Набоји међусобно делују у различитим медијима са различитим силама, одређеним Кулоновим законом. Особине ових медија су одређене величином која се зове пермитивност.
Садржај
Шта је диелектрична константа
Према Кулонов закон, два пуњења у фиксној тачки к1 и к2 у вакууму међусобно делују силом датом формулом Фкласа=((1/4)*π*ε)*(|к1|*|к2|/р2), где:
- Фкласа је Кулонова сила, Н;
- к1, к2 су модули пуњења, Ц;
- р је растојање између наелектрисања, м;
- ε0 - електрична константа, 8,85 * 10-12 Ф/м (фарад по метру).
Ако се интеракција не одвија у вакууму, формула укључује другу величину која одређује утицај материје на Кулонову силу, а Кулонов закон је написан на следећи начин:
Ф=((1/4)*π* ε* ε)*(|к1|*|к2|/р2).
Ова вредност је означена грчким словом ε (епсилон), бездимензионална је (нема јединицу мере). Диелектрична пермитивност је коефицијент слабљења интеракције наелектрисања у супстанци.
Често се у физици пермитивност користи заједно са електричном константом, у ком случају је згодно увести концепт апсолутне пермитивности. Означава се са εа и једнака је εа= ε*е. У овом случају апсолутна пермеабилност има димензију Ф/м. Обична пермеабилност ε се такође назива релативном да би се разликовала од εа.
Природа пермитивности
Природа пермитивности заснива се на феномену поларизације под дејством електричног поља. Већина супстанци је углавном електрично неутрална, иако садрже наелектрисане честице. Ове честице се насумично налазе у маси материје и њихова електрична поља се у просеку међусобно неутралишу.
У диелектрицима углавном постоје везана наелектрисања (називају се диполи). Ови диполи конвенционално представљају снопове две различите честице, које су спонтано оријентисане дуж дебљине диелектрика и у просеку стварају нулту јачину електричног поља. Под дејством спољашњег поља, диполи теже да се оријентишу према примењеној сили. Као резултат, ствара се додатно електрично поље. Сличне појаве се јављају и код неполарних диелектрика.
У проводницима су процеси слични, само постоје слободна наелектрисања, која се одвајају под дејством спољашњег поља и такође стварају своје електрично поље. Ово поље је усмерено ка спољашњем, екранизује наелектрисања и смањује јачину њихове интеракције.Што је већа способност супстанце да поларизује, то је веће ε.
Диелектрична константа разних супстанци
Различите супстанце имају различите диелектричне константе. Вредност ε за неке од њих дата је у табели 1. Очигледно је да су ове вредности веће од јединице, па се интеракција наелектрисања, у поређењу са вакуумом, увек смањује. Такође треба напоменути да је за ваздух ε нешто више од јединице, тако да се интеракција наелектрисања у ваздуху практично не разликује од интеракције у вакууму.
Табела 1. Вредности електричне пермеабилности за различите супстанце.
| Супстанце | Диелектрична константа |
|---|---|
| Бакелит | 4,5 |
| Папир | 2,0..3,5 |
| Вода | 81 (на +20 степени Ц) |
| Ваздух | 1,0002 |
| германијум | 16 |
| Гетинак | 5..6 |
| Дрво | 2.7..7.5 (разне оцене) |
| Радиотехничка керамика | 10..200 |
| Мица | 5,7..11,5 |
| стакло | 7 |
| Текстолит | 7,5 |
| полистирен | 2,5 |
| ПВЦ | 3 |
| Флуоропласт | 2,1 |
| Амбер | 2,7 |
Диелектрична константа и капацитивност кондензатора
Познавање вредности ε је важно у пракси, на пример, када се праве електрични кондензатори. Њих капацитет зависи од геометријских димензија плоча, растојања између њих и пермитивности диелектрика.
Ако треба да добијете кондензатор повећан капацитет, онда повећање површине плоча доводи до повећања димензија. Постоје и практична ограничења за смањење растојања између електрода. У овом случају може помоћи употреба изолатора са повећаном диелектричном константом. Ако користите материјал са већим ε, можете умножити величину плоча или повећати растојање између њих без губитка електрични капацитет.
Супстанце које се називају фероелектрици издвајају се у посебну категорију, у којој, под одређеним условима, долази до спонтане поларизације.У области која се разматра, карактеришу их две тачке:
- велике вредности диелектричне пермитивности (типичне вредности - од стотина до неколико хиљада);
- могућност контроле вредности диелектричне константе променом спољашњег електричног поља.
Ова својства се користе за производњу кондензатора великог капацитета (због повећане вредности диелектричне константе изолатора) са малим индикаторима тежине и величине.
Такви уређаји раде само у нискофреквентним колима наизменичне струје - како се фреквенција повећава, њихова диелектрична константа се смањује. Друга примена фероелектрика су променљиви кондензатори, чије се карактеристике мењају под утицајем примењеног електричног поља са променљивим параметрима.
Диелектрична константа и диелектрични губици
Такође, губици у диелектрику зависе од вредности диелектричне константе - ово је део енергије који се губи у диелектрику да би се загрејао. За опис ових губитака обично се користи параметар тан δ – тангент угла диелектричног губитка. Карактерише снагу диелектричних губитака у кондензатору, у коме је диелектрик направљен од материјала са расположивим тг δ. А специфични губитак снаге за сваку супстанцу је одређен формулом п=Е2*ω*ε*ε*тг δ, где је:
- п је специфични губитак снаге, В;
- ω=2*π*ф је кружна фреквенција електричног поља;
- Е је јачина електричног поља, В/м.
Очигледно, што је већа диелектрична константа, већи су губици у диелектрику, под условом да су све остале једнаке.
Зависност пермитивности од спољашњих фактора
Треба напоменути да вредност пермитивности зависи од фреквенције електричног поља (у овом случају од фреквенције напона примењеног на плоче). Како фреквенција расте, вредност ε опада за многе супстанце. Овај ефекат је изражен за поларне диелектрике. Овај феномен се може објаснити чињеницом да наелектрисања (диполи) престају да имају времена да прате поље. За супстанце које карактерише јонска или електронска поларизација, зависност пермитивности од фреквенције је мала.
Због тога је избор материјала за израду кондензаторског диелектрика толико важан. Оно што ради на ниским фреквенцијама неће нужно обезбедити добру изолацију на високим фреквенцијама. Најчешће се као изолатор на ХФ користе неполарни диелектрици.
Такође, диелектрична константа зависи од температуре, а у различитим супстанцама на различите начине. За неполарне диелектрике, он се смањује са повећањем температуре. У овом случају, за кондензаторе направљене помоћу таквог изолатора, говоре о негативном температурном коефицијенту капацитивности (ТКЕ) - капацитет опада са порастом температуре након ε. За друге супстанце, пропустљивост се повећава са повећањем температуре, а могу се добити кондензатори са позитивним ТКЕ. Укључивањем кондензатора са супротним ТКЕ у пар, можете добити термички стабилан капацитет.
Разумевање суштине и познавање вредности пермитивности различитих супстанци важно је у практичне сврхе. А могућност контроле нивоа диелектричне константе пружа додатне техничке перспективе.
Слични чланци:
