Glimmer dielektrisk konstant. Relativ dielektrisk konstant
DELEKTRISKA KONSTANTEN (dielektrisk konstant) ?r en fysikalisk storhet som k?nnetecknar ett ?mnes f?rm?ga att minska krafterna fr?n elektrisk interaktion i detta ?mne j?mf?rt med vakuum. S?ledes visar d.p. hur m?nga g?nger krafterna f?r elektrisk interaktion i ett ?mne ?r mindre ?n i ett vakuum.
D.p. ?r en egenskap som beror p? strukturen hos den dielektriska substansen. Elektroner, joner, atomer, molekyler eller deras enskilda delar och st?rre sektioner av n?got ?mne i ett elektriskt f?lt ?r polariserade (se Polarisering), vilket leder till partiell neutralisering av det yttre elektriska f?ltet. Om frekvensen av det elektriska f?ltet ?r proportionell med tiden f?r polarisering av ?mnet, finns det i ett visst frekvensomr?de spridning av dispersionsfaktorn, det vill s?ga beroendet av dess v?rde p? frekvensen (se Dispersion). Ett ?mnes kraft beror b?de p? atomers och molekylers elektriska egenskaper och p? deras relativa arrangemang, d.v.s. ?mnets struktur. D?rf?r anv?nds best?mningen av elektrisk ledningsf?rm?ga eller dess f?r?ndringar beroende p? milj?f?rh?llanden n?r man studerar strukturen hos ett ?mne, och i synnerhet olika v?vnader i kroppen (se Elektrisk ledningsf?rm?ga hos biologiska system).
Olika ?mnen (dielektriska), beroende p? deras struktur och aggregationstillst?nd, har olika v?rden p? d.p. (tabell).
Tabell. V?rdet p? dielektricitetskonstanten f?r vissa ?mnen
Av s?rskild betydelse f?r medicinsk biolforskning ?r studiet av D. och. i pol?ra v?tskor. En typisk representant f?r dem ?r vatten, best?ende av dipoler som ?r orienterade i ett elektriskt f?lt p? grund av interaktionen mellan laddningarna av dipolen och f?ltet, vilket leder till uppkomsten av dipol eller orienteringspolarisation. Det h?ga v?rdet p? d.p. f?r vatten (80 vid t° 20°) best?mmer den h?ga graden av dissociation av olika kemikalier i det. ?mnen och god l?slighet av salter, f?reningar, baser och andra f?reningar (se Dissociation, Elektrolyter). Med en ?kning av koncentrationen av elektrolyten i vatten minskar v?rdet p? dess DP (till exempel f?r monovalenta elektrolyter minskar DP av vatten med en n?r saltkoncentrationen ?kar med 0,1 M).
De flesta biol-objekt tillh?r heterogena dielektrika. N?r joner av ett biologiskt objekt interagerar med ett elektriskt f?lt ?r polariseringen av gr?nssnitten av stor betydelse (se Biologiska membran). I detta fall ?r storleken p? polarisationen st?rre, ju l?gre frekvensen av det elektriska f?ltet ?r. Eftersom polariseringen av gr?nssnittsgr?nserna f?r en biol, ett objekt beror p? deras permeabilitet (se) f?r joner, ?r det uppenbart att den effektiva D. p. till stor del best?ms av membranens tillst?nd.
Eftersom polariseringen av ett s? komplext heterogent objekt som ett biologiskt har en annan natur (koncentration, makrostrukturell, orientering, jonisk, elektronisk, etc.), blir det tydligt att med ?kande frekvens ?r f?r?ndringen i dispersionsfaktorn (dispersion) skarp. uttryckt. Konventionellt s?rskiljs tre spridningsomr?den f?r den dynamiska frekvensen: alfa-dispersion (vid frekvenser upp till 1 kHz), beta-dispersion (frekvens fr?n flera kHz till tiotals MHz) och gamma-spridning (frekvenser ?ver 109 Hz); i biol, objekt finns det vanligtvis ingen tydlig gr?ns mellan spridningsomr?den.
Med f?rs?mringen av funktionen, tillst?ndet hos biol, objektet, minskar spridningen av D. p. vid l?ga frekvenser tills den helt f?rsvinner (med v?vnadsd?d). Vid h?ga frekvenser ?ndras inte v?rdet p? d.p. n?mnv?rt.
D.p. m?ts i ett brett spektrum av frekvenser, och beroende p? frekvensomr?det f?r?ndras ?ven m?tmetoderna avsev?rt. Vid frekvenser av elektrisk str?m mindre ?n 1 Hz utf?rs m?tningen med metoden att ladda eller ladda ur en kondensator fylld med test?mnet. Genom att k?nna till beroendet av laddnings- eller urladdningsstr?mmen i tid ?r det m?jligt att best?mma inte bara v?rdet p? kondensatorns elektriska kapacitans, utan ocks? f?rlusterna i den. Vid frekvenser fr?n 1 till 3 10 8 Hz f?r m?tning av D. och. S?rskilda resonans- och bryggmetoder anv?nds, som g?r det m?jligt att helt?ckande studera f?r?ndringar i olika ?mnens dynamiska egenskaper p? det mest kompletta och helt?ckande s?ttet.
Inom medicinsk-biologisk forskning anv?nds oftast symmetriska v?xelstr?msbryggor med direktavl?sning av uppm?tta storheter.
Bibliografi: H?gfrekvent uppv?rmning av dielektrikum och halvledare, red. A.V. Netushila, M. -L., 1959, bibliogr.; S Edunov B. I. och Fran k-K a m e-n e c k och y D. A. Biologiska objekts dielektriska konstant, Usp. fysisk Sciences, vol. 79, v. 4, sid. 617, 1963, bibliogr.; Elektronik och cybernetik i biologi och medicin, ?vers. fr?n engelska, red. P.K. Anokhina, sid. 71, M., 1963, bibliogr.; E m e F. Dielektriska m?tningar, trans. fr?n German, M., 1967, bibliogr.
Varje ?mne eller kropp som omger oss har vissa elektriska egenskaper. Detta f?rklaras av den molekyl?ra och atom?ra strukturen: n?rvaron av laddade partiklar som ?r i ett ?msesidigt bundet eller fritt tillst?nd.
N?r inget yttre elektriskt f?lt verkar p? ?mnet f?rdelas dessa partiklar p? ett s?dant s?tt att de balanserar varandra och inte skapar ett extra elektriskt f?lt genom hela den totala volymen. N?r elektrisk energi appliceras utifr?n sker laddningsomf?rdelning inuti molekyler och atomer, vilket leder till skapandet av ett eget inre elektriskt f?lt, riktat mot det yttre.
Om vektorn f?r det applicerade externa f?ltet betecknas med "E0" och det interna f?ltet med "E", kommer det totala f?ltet "E" att vara summan av energin av dessa tv? storheter.
Inom el ?r det vanligt att dela in ?mnen i:
ledare;
dielektrikum.
Denna klassificering har funnits l?nge, ?ven om den ?r ganska godtycklig eftersom m?nga kroppar har andra eller kombinerade egenskaper.
Kondukt?rer
Media som har gratis avgifter fungerar som kondukt?rer. Oftast fungerar metaller som ledare, eftersom deras struktur alltid inneh?ller fria elektroner, som kan r?ra sig inom hela volymen av ?mnet och samtidigt deltar i termiska processer.
N?r en ledare ?r isolerad fr?n verkan av yttre elektriska f?lt, skapas en balans av positiva och negativa laddningar i den fr?n joniska gitter och fria elektroner. Denna j?mvikt f?rst?rs omedelbart vid applicering - tack vare vars energi b?rjar omf?rdelningen av laddade partiklar och obalanserade laddningar av positiva och negativa kvantiteter upptr?der p? den yttre ytan.
Detta fenomen brukar kallas elektrostatisk induktion. De laddningar som uppst?r p? ytan av metaller kallas induktionsavgifter.
De induktiva laddningarna som bildas i ledaren bildar sitt eget f?lt E, som kompenserar effekten av extern E0 inuti ledaren. D?rf?r kompenseras v?rdet av det totala, totala elektrostatiska f?ltet och ?r lika med 0. I detta fall ?r potentialerna f?r alla punkter b?de insidan och utsidan ?r desamma.
Den resulterande slutsatsen indikerar att inuti ledaren, ?ven med ett externt f?lt anslutet, finns det ingen potentialskillnad och inga elektrostatiska f?lt. Detta faktum anv?nds i sk?rmning - till?mpningen av en metod f?r elektrostatiskt skydd av m?nniskor och elektrisk utrustning som ?r k?nslig f?r inducerade f?lt, s?rskilt h?gprecisionsm?tinstrument och mikroprocessorutrustning.
