Maksas mijiedarbojas viena ar otru dažādos medijos ar dažādiem spēkiem, ko nosaka Kulona likums. Šo mediju īpašības nosaka lielums, ko sauc par caurlaidību.
Saturs
Kas ir dielektriskā konstante
Saskaņā ar Kulona likums, divas fiksētā punkta maksas q1 un q2 vakuumā mijiedarbojas viens ar otru ar spēku, ko dod formula Fklasē=((1/4)*π*ε)*(|q1|*|q2|/r2), kur:
- Fklasē ir Kulona spēks, N;
- q1, q2 ir uzlādes moduļi, C;
- r ir attālums starp lādiņiem, m;
- ε0 - elektriskā konstante, 8,85 * 10-12 F/m (Farad uz metru).
Ja mijiedarbība nenotiek vakuumā, formula ietver citu lielumu, kas nosaka vielas ietekmi uz Kulona spēku, un Kulona likumu raksta šādi:
F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q1|*|q2|/r2).
Šo vērtību apzīmē ar grieķu burtu ε (epsilon), tā ir bezizmēra (nav mērvienības). Dielektriskā caurlaidība ir vielā esošo lādiņu mijiedarbības vājināšanās koeficients.
Bieži fizikā caurlaidība tiek izmantota kopā ar elektrisko konstanti, un tādā gadījumā ir ērti ieviest absolūtās caurlaidības jēdzienu. To apzīmē ar εa un ir vienāds ar εa= ε*e. Šajā gadījumā absolūtajai caurlaidībai ir izmērs F/m. Parasto caurlaidību ε sauc arī par relatīvo, lai to atšķirtu no εa.
Caurlaidības raksturs
Caurlaidības raksturs ir balstīts uz polarizācijas fenomenu elektriskā lauka iedarbībā. Lielākā daļa vielu parasti ir elektriski neitrālas, lai gan tās satur lādētas daļiņas. Šīs daļiņas nejauši atrodas vielas masā, un to elektriskie lauki vidēji neitralizē viens otru.
Dielektriķos galvenokārt ir saistītie lādiņi (tos sauc par dipoliem). Šie dipoli parasti ir divu atšķirīgu daļiņu saišķi, kas ir spontāni orientēti pa dielektriķa biezumu un vidēji rada nulles elektriskā lauka intensitāti. Ārējā lauka iedarbībā dipoli mēdz orientēties atbilstoši pieliktajam spēkam. Rezultātā tiek izveidots papildu elektriskais lauks. Līdzīgas parādības notiek arī nepolārajos dielektriķos.
Vadītājos procesi ir līdzīgi, tikai ir brīvie lādiņi, kas ārējā lauka iedarbībā atdalās un arī rada savu elektrisko lauku. Šis lauks ir vērsts uz ārējo, pārbauda lādiņus un samazina to mijiedarbības spēku.Jo lielāka ir vielas spēja polarizēties, jo lielāka ε.
Dažādu vielu dielektriskā konstante
Dažādām vielām ir dažādas dielektriskās konstantes. Dažiem no tiem ε vērtība ir dota 1. tabulā. Ir skaidrs, ka šīs vērtības ir lielākas par vienību, tāpēc lādiņu mijiedarbība, salīdzinot ar vakuumu, vienmēr samazinās. Jāņem vērā arī tas, ka gaisam ε ir nedaudz vairāk par vienību, tāpēc lādiņu mijiedarbība gaisā praktiski neatšķiras no mijiedarbības vakuumā.
1. tabula. Dažādu vielu elektriskās caurlaidības vērtības.
| Viela | Dielektriskā konstante |
|---|---|
| Bakelīts | 4,5 |
| Papīrs | 2,0..3,5 |
| Ūdens | 81 (pie +20 grādiem C) |
| Gaiss | 1,0002 |
| Germānija | 16 |
| Getinax | 5..6 |
| Koksne | 2.7..7.5 (dažādas pakāpes) |
| Radiotehnikas keramika | 10..200 |
| Vizla | 5,7..11,5 |
| Stikls | 7 |
| Tekstolīts | 7,5 |
| Polistirols | 2,5 |
| PVC | 3 |
| Fluoroplasts | 2,1 |
| Dzintars | 2,7 |
Kondensatora dielektriskā konstante un kapacitāte
Zināt ε vērtību ir svarīgi praksē, piemēram, veidojot elektriskos kondensatorus. Viņi jaudu atkarīgs no plākšņu ģeometriskajiem izmēriem, attāluma starp tām un dielektriķa caurlaidības.
Ja jums ir nepieciešams iegūt kondensators palielināta jauda, tad plākšņu laukuma palielināšanās noved pie izmēru palielināšanās. Attāluma starp elektrodiem samazināšanai ir arī praktiski ierobežojumi. Šajā gadījumā var palīdzēt izolatora ar paaugstinātu dielektrisko konstanti izmantošana. Ja izmantojat materiālu ar lielāku ε, varat reizināt samazināt plākšņu izmēru vai palielināt attālumu starp tām bez zaudējumiem elektriskā jauda.
Vielas, ko sauc par feroelektriķiem, iedala atsevišķā kategorijā, kurā noteiktos apstākļos notiek spontāna polarizācija.Apskatāmajā apgabalā tos raksturo divi punkti:
- lielas dielektriskās caurlaidības vērtības (tipiskās vērtības - no simtiem līdz vairākiem tūkstošiem);
- spēja kontrolēt dielektriskās konstantes vērtību, mainot ārējo elektrisko lauku.
Šīs īpašības tiek izmantotas augstas kapacitātes kondensatoru ražošanai (sakarā ar palielinātu izolatora dielektriskās konstantes vērtību) ar maziem svara un izmēra indikatoriem.
Šādas ierīces darbojas tikai zemfrekvences maiņstrāvas ķēdēs - palielinoties frekvencei, to dielektriskā konstante samazinās. Vēl viens feroelektriķu pielietojums ir mainīgi kondensatori, kuru raksturlielumi mainās pielietota elektriskā lauka ietekmē ar mainīgiem parametriem.
Dielektriskā konstante un dielektriskie zudumi
Arī zudumi dielektrikā ir atkarīgi no dielektriskās konstantes vērtības - tā ir enerģijas daļa, kas tiek zaudēta dielektrikā, lai to uzsildītu. Lai aprakstītu šos zudumus, parasti izmanto parametru tan δ - dielektriskā zuduma leņķa tangensu. Tas raksturo dielektrisko zudumu jaudu kondensatorā, kurā dielektriķis ir izgatavots no materiāla ar pieejamo tg δ. Un īpatnējo jaudas zudumu katrai vielai nosaka pēc formulas p=E2*ώ*ε*ε*tg δ, kur:
- p ir īpatnējais jaudas zudums, W;
- ώ=2*π*f ir elektriskā lauka cirkulārā frekvence;
- E ir elektriskā lauka stiprums, V/m.
Acīmredzot, jo augstāka ir dielektriskā konstante, jo lielāki ir zudumi dielektrikā, ja visas pārējās lietas ir vienādas.
Caurlaidības atkarība no ārējiem faktoriem
Jāņem vērā, ka caurlaidības vērtība ir atkarīga no elektriskā lauka frekvences (šajā gadījumā no plāksnēm pievadītā sprieguma frekvences). Palielinoties frekvencei, daudzām vielām ε vērtība samazinās. Šis efekts ir izteikts polārajiem dielektriķiem. Šo parādību var izskaidrot ar to, ka lādiņiem (dipoliem) vairs nav laika sekot laukam. Vielām, kurām raksturīga jonu vai elektroniska polarizācija, caurlaidības atkarība no frekvences ir maza.
Tāpēc materiālu izvēle kondensatora dielektriķa izgatavošanai ir tik svarīga. Tas, kas darbojas zemās frekvencēs, ne vienmēr nodrošinās labu izolāciju augstās frekvencēs. Visbiežāk HF kā izolatoru izmanto nepolārus dielektriķus.
Arī dielektriskā konstante ir atkarīga no temperatūras un dažādās vielās dažādos veidos. Nepolāriem dielektriķiem tas samazinās, palielinoties temperatūrai. Šajā gadījumā kondensatoriem, kas izgatavoti, izmantojot šādu izolatoru, viņi runā par negatīvu temperatūras kapacitātes koeficientu (TKE) - jaudu samazinās, palielinoties temperatūrai pēc ε. Citām vielām caurlaidība palielinās, palielinoties temperatūrai, un var iegūt kondensatorus ar pozitīvu TKE. Iekļaujot pārī kondensatorus ar pretēju TKE, jūs varat iegūt termiski stabilu kapacitāti.
Praktiski svarīgas ir dažādu vielu caurlaidības būtības izpratne un zināšanas par to vērtību. Un iespēja kontrolēt dielektriskās konstantes līmeni nodrošina papildu tehniskās perspektīvas.
Līdzīgi raksti:
