Зарядите взаимодействат помежду си взлични среди сзлична сила, която се управлява от закона Кулон. Свойствата тези среди се определят от величина,речена диелектрична константа.
Съдържание
Каква е диелектричната проницаемост
Според Закон Кулонима два точково неподвижни заряда q1 и q2 въвкуум си взаимодействат със силата,дена с формулата Fcl= ((1/4)*π* ε)*(|q1|*|q2|/r2), където:
- Fcl - е силата Кулон, N;
- q1, q2 - модулите зарядите, kl;
- r езстоянието между зарядите, m;
- ε0 - електрическа константа, 8,85*10-12 F/m (Фарад метър).
Ако взаимодействието не се осъществява въвкуум, формулата включва още една величина, определяща влиянието веществото върху силата Кулон, и записът закона Кулон изглеждака
F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q1|*|q2|/r2).
Тази величина се обозначава с гръцката буква ε (епсилон) и е безразмерна (няма мерна единица). Диелектричната константа е коефициентът затихване взаимодействието зарядите втерията.
Често във физиката диелектричната константа се използва заедно с електрическата константа,то в този случай е удобно се въведе понятието абсолютна диелектрична константа. Това се обозначава с εa и евна εa= ε* ε. В този случай абсолютната пропускливост е взмер F/m. Нормалната проницаемост ε серича още относителна проницаемост, за сезграничи от εa.
Естеството диелектричната проницаемост
Същността диелектричната проницаемост се основава явлението поляризация под въздействието електрично поле. Повечето веществато цяло електрически неутрални, въпреки че съдържат зареденистици. Тезистицизположениотично всататерията и техните електрически полета средно се неутрализират взаимно.
Диелектриците съдържат предимно свързани заряди (наречени диполи). Тези диполи обикновено снопове от двезнороднистици, които спонтанно ориентирани по дебелината диелектрика и средно създават нулевапрегнатост електрическото поле. Под въздействието външно поле диполите се стремят се ориентират в зависимост от приложената сила. Това създава допълнително електрическо поле. Подобни явления себлюдават и при неполярните диелектрици.
Проводницитеботят по подобенчин, но имат свободни заряди, коитозделени от външно поле и могат създават собствено електрическо поле. Това поле есочено срещу външното поле,то екранира зарядите ималява силата тяхното взаимодействие. Колкото по-голяма е поляризационната способностдено вещество, толкова по-високо е ε.
Диелектрична константазлични вещества
Различните вещества иматзлична диелектрична проницаемост. Стойността ε за някои от тях е показана вблица 1. Очевидно е, че тези стойности по-големи от единица,ка че взаимодействието зарядите в сравнение скуума винагималява. Същока е необходимо се отбележи, че за въздуха ε елко повече от единица, поради което взаимодействието зарядите във въздуха практически не сезличава от взаимодействието въвкуума.
Таблица 1. Стойности електрическата пропускливост зазлични вещества.
| Вещество | Проницаемост |
|---|---|
| Бакелит | 4,5 |
| Хартия | 2,0..3,5 |
| Вода | 81 (при +20°C) |
| Air | 1,0002 |
| Германий | 16 |
| Gethinax | 5..6 |
| Дърво | 2.7..7.5 (различни класове) |
| Керамикадиокерамика | 10..200 |
| Слюда | 5,7..11,5 |
| Стъкло | 7 |
| Textolite | 7,5 |
| Полистирол | 2,5 |
| Поливинилхлорид | 3 |
| Флуоропласт | 2,1 |
| Амбър | 2,7 |
Диелектрична константа ипацитет кондензатор
Познаването стойността ε ежно в практиката,пример при проектирането електрически кондензатори. Техният капацитет зависи от геометричнитезмери вложките,зстоянието между тях и диелектричната константа диелектрика.
Ако искатеправите кондензатор кондензатор Ако електродите с по-голямпацитет, увеличаването площта покритията увеличавазмера им. Съществуват и практически ограничения замаляванезстоянието между електродите. В този случай може помогне използването изолатор с повишена диелектрична константа. Ако се използватериал с по-високо ε,змерът електродите може семали илизстоянието между тях се увеличи, без се губи електрическипацитет.
Отделнатегориятериали серича фероелектрици, които могат проявяват спонтанна поляризация при определени условия. Те серактеризират с две неща взглежданата област:
- големи стойности диелектричната проницаемост (типичните стойностирират от стотици до няколко хиляди);
- възможността се контролира стойността диелектричната проницаемост чрез промяна външното електрично поле.
Тези свойства се използват заправата кондензатори с голямпацитет (чрез увеличаване диелектричната константа изолатора) илкизмери.
Тези устройстваботятмо в нискочестотни вериги за променлив ток - с увеличаване честотата диелектричната им константамалява. Друго приложение сегментираните диелектрици променливите кондензатори, чииторактеристики се променят под въздействието приложено електрическо поле с променливираметри.
Диелектрична проницаемост и диелектрични загуби
Диелектричните загуби,стта от енергията, която се губи в диелектрика под формата топлина, също зависят от диелектричната константа.раметърът tg δ,нгенсът ъгъла диелектричните загуби, обикновено се използва за описание тези загуби. Тойрактеризира мощността диелектричните загуби в кондензатор, в който диелектрикът е изработен оттериал слична tg δ. Специфичната мощност загуба за всяко вещество се определя по формулата p=E2*ώ*ε*ε*tg δ, където
- p е специфичната мощност загубите, W;
- ώ=2*π*f - кръгова честота електрическото поле;
- E -прегнатост електрическото поле, V/m.
Очевидно е, че колкото по-висока е диелектричната проницаемост, толкова по-високи загубите в диелектрика, привни други условия.
Зависимост диелектричната проницаемост от външниктори
Трябва се отбележи, че стойността диелектричната проницаемост зависи от честотата електрическото поле (в този случай от честотатапрежението, приложено към лентите). С увеличаване честотата стойността ε за много веществамалява. Този ефект е силно изразен при полярните диелектрици. Това явление може се обясни скта, че зарядите (диполите) вече нямат време следват полето. Във вещества, които серактеризират с йонна или електронна поляризация, зависимостта диелектричната проницаемост от честотата елка.
Ето защо изборъттериали за изработване диелектрик кондензатор е толковажен. Това, коетоботи при ниски честоти, не е задължително осигури добра изолация при високи честоти.й-често неполярните диелектрици се използватто изолатор при високи честоти.
Диелектричната константа също зависи от температурата ирира в зависимост от веществото. При неполярните диелектрици тямалява с увеличаване температурата. В този случай за кондензаторите, изработени скъв изолатор, се говори за отрицателен температурен коефициентпацитет (TKE). Капацитетътда с увеличаване температурата след ε. В други вещества пропускливостта се увеличава с увеличаване температурата и могат се получат кондензатори с положителна TKE. Чрез сдвояване кондензатори с противоположни TKE може се получи термостабиленпацитет.
Разбирането и познаването диелектричната проницаемостзлични вещества ежно за практически цели. Възможността се контролира нивото диелектричната константава допълнителни технически перспективи.
Свързани статии:
