru sau șurub vernier.
- Multimetru care are funcția de măsurare a capacității.
- Hârtie milimetrică.
- Alegeți o separare d între plăcile condensatorului și cu ajutorul multimetrului măsurați capacitatea Csau. Înregistrați perechea de date într-un tabel de valori.
- Repetați procedura de mai sus pentru cel puțin 5 separări de plăci.
- Găsiți coeficientul (Anunț) pentru fiecare dintre distanțele măsurate.
- Mulțumesc expresiei Csau = εsau. Anunț se știe că Csau este proporțional cu coeficientul (Anunț). Complotați fiecare valoare a Csau cu valoarea sa respectivă de Anunț.
- Reglați vizual cea mai bună linie și determinați panta acesteia. Sau găsiți panta folosind regresia liniară. Valoarea pantei este permitivitatea aerului.
Separarea dintre plăci nu trebuie să depășească aproximativ 2 mm, deoarece ecuația pentru capacitatea condensatorului plăcii plate paralele presupune plăci infinite. Cu toate acestea, aceasta este o aproximare destul de bună, deoarece latura plăcilor este întotdeauna mult mai mare decât separarea dintre ele..
În acest experiment, se determină permitivitatea aerului, care este destul de apropiată de cea a unui vid. Constanta dielectrică a vidului este κ = 1, în timp ce cea a aerului uscat este κ = 1.00059.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.