В чем измеряется диэлектрическая проницаемость
Перейти к содержимому

В чем измеряется диэлектрическая проницаемость

  • автор:

В чем измеряется диэлектрическая проницаемость среды?

Ну да. Про АБСОЛЮТНУЮ диэлектрическую проницаемость никто не слышал. )) )
А она в СИ измеряется в фарадах на метр (Ф/м).

Остальные ответы

Относи́тельная диэлектри́ческая проница́емость показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Имеряется кофициэнтом.

безразмерная величина
не имеет измерности
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Диэлектрическая проницаемость

В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.

Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль – ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.

Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ (абсолют-ная — ε. относительная — εr), физическая величина, характеризующая способность диэлектрика поляризоваться в электрич. поле. Абс. Д. п. вводится как коэф. пропорциональности между векторами электрич. индукции D и напряжённости электрич. поля E:D = εE. Относит. Д. п. равна отношению абс. Д. п. к электрич. постоянной СИ ε00=8,854- 10 -12 Ф/м):εr=ε/ε0. Для вакуума εr=1 и ε=ε0— Д. п. изотропных диэлектриков определяется одним числом (ε — скаляр), анизотропных — совокупностью неск. чисел (ε — тензор). Наряду с Д. п. способность диэлектрика поляризоваться нередко характеризуют также диэлектрической восприимчивостью χe; εr и χe связаны соотношением: εr = 1+ χe.
Величина Д. п. определяется механизмом поляризации диэлектрика и зависит от поляризуемости частиц (атомов, молекул, ионов), входящих в состав диэлектрика. У диэлектриков с чисто электронным механизмом поляризации (водород, гелий, трансформаторное масло, полиэтилен и др.) относит. Д. п. лежит в интервале 1,0002—2,3; у диэлектриков, в к-рых преобладает ионный или ориентационный механизм поляризации (вода, стекло, кварц, слюда и др.), Д. п. составляет 3—300 (в ионных кристаллах с дефектами она достигает 3⋅10 3 ). Аномально высокие значения Д. п. (до 5⋅10 4 ) имеют сегнетоэлектрики. В большинстве диэлектриков Д. п. практически не зависит от напряжённости электрич. поля вплоть до пробоя диэлектрика. Нек-рые диэлектрики (в основном сегнетоэлектрики) обнаруживают нелинейную зависимость D от Е, т. е. Д. п. в них зависит от напряжённости электрич. поля. Для этих диэлектриков наряду с абс. и относит. Д. п. вводят след. виды Д. п.: дифференциальную dD/ε0dE; реверсивную, определяемую как относит. Д. п. в перем. электрич. поле при одноврем. наложении пост, или медленно меняющегося поля; начальную относительную, определяемую при амплитуде электрич. поля, стремящейся к нулю; эффективную, равную отношению эффективного значения плотности тока к эффективной напряжённости электрич. поля, делённому на частоту этого поля.
У неполярных диэлектриков, обладающих электронной и ионной поляризацией, Д. п. слабо зависит от темп-ры Т. У полярных диэлектриков, обладающих ориентац. и ре-лаксац. поляризацией, ε существенно зависит от Т. Особенно сильно зависимость Д. п. от темп-ры проявляется у сегнетоэлектриков вблизи точки Кюри. С целью уменьшения зависимости ε от Т, напр. при создании высокостабильных диэлектрич. резонаторов, используют керамику из смеси диэлектрич. порошков с разл. темп-рными коэф. ε.
Зависимость Д. п. от частоты электрич. поля (временная дисперсия) обусловлена запаздыванием процесса установления поляризации Р (её релаксацией) по отношению к изменению напряжённости электрич. поля Е и сопровождается появлением диэлектрических потерь. При наличии потерь в диэлектрике Д. п. является комплексной величиной: ε=ε’—iε», причём ε’ и ε» (и, следовательно, ε) сложным образом зависят от частоты электрич. поля. Отношение мнимой составляющей Д. п. (ε») к вещественной (ε’) определяет тангенс угла диэлектрич. потерь (ε»/ε’=tg δ).
Наиболее распространённые методы определения Д. п. на частотах от 0 до 10 7 Гц осн. на измерении ёмкости конденсатора, заполненного исследуемым диэлектриком. Измеренное в перем. поле значение Д. п. соответствует веществ, составляющей комплексной Д. п.; мнимую составляющую обычно определяют по результатам измерения tg δ и веществ, составляющей. В диапазоне метровых и сантиметровых волн (10 8 —10 11 Гц) для измерения Д. п. применяются волноводные методы: исследуемый образец помещается внутрь волновода и регистрируется вызванное этим образцом изменение структуры поля в измерит, линии. Начиная с частот ~10 11 Гц, используются квазиоптич. и оптич. методы, осн. на измерении с помощью спектрометра коэф. пропускания (или коэф. отражения) образца и соответствующего фазового сдвига волны.

Источник
Электроника. Энциклопедический словарь
Москва, «Советская энциклопедия», 1991 г.

Что такое диэлектрическая проницаемость

В этой статье мы рассмотрим одну из важных физических величин — диэлектрическую проницаемость. Она играет ключевую роль в многих областях техники, включая электронику и электротехнику.

Понимание диэлектрической проницаемости помогает лучше понять работу электрических и магнитных устройств, а также позволяет проектировать и разрабатывать новые электротехнические и электронные устройства. Мы попытаемся объяснить эту концепцию простыми словами, приведем примеры значений диэлектрической проницаемости отдельных сред и основные области ее использования.

Если совсем упростить, то «Диэлектрическая проницаемость» — это физическая величина, которая определяет, насколько хорошо материал пропускает электрический ток.

Если материал имеет высокую диэлектрическую проницаемость, то электрический ток проходит через него плохо, и он является хорошим изолятором. Напротив, материал с низкой диэлектрической проницаемостью пропускает электрический ток лучше, и он является хорошим проводником.

Диэлектрическая проницаемость является ключевым параметром, определяющим поведение электрических и магнитных полей внутри материалов. Она определяет, насколько легко может проникать электричество через материал и как это влияет на поведение электрических и магнитных полей внутри него.

— Доктор физики Джон Смит

Любое вещество или тело, окружающее нас, обладает определенными электрическими свойствами. Это объясняется молекулярной и атомной структурой: наличием заряженных частиц, находящихся во взаимно связанном или свободном состоянии.

Когда на вещество не действует никакое внешнее электрическое поле, то эти частицы распределяются так, что уравновешивают друг друга и во всем суммарном объеме не создают дополнительного электрического поля. В случае приложения извне электрической энергии внутри молекул и атомов возникает перераспределение зарядов, которое ведет к созданию собственного внутреннего электрического поля, направленного встречно внешнему.

Если вектор приложенного внешнего поля обозначить «Е0», а внутреннего — «Е’», то полное поле «Е» будет складываться из энергии этих двух величин.

В электричестве принято делить вещества на:

  • проводники;
  • диэлектрики.

Такая классификация существует издавна, хотя она довольно условна потому, что многие тела обладают другими или комбинированными свойствами.

В роли проводников выступают среды, имеющие в наличии свободные заряды. Чаще всего проводниками выступают металлы, ведь в их структуре всегда присутствуют свободные электроны, которые способны перемещаться внутри всего объема вещества и, одновременно, являются участниками тепловых процессов.

Когда проводник изолирован от действия внешних электрических полей, то в нем создается баланс положительных и отрицательных зарядов из ионных решеток и свободных электронов. Это равновесие сразу разрушается при внесении проводника в электрическое поле — благодаря энергии которого начинается перераспределение заряженных частиц и возникают несбалансированные заряды положительных и отрицательных величин на внешней поверхности.

Это явление принято называть электростатической индукцией . Возникшие при ней заряды на поверхности металлов именуют индукционными зарядами .

Образованные в проводнике индукционные заряды формируют собственное поле Е’, компенсирующее действие внешнего Е0 внутри проводника. Поэтому значение полного, суммарного электростатического поля скомпенсировано и равно 0. При этом потенциалы всех точек как внутри, так и снаружи одинаковы.

Полученный вывод свидетельствует, что внутри проводника, даже при подключенном внешнем поле, отсутствует разность потенциалов и нет электростатических полей. Этот факт используется при экранировании — применении способа электростатической защиты людей и чувствительного к наведенным полям электрооборудования, особенно высокоточных измерительных приборов и микропроцессорной техники.

Принцип электростатической защиты

Экранированная одежда и обувь из тканей с токопроводящими нитями, включая головной убор, используется в энергетике для защиты персонала, работающего в условиях повышенной напряженности, создаваемой высоковольтным оборудованием.

Так называют вещества, обладающие изоляционными свойствами. Они имеют в своем составе только связанные между собой, а не свободные заряды. У них все положительные и отрицательные частицы скреплены внутри нейтрального атома, лишены свободы передвижения. Они распределены внутри диэлектрика и не перемещаются под действием приложенного внешнего поля Е0.

Однако, его энергия все же вызывает определенные изменения в структуре вещества — внутри атомов и молекул изменяется соотношение положительных и отрицательных частиц, а на поверхности вещества возникают излишние, несбалансированные связанные заряды, образующие внутреннее электрическое поле Е’. Оно направлено встречно приложенной извне напряженности.

Это явление получило название поляризации диэлектрика . Оно характеризуется тем, что внутри вещества проявляется электрическое поле Е, образованное действием внешней энергии Е0, но ослабленное противодействием внутренней Е’.

Она внутри диэлектриков бывает двух видов:

Первый тип имеет дополнительное название дипольной поляризации. Он присущ диэлектрикам со смещенными центрами у отрицательных и положительных зарядов, которые образуют молекулы из микроскопических диполей — нейтральной совокупности из двух зарядов. Это характерно для воды, диоксида азота, сероводорода.

Без действия внешнего электрического поля у таких веществ молекулярные диполи ориентируются хаотичным образом под влиянием действующих температурных процессов. При этом в любой точке внутреннего объема и на внешней поверхности диэлектрика нет электрического заряда.

Эта картина изменяется под влиянием приложенной извне энергии, когда диполи немного изменяют свою ориентацию и на поверхности возникают области не скомпенсированных макроскопических связанных зарядов, образующих поле Е’ со встречным направлением к приложенному Е0.

поляризация диэлектрика

При такой поляризации большое влияние на процессы оказывает температура, вызывающая тепловое движение и создающая дезориентирующие факторы.

Электронная поляризация, упругий механизм

Она проявляется у неполярных диэлектриков — материалов другого вида с молекулами, лишенными дипольного момента, которые под влияние внешнего поля деформируются так, что положительные заряды ориентируются по направлению вектора Е0, а отрицательные — в противоположную сторону.

В итоге каждая из молекул работает как электрический диполь, сориентированный по оси приложенного поля. Они, таким способом, создают на внешней поверхности свое поле Е’ со встречным направлением.

Поляризация неполярного диэлектрика

У подобных веществ деформация молекул, а, следовательно, и поляризация от воздействия поля извне не зависит от их движения под влиянием температуры. В качестве примера неполярного диэлектрика можно привести метан СH4.

Численное значение внутреннего поля обоих видов диэлектриков по величине вначале изменяется прямо пропорционально возрастанию внешнего поля, а затем, при достижении насыщения, проявляются эффекты нелинейного характера. Они наступают тогда, когда все молекулярные диполи выстроились вдоль силовых линий у полярных диэлектриков или произошли изменения структуры неполярного вещества, обусловленные сильной деформацией атомов и молекул от большой приложенной извне энергии.

На практике такие случаи возникают редко — обычно раньше наступает пробой или нарушение изоляции.

Среди изоляционных материалов важная роль отводится электрическим характеристикам и такому показателю, как диэлектрическая проницаемость . Она может оцениваться двумя различными характеристиками:

1. абсолютным значением;

2. относительной величиной.

Термином абсолютной диэлектрической проницаемости вещества пользуются при обращении к математической записи закона Кулона. Она связывает вектора индукции D и напряженности E.

Закон Кулона

Вспомним, что французский физик Шарль де Кулон с помощью собственных крутильных весов исследовал закономерности электрических и магнитных сил между небольшими заряженными телами.

Определение относительной диэлектрической проницаемости среды используется для характеристики изоляционных свойств вещества. Она оценивает соотношение силы взаимодействия между двумя точечными зарядами при двух различных условиях: в вакууме и рабочей среде. При этом показатели вакуума принимаются за 1, а у реальных веществ они всегда выше 1.

Численное выражение диэлектрической проницаемости отображается безразмерной величиной, объясняется эффектом поляризации у диэлектриков, используется для оценки их характеристик.

Значения диэлектрической проницаемости отдельных сред (при комнатной температуре)

Вещество Диэлектрическая проницаемость Вещество Диэлектрическая проницаемость
Сегнетова соль 6000 Алмаз 5,7
Рутил (вдоль оптической оси) 170 Вода 81
Полиэтилен 2,3 Спирт этиловый 26,8
Кремний 12,0 Слюда 6
Стекло 5-16 Углекислый газ 1,00099
NaCl 5,26 Водяной пар 1,0126
Бензол 2,322 Воздух (760 мм рт. ст.) 1,00057

Применение диэлектрической проницаемости

Диэлектрическая постоянная, также известная как электрическая постоянная или диэлектрическая проницаемость, играет важную роль в многих практических применениях.

Одним из наиболее важных применений является создание диэлектрических материалов. Диэлектрики являются важными компонентами в многих устройствах.

В электротехнике она широко используется при проектировании и строительстве конденсаторов, которые являются важными компонентами в многих электронных устройствах, таких как радио, телевидение и компьютеры.

Емкость конденсатора прямо пропорциональна диэлектрической постоянной материала, используемого как изоляционный слой между пластинами конденсатора.

Другое распространенное применение диэлектрической проницаемости — это проектирование электрических трансформаторов. Используя материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, можно уменьшить размер трансформатора, что сделает его более эффективным и экономически эффективным.

В радиотехнике она используется в качестве параметра для оценки эффективности излучения и приема сигналов.

В телекоммуникационной отрасли диэлектрическая проницаемость материала используется для определения его подходимости для использования в качестве изоляционного слоя в коаксиальных кабелях. Она также играет роль в определении потерь сигнала в этих кабелях.

Диэлектрическая проницаемость также используется в медицинской диагностике, например, в магнитно-резонансной томографии для облегчения визуализации внутренних органов человека.

В целом, диэлектрическая проницаемость имеет широкий спектр практических применений, что делает ее важным параметром во многих различных областях. Будь то электроника, телекоммуникации или медицина, диэлектрическая проницаемость является ценным инструментом, который помогает инженерам и ученым понимать и оптимизировать электрические свойства материалов.

Диэлектрическая проницаемость является важным понятием в физике, которое имеет широкое применение в различных областях, таких как электроника, электротехника, телекоммуникации и медицина.

Она важна для понимания, как поведение электрических и магнитных полей влияет на различные материалы и как их можно использовать для решения реальных проблем.

Диэлектрическая проницаемость играет ключевую роль в понимании физических процессов, происходящих внутри материалов, и ее исследование помогает разработать новые технологии, приборы и оборудование.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое диэлектрическая проницаемость

Заряды взаимодействуют друг с другом в различных средах с различной силой, определяемой законом Кулона. Свойства этих сред определяет величина, называемая диэлектрической проницаемостью.

Формула диэлектрической проницаемости среды.

Что такое диэлектрическая проницаемость

Согласно закону Кулона, два точечных неподвижных заряда q1 и q2 в вакууме взаимодействуют между собой с силой, заданной формулой Fкл=((1/4)*π* ε0)*(|q1|*|q2|/r 2 ), где:

  • Fкл – сила Кулона, Н;
  • q1, q2 – модули зарядов, Кл;
  • r – расстояние между зарядами, м;
  • ε0 – электрическая постоянная, 8,85*10 -12 Ф/м (Фарад на метр).

Если взаимодействие происходит не в вакууме, в формулу входит ещё одна величина, определяющая влияние вещества на силу Кулона, и запись закона Кулона выглядит так:

Эта величина обозначается греческой буквой ε (эпсилон), она безразмерна (не имеет единицы измерения). Диэлектрическая проницаемость является коэффициентом ослабления взаимодействия зарядов в веществе.

Часто в физике диэлектрическая проницаемость используется совместно с электрической постоянной, в этом случае удобно ввести понятие абсолютной диэлектрической проницаемости. Она обозначается εa и равна εa= ε0* ε. В этом случае абсолютная проницаемость имеет размерность Ф/м. Обычную проницаемость ε также называют относительной, чтобы отличить ее от εa.

Природа диэлектрической проницаемости

В основе природы диэлектрической проницаемости лежит явление поляризации под действием электрического поля. Большинство веществ в целом электрически нейтральны, хотя и содержат заряженные частицы. Эти частицы расположены в массе вещества хаотично и их электрические поля в среднем нейтрализуют друг друга.

В диэлектриках находятся, в основном связанные заряды (их называют диполями). Эти диполи условно представляют собой связки из двух разноименных частиц, которые по толщине диэлектрика ориентированы спонтанно и в среднем создают нулевую напряженность электрического поля. Под действием внешнего поля диполи стремятся сориентироваться согласно приложенной силе. В результате создается дополнительное электрическое поле. Сходные явления происходят и в неполярных диэлектриках.

В проводниках процессы похожие, только там имеются свободные заряды, которые под действием внешнего поля разделяются и также создают собственное электрическое поле. Это поле направлено навстречу внешнему, экранирует заряды и снижает силу их взаимодействия. Чем больше способность вещества к поляризации, тем выше ε.

Диэлектрическая проницаемость различных веществ

Разные вещества имеют различную диэлектрическую проницаемость. Значение ε для некоторых из них приведено в таблице 1. Очевидно, что эти значения больше единицы, поэтому взаимодействие зарядов, по сравнению с вакуумом, всегда уменьшается. Также надо заметить, что для воздуха ε немногим более единицы, поэтому взаимодействие зарядов в воздухе практически не отличается от взаимодействия в вакууме.

Таблица 1. Значения электрической проницаемости для различных веществ.