Avsk?rmade kl?der och skor tillverkade av tyger med ledande tr?dar, inklusive huvudbonader, anv?nds inom energisektorn f?r att skydda personal som arbetar under f?rh?llanden med ?kad sp?nning skapad av h?gsp?nningsutrustning.
Dielektrik
Detta ?r namnet p? ?mnen som har isolerande egenskaper. De inneh?ller endast sammanl?nkade avgifter och inte gratisavgifter. F?r dem h?lls alla positiva och negativa partiklar samman inuti en neutral atom och ber?vas r?relsefriheten. De ?r f?rdelade inuti dielektrikumet och r?r sig inte under verkan av det applicerade externa f?ltet E0.
Emellertid orsakar dess energi fortfarande vissa f?r?ndringar i ?mnets struktur - inuti atomerna och molekylerna f?r?ndras f?rh?llandet mellan positiva och negativa partiklar, och p? ytan av ?mnet ?verskott upptr?der obalanserade bundna laddningar som bildar ett inre elektriskt f?lt E. Den ?r riktad mot sp?nningen som appliceras fr?n utsidan.
Detta fenomen kallas dielektrisk polarisation. Det k?nnetecknas av det faktum att ett elektriskt f?lt E upptr?der inuti ?mnet, bildat av inverkan av extern energi E0, men f?rsvagat av motverkan av inre E."
Typer av polarisering
Det ?r av tv? typer inuti dielektrikum:
1. orientering;
2. elektronisk.
Den f?rsta typen har till?ggsnamnet dipolpolarisation. Det ?r inneboende i dielektrikum med f?rskjutna centra av negativa och positiva laddningar, som bildar molekyler fr?n mikroskopiska dipoler - en neutral kombination av tv? laddningar. Detta ?r typiskt f?r vatten, kv?vedioxid och v?tesulfid.
Utan inverkan av ett externt elektriskt f?lt ?r de molekyl?ra dipolerna av s?dana ?mnen orienterade p? ett kaotiskt s?tt under p?verkan av befintliga temperaturprocesser. I detta fall, vid n?gon punkt i den inre volymen och p? den yttre ytan av dielektriket, finns det ingen elektrisk laddning.
Denna bild f?r?ndras under p?verkan av externt applicerad energi, n?r dipolerna n?got ?ndrar sin orientering och regioner av okompenserade makroskopiska bundna laddningar upptr?der p? ytan och bildar ett f?lt E" i motsatt riktning mot den applicerade E0.
Med s?dan polarisering har temperaturen ett stort inflytande p? processerna, vilket orsakar termiska r?relser och skapar desorienterande faktorer.
Elektronisk polarisering, elastisk mekanism
Det manifesterar sig i opol?ra dielektrika - material av en annan typ med molekyler som saknar ett dipolmoment, som under p?verkan av ett externt f?lt deformeras s? att positiva laddningar ?r orienterade i riktning mot E0-vektorn och negativa laddningar ?r orienterade i motsatt riktning.
Som ett resultat fungerar var och en av molekylerna som en elektrisk dipol, orienterad l?ngs det applicerade f?ltets axel. P? s? s?tt skapar de sitt eget f?lt E" p? den yttre ytan i motsatt riktning.
I s?dana ?mnen ?r deformationen av molekyler, och f?ljaktligen polarisering fr?n p?verkan av ett yttre f?lt, inte beroende av deras r?relse under p?verkan av temperatur. Ett exempel p? ett opol?rt dielektrikum ?r metan CH4.
Det numeriska v?rdet av det inre f?ltet f?r b?da typerna av dielektrikum ?ndras initialt i direkt proportion till ?kningen av det yttre f?ltet, och sedan, n?r m?ttnad uppn?s, upptr?der ickelinj?ra effekter. De uppst?r n?r alla molekyl?ra dipoler ?r uppradade l?ngs f?ltlinjerna f?r pol?ra dielektrika eller f?r?ndringar i strukturen hos ett opol?rt ?mne har intr?ffat p? grund av kraftig deformation av atomer och molekyler fr?n stor externt applicerad energi.
I praktiken uppst?r s?dana fall s?llan - vanligtvis intr?ffar f?rst ett haveri eller isoleringsfel.
Dielektricitetskonstanten
Bland isoleringsmaterial spelas en viktig roll av elektriska egenskaper och indikatorer som t.ex dielektriska konstanten. Det kan bed?mas av tv? olika egenskaper:
1. absolut v?rde;
2. relativ storlek.
