- Dielektrikai ir kondensatoriai
- Dielektrikas išoriniame elektriniame lauke
- Elektrinio laidumo matavimas
- Eksperimentas oro elektriniam laidumui matuoti
- -Medžiagos
- -Procesas
- Svarbu
- Nuorodos
Elektros skvarba yra parametras, kuris kiekybiškai terpe atsakymą į elektros lauko buvimo. Jis žymimas graikiška raide ε, o jo vertė vakuumui, naudojama kaip nuoroda kitoms terpėms, yra tokia: ε o = 8,8541878176 x 10 -12 C 2 / Nm 2
Terpės pobūdis suteikia jai ypatingą atsaką į elektrinius laukus. Tokiu būdu temperatūra, drėgmė, molekulinė masė, sudedamųjų molekulių geometrija, mechaniniai įtempiai veikia vidų arba kad erdvėje yra tam tikra pageidaujama kryptis, kuria palengvinamas lauko egzistavimas.
1 pav. Oras tampa laidus virš tam tikros įtampos. Šaltinis: „Pixabay“.
Pastaruoju atveju sakoma, kad medžiaga turi anizotropiją. Ir kai nė viena kryptis nėra prioritetinė, medžiaga laikoma izotropine. Bet kurios vienalytės terpės pralaidumas gali būti išreikštas kaip vakuumo ε pralaidumo funkcija arba išraiška:
ε = κε arba
Kur κ yra santykinis medžiagos pralaidumas, dar vadinamas dielektrine konstanta, be matmens dydis, kuris eksperimentiškai buvo nustatytas daugeliui medžiagų. Vėliau paaiškinta, kaip atlikti šį matavimą.
Dielektrikai ir kondensatoriai
Dielektrikas yra medžiaga, kuri gerai neatlaiko elektros energijos, todėl gali būti naudojama kaip izoliatorius. Tačiau tai netrukdo medžiagai reaguoti į išorinį elektrinį lauką, sukuriant savo.
Toliau analizuosime izotropinių dielektrinių medžiagų, tokių kaip stiklas, vaškas, popierius, porcelianas, ir kai kurių riebalų, dažniausiai naudojamų elektronikoje, reakciją.
Tarp dviejų plokščių lygiagrečių plokščių kondensatorių metalinių lakštų gali būti sukurtas išorinis dielektriko elektrinis laukas.
Dielektrikui, skirtingai nei tokiems laidininkams kaip varis, trūksta laisvų krūvių, kurie galėtų judėti medžiagos viduje. Jų sudedamosios molekulės yra elektriškai neutralios, tačiau krūviai gali šiek tiek pasislinkti. Tokiu būdu jie gali būti modeliuojami kaip elektriniai dipoliai.
Dipolis yra elektriškai neutralus, tačiau teigiamasis krūvis yra nedideliu atstumu nuo neigiamojo krūvio. Dielektrinėje medžiagoje ir nesant išorinio elektrinio lauko, dipoliai paprastai pasiskirsto atsitiktinai, kaip parodyta 2 paveiksle.
2 pav. Dielektrinėje medžiagoje dipoliai orientuojami atsitiktine tvarka. Šaltinis: pačių sukurtas.
Dielektrikas išoriniame elektriniame lauke
Kai dielektrikas įvedamas į išorinio lauko vidurį, pavyzdžiui, tą, kuris sukurtas dviejų laidžių lakštų viduje, dipoliai pertvarkomi ir krūviai atsiskiria, sukurdami medžiagoje vidinį elektrinį lauką, priešingą išoriniam laukui. .
Kai įvyksta šis poslinkis, sakoma, kad medžiaga yra poliarizuota.
3 pav. Poliarizuota dielektrinė medžiaga. Šaltinis: pačių sukurtas.
Dėl šios sukeltos poliarizacijos sumažėja grynasis arba susidaręs elektrinis laukas E, tai parodyta 3 paveiksle, nes išorinis laukas ir vidinis laukas, kurį sukuria minėta poliarizacija, turi tą pačią, bet priešingas puses. E dydis apskaičiuojamas taip:
Išorinis laukas sumažėja dėl sąveikos su medžiaga faktoriaus, vadinamo κ arba medžiagos dielektrine konstanta, makroskopine savybe. Pagal šį kiekį gaunamas arba grynasis laukas yra:
Dielektrinė konstanta κ yra santykinis medžiagos laidumas, be matmens dydis visada didesnis kaip 1 ir lygus 1 vakuume.
Arba ε = κε, arba kaip aprašyta pradžioje. Ε vienetai yra tokie patys kaip ε o : C 2 / Nm 2 arba F / m.
Elektrinio laidumo matavimas
Dielektriko įterpimas tarp kondensatoriaus plokštelių suteikia galimybę laikyti papildomus krūvius, ty padidinti talpą. Šį faktą Michaelas Faradėjus atrado XIX a.
Medžiagos dielektrinę konstantą galima išmatuoti naudojant plokščią lygiagretų plokštelinį kondensatorių tokiu būdu: kai tarp plokščių yra tik oras, galima parodyti, kad talpa yra apskaičiuojama pagal:
Kur C o yra kondensatoriaus talpa, A yra plokštelių plotas, o d yra atstumas tarp jų. Bet įdėjus dielektriką, talpa padidėja koeficientu κ, kaip matyti ankstesniame skyriuje, ir tada nauja talpa C yra proporcinga originalui:
C = κε arba . A / d = ε. Reklama
Galutinės ir pradinės talpos santykis yra medžiagos dielektrinė konstanta arba santykinis laidumas:
κ = C / C arba
Absoliutus nagrinėjamos medžiagos elektrinis laidumas yra žinomas:
ε = ε o . (C / C o )
Matavimus galima lengvai atlikti, jei turite multimetrą, galintį išmatuoti talpą. Alternatyva yra išmatuoti įtampą Vo tarp kondensatoriaus plokštelių be dielektriko ir izoliuotos nuo šaltinio. Tada įvedamas dielektrikas ir stebimas įtampos sumažėjimas, kurio vertė bus V.
Tada κ = V arba / V
Eksperimentas oro elektriniam laidumui matuoti
-Medžiagos
- Reguliuojamas atstumas tarp lygiagrečių plokščių kondensatorių.
- mikrometrinis arba vernierinis sraigtas.
- Multimetras, kurio funkcija matuoti talpą.
- Grafinis popierius.
-Procesas
- Pasirinkite atskyrimą d tarp kondensatoriaus plokštelių ir multimetro pagalba išmatuokite talpą C o . Duomenų porą įrašykite į verčių lentelę.
- Pakartokite aukščiau aprašytą procedūrą bent 5 plokštelių atskyrimams.
- Raskite kiekvieno išmatuoto atstumo koeficientą (A / d).
- Dėka išraiškos C o = ε o . A / d yra žinoma, kad C o yra proporcingas koeficientui (A / d). Ant grafiko popieriaus nubraižykite kiekvieną C vertę arba atitinkamą A / d reikšmę .
- Vizualiai sureguliuokite geriausią liniją ir nustatykite jos nuolydį. Arba suraskite nuolydį, naudodamiesi tiesine regresija. Šlaito vertė yra oro leistinumas.
Svarbu
Tarpai tarp plokščių neturėtų viršyti maždaug 2 mm, nes lygiagrečios plokščiosios plokštelės kondensatoriaus talpos lygtis daro prielaidą, kad plokštės yra begalinės. Tačiau tai yra gana geras derinimas, nes plokščių pusė visada yra daug didesnė nei atstumas tarp jų.
Šiame eksperimente nustatomas oro pralaidumas, kuris yra gana artimas vakuumui. Vakuumo dielektrinė konstanta yra κ = 1, o sauso oro - κ = 1,00059.
Nuorodos
- Dielektrikas. Dielektrinė konstanta. Atgauta iš: electricistas.cl.
- Figueroa, Douglas. 2007. Mokslo ir inžinerijos fizikos serija. 5 tomas - elektrinė sąveika. 2-asis. Leidimas. 213–215.
- Laboratori d'Electricitat i Magnetisme (UPC). Santykinis medžiagos leistinumas. Atgauta iš: elaula.es.
- Monge, M. Dielectrics. Elektrostatinis laukas. Madrido Carlos III universitetas. Atkurta iš: ocw.uc3m.es.
- Searsas, Zemansky. 2016. Universiteto fizika su šiuolaikine fizika. 14 -oji . Ed. 797-806.