Вещество Диэлектрическая проницаемость
Бакелит 4,5
Бумага 2,0..3,5
Вода 81 (при +20 град.С)
Воздух 1,0002
Германий 16
Гетинакс 5..6
Дерево 2,7..7,5 (различные сорта)
Керамика радиотехническая 10..200
Слюда 5,7..11,5
Стекло 7
Текстолит 7,5
Полистирол 2,5
Полихлорвинил 3
Фторопласт 2,1
Янтарь 2,7

Диэлектрическая проницаемость и ёмкость конденсатора

Знание величины ε на практике важно, например, при создании электрических конденсаторов. Их ёмкость зависит от геометрических размеров обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Зависимость ёмкости конденсатора от его габаритов.

Если надо получить конденсатор повышенной ёмкости, то увеличение площади обкладок ведет к увеличению габаритов. На уменьшение расстояния между электродами также имеются практические ограничения. В этом случае может помочь применение изолятора с увеличенной диэлектрической проницаемостью. Если применить материал с более высоким ε, можно кратно уменьшить размер обкладок или увеличить расстояние между ними без потерь электрической ёмкости.

В отдельную категорию выделяют вещества, называемые сегнетоэлектриками, у которых при определенных условиях возникает спонтанная поляризация. В рассматриваемой области для них характерны два момента:

  • большие значения диэлектрической проницаемости (характерные значения — от сотен до нескольких тысяч);
  • возможность управлять величиной диэлектрической проницаемости путем изменения внешнего электрического поля.

Эти свойства используются для изготовления конденсаторов большой ёмкости (за счёт увеличенных значение диэлектрической проницаемости изолятора) с небольшими массогабаритными показателями.

Такие устройства работают только в низкочастотных цепях переменного тока – при увеличении частоты их диэлектрическая проницаемость падает. Другое применение сегнетоэлектриков – конденсаторы переменной ёмкости, чьи характеристики меняются под действием приложенного электрического поля с изменяющимися параметрами.

Диэлектрическая проницаемость и потери в диэлектрике

Также от значения диэлектрической проницаемости зависят потери в диэлектрике – это та часть энергии, которая теряется в диэлектрике на его нагрев. Для описания этих потерь обычно применяется параметр tg δ – тангенс угла диэлектрических потерь. Он характеризует мощность диэлектрических потерь в конденсаторе, у которого диэлектрик изготовлен из материала с имеющимся tg δ. А удельная мощность потерь для каждого вещества определяется формулой p=E 2 *ώ*ε0*ε*tg δ, где:

  • p – удельная мощность потерь, Вт;
  • ώ=2*π*f – круговая частота электрического поля;
  • E – напряженность электрического поля, В/м.

Очевидно, что чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше потери в диэлектрике при прочих равных условиях.

Зависимость диэлектрической проницаемости от сторонних факторов

Следует заметить, что значение диэлектрической проницаемости зависит от частоты электрического поля (в данном случае – от частоты напряжения, приложенного к обкладкам). С ростом частоты значение ε у многих веществ падает. Этот эффект ярко выражен для полярных диэлектриков. Объяснить это явление можно тем, что заряды (диполи) перестают успевать следовать за полем. У веществ, для которых характерна ионная или электронная поляризация, зависимость диэлектрической проницаемости от частоты мала.

Поэтому так важен подбор материалов для выполнения диэлектрика конденсатора. То, что работает на низких частотах, не обязательно позволит получить качественную изоляцию на высоких. Чаще всего на ВЧ в качестве изолятора применяют неполярные диэлектрики.

Также диэлектрическая проницаемость зависит от температуры, причем у разных веществ по-разному. У неполярных диэлектриков она падает с ростом температуры. В этом случае для конденсаторов, выполненных с применением такого изолятора, говорят об отрицательном температурном коэффициенте ёмкости (ТКЕ) – ёмкость с ростом температуры падает вслед за ε. У других веществ проницаемость с ростом температуры увеличивается, и можно получить конденсаторы с положительным ТКЕ. Включив в пару конденсаторы с противоположными ТКЕ, можно получить термостабильную ёмкость.

Понимание сущности и знание значения диэлектрической проницаемости различных веществ важно для практических целей. А возможность управлять уровнем диэлектрической проницаемости даёт дополнительные технические перспективы.

Похожие статьи:

Закон Кулона, определение и формула — электрические точечные заряды и их взаимодействие

Что такое электрическая ёмкость, в чём измеряется и от чего зависит

Что такое конденсатор, где применяется и для чего нужен

Магнитное поле: источники, свойства, характеристики и применение

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

В чём отличие проводников от диэлектриков, их свойства и сфера применения

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *