KOKIA YRA DIELEKTRINĖ KONSTANTA? - FIZINIS - 2025

Dielektrinė konstanta yra reikšmė, susijusi su medžiaga, kuri yra įterptas tarp kondensatoriaus (arba kondensatorius - 1 pav) plokščių ir kad leidžia optimizuoti ir padidinti jo funkciją. (Giancoli, 2006). Dielektrikas yra elektros izoliatoriaus sinonimas, tai yra, tai yra medžiagos, kurios neleidžia praeiti elektros srovei.

Ši vertė yra svarbi daugeliu aspektų, nes visiems įprasta naudoti elektrinę ir elektroninę įrangą mūsų namuose, poilsio erdvėse, švietimo ar darbo vietose, tačiau tikrai nežinome apie sudėtingus procesus, kurie šioje įrangoje vyksta, kad jie veiktų.

1 paveikslas: Įvairių tipų kondensatoriai.

Pavyzdžiui, mūsų minikomponentai, televizoriai ir daugialypės terpės įrenginiai savo funkcijoms naudoja nuolatinę srovę, tačiau buitinės ir pramoninės srovės, kurios pasiekia mūsų namus ir darbo vietas, yra kintamos. Kaip tai įmanoma?.

2 pav. Buitinės įrangos elektros grandinė

Atsakymas į šį klausimą yra toje pačioje elektros ir elektroninėje įrangoje: kondensatoriuose (arba kondensatoriuose). Šie komponentai, be kita ko, leidžia kompensuoti kintamąją srovę prie nuolatinės srovės, o jų funkcionalumas priklauso nuo kondensatoriaus geometrijos ar formos ir dielektrinės medžiagos, esančios jo konstrukcijoje.

Dielektrinės medžiagos vaidina svarbų vaidmenį, nes jos leidžia plokšteles, sudarančias kondensatorių, būti labai arti, neliesti ir visiškai uždengti tarpą tarp minėtų plokščių dielektrine medžiaga, kad padidėtų kondensatorių funkcionalumas.

Dielektrinės konstantos kilmė: kondensatoriai ir dielektrinės medžiagos

Šios konstantos vertė yra eksperimentinis rezultatas, tai yra, ji gaunama iš eksperimentų, atliktų su skirtingų tipų izoliacinėmis medžiagomis ir gaunamas tas pats reiškinys: padidėjęs kondensatoriaus funkcionalumas ar efektyvumas.

Kondensatoriai yra susieti su fiziniu dydžiu, vadinamu talpa „C“, kuris nusako elektros krūvio kiekį „Q“, kurį kondensatorius gali laikyti pateikdamas tam tikrą potencialo skirtumą „∆V“ (1 lygtis).

(1 lygtis)

Eksperimentais padaryta išvada, kad visiškai uždengę tarpus tarp kondensatoriaus plokščių dielektrine medžiaga, kondensatoriai padidina savo talpą koeficientu κ, vadinamu „dielektrine konstanta“. (2 lygtis).

(2 lygtis)

Plokščios lygiagrečios plokštės kondensatoriaus talpos, įkrautos ir turinčios vienodą elektrinį lauką, nukreiptą žemyn tarp jo plokštelių, iliustracija yra pateikta 3 paveiksle.

Paveikslo viršuje yra kondensatorius su vakuumu tarp jo plokštelių (vakuumo leistinumas ∊0). Tada apačioje pateikiamas tas pats kondensatorius, kurio talpa C '> C, su dielektriku tarp jo plokštelių (kurių leistinumas ∊).

3 paveikslas: Lygiagrečios plokštumos kondensatorius be dielektriko ir su dielektriku.

Figueroa (2005) pateikia tris dielektrinių medžiagų kondensatoriuose funkcijas:

1. Jie leidžia tvirtą ir kompaktišką konstrukciją su mažu tarpu tarp laidžių plokščių.
2. Jie leidžia naudoti aukštesnę įtampą nesukeliant iškrovos (skilimo elektrinis laukas yra didesnis nei oro)
3. Padidina kondensatoriaus talpą koeficientu κ, žinomu kaip medžiagos dielektrinė konstanta.

Taigi autorius nurodo, kad κ „vadinama medžiagos dielektrine konstanta ir matuoja jos molekulinių dipolių reakciją į išorinį magnetinį lauką“. Tai yra, kuo dielektrinė konstanta didesnė, tuo didesnis medžiagos molekulių poliškumas.

Dielektrikų atominiai modeliai

Apskritai, medžiagos turi specifinį molekulinį išdėstymą, kuris priklauso nuo pačių molekulių ir elementų, kurie jas sudaro kiekvienoje medžiagoje. Tarp molekulių išdėstymo, įsikišančio į dielektrinius procesus, yra vadinamosios „polinės molekulės“ arba poliarizuotosios.

Polinėse molekulėse yra skirtumas tarp neigiamų krūvių vidurinės ir teigiamų krūvių vidurinės padėties, todėl jos turi elektrinius polius.

Pavyzdžiui, vandens molekulė (4 paveikslas) yra nuolat poliarizuota, nes teigiamo krūvio pasiskirstymo centras yra viduryje tarp vandenilio atomų. („Serway“ ir „Jewett“, 2005).

4 paveikslas: Vandens molekulės pasiskirstymas.

Nors BeH2 molekulėje (berilio hidridas - 5 pav.), Linijinėje molekulėje, nėra poliarizacijos, nes teigiamų krūvių (vandenilio) pasiskirstymo centras yra neigiamų krūvių (berilio) pasiskirstymo centre. , atšaukiant bet kokią galimą poliarizaciją. Tai nepolinė molekulė.

5 paveikslas. Berilio hidrido molekulės pasiskirstymas.

Tuo pačiu būdu, kai dielektrinė medžiaga yra esant elektriniam laukui E, molekulės suvienodės kaip elektrinio lauko funkcija, sukeldamos paviršiaus įkrovos tankį dielektriko veiduose, nukreiptuose į kondensatoriaus plokšteles.

Dėl šio reiškinio elektrinis laukas dielektriko viduje yra mažesnis nei išorinis elektrinis laukas, kurį sukuria kondensatorius. Tolesnėje iliustracijoje (6 pav.) Parodytas elektriškai poliarizuotas dielektrikas plokštumos lygiagrečios plokštės kondensatoriuje.

Svarbu pažymėti, kad dėl šio reiškinio yra poliarinės molekulės, kurios efektyviau sąveikauja veikiant elektriniam laukui, dėl šio reiškinio polinės medžiagos atsiranda lengviau nei nepolinės. Nors vien tik elektrinio lauko buvimas sukelia nepolinių molekulių poliarizaciją ir sukelia tokį patį reiškinį kaip ir polinių medžiagų atveju.

6 paveikslas: Dėl elektrinio lauko susidariusio dielektriko poliarizuotų molekulių modeliai yra įkrovusiame kondensatoriuje.

Kai kurių medžiagų dielektrinės pastoviosios vertės

Atsižvelgiant į kondensatorių funkcionalumą, ekonomiškumą ir maksimalų naudingumą, jų veikimui optimizuoti naudojamos skirtingos izoliacinės medžiagos.

Medžiagos, tokios kaip popierius, yra labai nebrangios, nors jos gali sugesti aukštoje temperatūroje arba susilietus su vandeniu. Nors guma, ji vis dar yra kalioji, tačiau atsparesnė. Mes taip pat turime porcelianą, kuris atsparus aukštai temperatūrai, nors jis negali prisitaikyti prie skirtingų formų, kaip reikia.

Žemiau yra lentelė, kurioje nurodyta kai kurių medžiagų dielektrinė konstanta, kur dielektrinės konstantos neturi vienetų (jos yra be matmenų):

1 lentelė. Kai kurių medžiagų dielektrinės konstantos kambario temperatūroje.

Kai kurie dielektrinių medžiagų taikymo atvejai

Dielektrinės medžiagos yra svarbios globalioje visuomenėje, jose galima rasti platų pritaikymą, įskaitant antžeminį ir palydovinį ryšį, įskaitant radijo programinę įrangą, GPS, aplinkos stebėjimą per palydovus. (Sebastianas, 2010)

Be to, Fiedziuszko ir kiti (2002) apibūdina dielektrinių medžiagų svarbą kuriant bevielę technologiją, įskaitant mobiliojo ryšio telefoniją. Savo publikacijoje jie apibūdina šios rūšies medžiagų svarbą miniatiūrizuojant įrangą.

Tokia idėjų tvarka sukūrė didelę medžiagų, turinčių didelę ir žemą dielektrinę konstantą, paklausą technologinio gyvenimo plėtrai. Šios medžiagos yra pagrindinės interneto prietaisų sudedamosios dalys, susijusios su duomenų saugojimo, ryšių ir duomenų perdavimo funkcijomis. (Nalwa, 1999).

Nuorodos

1. Fiedziuszko, SJ, Hunter, IC, Itoh, T., Kobayashi, Y., Nishikawa, T., Stitzer, SN, & Wakino, K. (2002). Dielektrinės medžiagos, įtaisai ir grandinės. IEEE mikrobangų teorijos ir metodų operacijos, 50 (3), 706–720.
2. Figueroa, D. (2001). Elektrinė sąveika. Karakasas, Venesuela: Miguel Angel García ir Son, SRL.
3. Giancoli, D. (2006). FIZINĖ. Pradedant programomis. Meksika: PEARSON UGDYMAS.
4. Nalwa, HS (Red.). (1999). Žemų ir didelių dielektrikų pastovių medžiagų ir jų pritaikymo vadovas, dviejų tūrių rinkinys. Elsevier.
5. Sebastianas, MT (2010). Dielektrinės belaidžio ryšio medžiagos. Elsevier.
6. Serway, R. ir Jewett, J. (2005). Fizika mokslui ir inžinerijai. Meksika: Tarptautinis Thomsono Editoresas.