Termen absolut dielektricitetskonstant?mnen ea anv?nds n?r man h?nvisar till den matematiska notationen av Coulombs lag. Den, i form av koefficient eа, f?rbinder induktionsvektorn D och sp?nningen E.
L?t oss komma ih?g att den franske fysikern Charles de Coulomb, med hj?lp av sina egna torsionsbalanser, studerade m?nstren av elektriska och magnetiska krafter mellan sm? laddade kroppar.
Best?mning av den relativa dielektricitetskonstanten f?r ett medium anv?nds f?r att karakterisera ett ?mnes isolerande egenskaper. Den utv?rderar f?rh?llandet mellan v?xelverkanskraften mellan tv? punktladdningar under tv? olika f?rh?llanden: i ett vakuum och i en arbetsmilj?. I detta fall tas vakuumindikatorerna som 1 (ev=1), och f?r verkliga ?mnen ?r de alltid h?gre, er>1.
Det numeriska uttrycket er visas som en dimensionsl?s storhet, f?rklaras av polarisationseffekten av dielektrika och anv?nds f?r att utv?rdera deras egenskaper.
V?rden p? dielektricitetskonstanten f?r enskilda medier(vid rumstemperatur)
?mne | e | ?mne | e |
Rochelle salt | 6000 | Diamant | 5,7 |
Rutil (l?ngs den optiska axeln) | 170 | Vatten | 81 |
Polyeten | 2,3 | Etanol | 26,8 |
Kisel | 12,0 | Glimmer | 6 |
Glas | 5-16 | Koldioxid | 1,00099 |
NaCl | 5,26 | vatten?nga | 1,0126 |
Bensen | 2,322 | Luft (760 mmHg) | 1,00057 |
Relativ dielektrisk konstant medium e ?r en dimensionsl?s fysisk storhet som k?nnetecknar egenskaperna hos ett isolerande (dielektriskt) medium. Det ?r associerat med effekten av polarisering av dielektrika under p?verkan av ett elektriskt f?lt (och med v?rdet av den dielektriska k?nsligheten hos mediet som k?nnetecknar denna effekt). V?rdet e visar hur m?nga g?nger kraften f?r v?xelverkan mellan tv? elektriska laddningar i ett medium ?r mindre ?n i ett vakuum. Den relativa dielektriska konstanten f?r luft och de flesta andra gaser under normala f?rh?llanden ?r n?ra enhet (p? grund av deras l?ga densitet). F?r de flesta fasta eller flytande dielektrika str?cker sig den relativa permittiviteten fr?n 2 till 8 (f?r ett statiskt f?lt). Den dielektriska konstanten f?r vatten i ett statiskt f?lt ?r ganska h?g - cirka 80. Dess v?rden ?r h?ga f?r ?mnen med molekyler som har en stor elektrisk dipol. Den relativa dielektriska konstanten f?r ferroelektrik ?r tiotals och hundratusentals.
Praktisk anv?ndning
Dielektricitetskonstanten ?r en av huvudparametrarna i konstruktionen av elektriska kondensatorer. Anv?ndningen av material med h?g dielektricitetskonstant kan avsev?rt minska kondensatorernas fysiska dimensioner.
Parametern f?r dielektricitetskonstanten beaktas vid design av kretskort. V?rdet p? den dielektriska konstanten f?r ?mnet mellan skikten, i kombination med dess tjocklek, p?verkar v?rdet av den naturliga statiska kapacitansen f?r kraftskikten och p?verkar ocks? signifikant den karakteristiska impedansen hos ledarna p? kortet.
Frekvensberoende
Det b?r noteras att dielektricitetskonstanten till stor del beror p? det elektromagnetiska f?ltets frekvens. Detta b?r alltid beaktas, eftersom referenstabeller vanligtvis inneh?ller data f?r ett statiskt f?lt eller l?ga frekvenser ner till n?gra enheter kHz utan att detta faktum indikerar. Samtidigt finns det optiska metoder f?r att erh?lla den relativa dielektricitetskonstanten baserat p? brytningsindex med hj?lp av ellipsometrar och refraktometrar. V?rdet som erh?lls med den optiska metoden (frekvens 10-14 Hz) kommer att skilja sig v?sentligt fr?n data i tabellerna.
T?nk till exempel p? fallet med vatten. I fallet med ett statiskt f?lt (frekvens noll) ?r den relativa dielektricitetskonstanten under normala f?rh?llanden ungef?r 80. Detta ?r fallet ner till infrar?da frekvenser. B?rjar p? cirka 2 GHz e r b?rjar falla. I det optiska omr?det e r?r cirka 1,8. Detta ?verensst?mmer helt med det faktum att vattens brytningsindex i det optiska omr?det ?r 1,33. I ett smalt frekvensomr?de, kallat optiskt, sjunker dielektrisk absorption till noll, vilket faktiskt ger en person synmekanismen i jordens atmosf?r m?ttad med vatten?nga. Med ytterligare ?kning av frekvensen f?r?ndras mediets egenskaper igen.
Dielektriska konstantv?rden f?r vissa ?mnen
?mne | Kemisk formel | M?tf?rh?llanden | Karakteristiskt v?rde f?r e r |
---|---|---|---|
Aluminium | Al | 1 kHz | -1300 + 1.3Mall:Ei |
Silver | Ag | 1 kHz | -85 + 8Mall:Ei |
Vakuum | - | - | 1 |
Luft | - | Normala f?rh?llanden, 0,9 MHz | 1,00058986 ± 0,00000050 |
Koldioxid | CO2 | Normala f?rh?llanden | 1,0009 |
Teflon | - | - | 2,1 |
Nylon | - | - | 3,2 |
Polyeten | [-CH2-CH2-]n | - | 2,25 |
Polystyren | [-CH2-C(C6H5)H-]n | - | 2,4-2,7 |
Sudd | - | - | 2,4 |
Bitumen | - | - | 2,5-3,0 |
Koldisulfid | CS 2 | - | 2,6 |
Paraffin | C 18 N 38 - C 35 N 72 | - | 2,0-3,0 |
Papper | - | - | 2,0-3,5 |
Elektroaktiva polymerer | - | - | 2-12 |
Ebonit | (C6H9S) 2 | - | 2,5-3,0 |
Plexiglas (plexiglas) | - | - | 3,5 |
Kvarts | SiO2 | - | 3,5-4,5 |
Kiseldioxid | SiO2 | - | 3,9 |
Bakelit | - | - | 4,5 |
Betong | - | - | 4,5 |
Porslin | - | - | 4,5-4,7 |
Glas | - | - | 4,7 (3,7-10) |
Glasfiber FR-4 | - | - | 4,5-5,2 |
Getinax | - | - | 5-6 |
Glimmer | - | - | 7,5 |
Sudd | - | - | 7 |
Polycor | 98% Al2O3 | - | 9,7 |
Diamant | - | - | 5,5-10 |
Salt | NaCl | - | 3-15 |
Grafit | C | - | 10-15 |
Keramik | - | - | 10-20 |
Kisel | Si | - | 11.68 |
Bor | B | - | 2.01 |
Ammoniak | NH 3 | 20°C | 17 |
0°C | 20 | ||
-40 °C | 22 | ||
-80 °C | 26 | ||
Etanol | C2H5OH eller CH3-CH2-OH | - | 27 |
Metanol | CH3OH | - | 30 |
Etylenglykol | HO-CH2-CH2-OH | - | 37 |
Furfural | C5H4O2 | - | 42 |
Kapacitansen hos en kondensator beror, som erfarenheten visar, inte bara p? storleken, formen och relativa positionen f?r dess ing?ende ledare, utan ocks? p? egenskaperna hos dielektrikumet som fyller utrymmet mellan dessa ledare. Effekten av dielektrikumet kan fastst?llas med hj?lp av f?ljande experiment. L?t oss ladda den platta kondensatorn och notera avl?sningarna av elektrometern, som m?ter sp?nningen ?ver kondensatorn. Sedan skjuter vi in en oladdad ebonitplatta i kondensatorn (bild 63). Vi kommer att se att potentialskillnaden mellan plattorna kommer att minska m?rkbart. Om du tar bort eboniten f?rblir elektrometeravl?sningarna desamma. Detta visar att n?r luft ers?tts med ebonit ?kar kondensatorns kapacitans. Om vi tar n?got annat dielektrikum ist?llet f?r ebonit kommer vi att f? ett liknande resultat, men bara f?r?ndringen i kondensatorns kapacitans kommer att vara annorlunda. Om ?r kapacitansen f?r en kondensator, mellan plattorna som det finns ett vakuum av, och ?r kapacitansen f?r samma kondensator, n?r hela utrymmet mellan plattorna ?r fyllt, utan luftgap, med n?gon form av dielektrikum, d? ?r kapacitansen kommer att vara flera g?nger st?rre ?n kapacitansen, d?r den endast beror p? dielektrikumets natur. S?ledes kan man skriva
Ris. 63. Kapacitansen hos kondensatorn ?kar n?r en ebonitplatta trycks mellan dess plattor. Elektrometerns l?v faller av, ?ven om laddningen f?rblir densamma
Kvantiteten kallas den relativa dielektricitetskonstanten eller helt enkelt dielektricitetskonstanten f?r mediet som fyller utrymmet mellan plattorna p? kondensatorn. I tabell Tabell 1 visar dielektriska konstanter f?r vissa ?mnen.
Tabell 1. Dielektrisk konstant f?r vissa ?mnen
?mne |
|
Vatten (rent) |
|
Keramik (radioteknik) |
|
Ovanst?ende g?ller inte bara f?r en platt kondensator, utan ocks? f?r en kondensator av vilken form som helst: genom att ers?tta luft med n?gon form av dielektrikum ?kar vi kondensatorns kapacitans med flera g?nger.
Str?ngt taget ?kar kapacitansen hos en kondensator med en faktor endast om alla f?ltlinjer som g?r fr?n en platta till en annan passerar genom ett givet dielektrikum. Detta kommer till exempel att vara fallet f?r en kondensator som ?r helt neds?nkt i n?got flytande dielektrikum som h?lls i ett stort k?rl. Men om avst?ndet mellan plattorna ?r litet j?mf?rt med deras storlekar, kan vi anta att det r?cker att bara fylla utrymmet mellan plattorna, eftersom det ?r h?r kondensatorns elektriska f?lt praktiskt taget ?r koncentrerat. S? f?r en platt kondensator r?cker det att bara fylla utrymmet mellan plattorna med ett dielektrikum.
Genom att placera ett ?mne med h?g dielektricitetskonstant mellan plattorna kan kondensatorns kapacitans ?kas kraftigt. Detta anv?nds i praktiken och vanligtvis v?ljs glas, paraffin, glimmer och andra ?mnen som dielektrikum f?r en kondensator snarare ?n luft. I fig. 64 visar en teknisk kondensator i vilken dielektrikumet ?r paraffinimpregnerad papperstejp. Dess omslag ?r staniolark pressade p? b?da sidor till vaxat papper. Kapaciteten hos s?dana kondensatorer n?r ofta flera mikrofarader. Till exempel har en amat?rradiokondensator storleken p? en t?ndsticksask en kapacitans p? 2 µF.
Ris. 64. Teknisk platt kondensator: a) monterad; b) i delvis demonterad form: 1 och 1" - staniolband, mellan vilka tejper av vaxat tunt papper 2 l?ggs. Alla band viks ihop som ett dragspel och placeras i en metalll?da. Kontakterna 3 och 3" l?ds fast vid ?ndarna av band 1 och 1" f?r att inkludera en kondensator i kretsen
Det ?r tydligt att endast dielektrikum med mycket goda isoleringsegenskaper ?r l?mpliga f?r tillverkning av en kondensator. Annars kommer laddningar att fl?da genom dielektrikumet. D?rf?r ?r vatten, trots sin h?ga dielektricitetskonstant, inte alls l?mpligt f?r tillverkning av kondensatorer, eftersom endast extremt noggrant renat vatten ?r ett tillr?ckligt bra dielektrikum.
Om utrymmet mellan plattorna p? en platt kondensator ?r fyllt med ett medium med dielektricitetskonstant, s? tar formeln (34.1) f?r en platt kondensator formen
Det faktum att en kondensators kapacitans beror p? milj?n indikerar att det elektriska f?ltet inuti dielektrikum f?r?ndras. Vi har sett att n?r en kondensator ?r fylld med ett dielektrikum med en dielektricitetskonstant ?kar kapacitansen med en faktor flera g?nger. Det betyder att med samma laddningar p? plattorna minskar potentialskillnaden mellan dem med en faktor. Men potentialskillnaden och f?ltstyrkan ?r relaterade till varandra genom relation (30.1). D?rf?r inneb?r en minskning av potentialskillnaden att f?ltstyrkan i kondensatorn n?r den ?r fylld med ett dielektrikum blir mindre med en faktor. Detta ?r anledningen till att ?ka kondensatorns kapacitans. g?nger mindre ?n i vakuum. Av detta drar vi slutsatsen att Coulombs lag (10.1) f?r punktladdningar placerade i ett dielektrikum har formen
Som ni vet ?r luften omkring oss en kombination av flera gaser, och ?r d?rf?r ett bra dielektrikum. I synnerhet tack vare detta ?r det i m?nga fall m?jligt att undvika behovet av att organisera ytterligare isolerande lager av n?got material runt ledaren. Idag kommer vi att prata om luftpermeabilitet. Men l?t oss f?rst kanske b?rja med att definiera exakt vad som menas med termen "dielektrisk."
Alla ?mnen, beroende p? deras f?rm?ga att leda elektrisk str?m, ?r konventionellt indelade i tre stora grupper: ledare, halvledare och dielektrika. De f?rra ger minimalt motst?nd mot den riktade passagen av laddade partiklar genom dem. Deras st?rsta grupp ?r metaller (aluminium, koppar, j?rn). De senare leder str?m under vissa f?rh?llanden (kisel, germanium). Tja, den tredje ?r s? stor att str?mmen inte passerar genom dem. Ett sl?ende exempel ?r luft.
Vad h?nder n?r ett ?mne kommer in i ett elektriskt f?lts verkningszon? F?r ledare ?r svaret uppenbart - en elektrisk str?m uppst?r (naturligtvis i n?rvaro av en sluten krets som ger en "v?g" f?r partiklarna). Detta beror p? att s?ttet som laddningarna interagerar p? f?r?ndras. Helt andra processer uppst?r n?r ett f?lt verkar p? ett dielektriskt material. N?r man studerade v?xelverkan mellan partiklar och partiklar m?rktes det att v?xelverkans styrka inte bara beror p? laddningens numeriska v?rde utan ocks? p? mediet som separerar dem. Denna viktiga egenskap kallas "en substanss dielektriska konstant". I sj?lva verket ?r det en korrigeringsfaktor, eftersom den inte har n?gon dimension. Det definieras som f?rh?llandet mellan v?rdet av interaktionskraften i ett vakuum och v?rdet i vilket medium som helst. Den fysiska inneb?rden av termen "dielektrisk konstant" ?r f?ljande: detta v?rde visar graden av d?mpning av det elektriska f?ltet av det dielektriska materialet j?mf?rt med vakuum. Anledningen till detta fenomen ligger i det faktum att materialets molekyler spenderar f?ltenergin inte p? partiklars ledningsf?rm?ga, utan p? polarisering.
Det ?r k?nt att luft ?r lika med enhet. ?r det mycket eller lite? L?t oss ta reda p? det. Nu finns det inget behov av att sj?lvst?ndigt ber?kna det numeriska v?rdet av permeabiliteten f?r de flesta vanliga ?mnen, eftersom alla dessa data ges i motsvarande tabeller. Det var f?rresten fr?n en liknande tabell som lika med ett togs. Luftens dielektriska konstant ?r n?stan 8 g?nger mindre ?n f?r till exempel getinax. Genom att k?nna till detta nummer, s?v?l som v?rdet p? laddningarna och avst?ndet mellan dem, ?r det m?jligt att ber?kna kraften i deras interaktion, med f?rbeh?ll f?r separation med luft eller en getinax-platta.
Formeln f?r styrka ?r som f?ljer:
F = (Q1*Q2) / (4* 3,1416* E0*Es*(r*r)),
d?r Q1 och Q2 ?r laddningsv?rdena; E0 - permeabilitet i vakuum (konstant lika med 8,86 till styrkan av -12); Es ?r luftens dielektriska konstant ("1" eller v?rdet f?r n?got annat ?mne, enligt tabellen); r ?r avst?ndet mellan laddningar. Alla dimensioner ?r tagna i enlighet med SI-systemet.
Tv? olika begrepp ska inte f?rv?xlas - "luftens magnetiska permeabilitet" och dess dielektriska konstant. Magnetisk ?r en annan egenskap hos n?got ?mne, som ocks? representerar en koefficient, men dess betydelse ?r annorlunda - f?rh?llandet och v?rdena i ett visst ?mne. Formlerna anv?nder en referensindikator - magnetisk permeabilitet f?r rent vakuum. B?de det f?rsta och det andra konceptet anv?nds f?r att utf?ra ber?kningar av olika elektriska enheter.