מטענים מקיימים אינטראקציה זה עם זה באמצעי תקשורת שונים עם כוחות שונים, שנקבעו על פי חוק קולומב. המאפיינים של אמצעי תקשורת אלה נקבעים על ידי כמות הנקראת הפריטטיביות.
תוֹכֶן
מהו קבוע דיאלקטרי
לפי חוק קולומב, שני מטענים נקודתיים קבועים ש1 ו-q2 בוואקום יש אינטראקציה זה עם זה עם הכוח שניתן על ידי הנוסחה Fמעמד=((1/4)*π*ε)*(|ש1|*|ש2|/ר2), איפה:
- ומעמד הוא כוח קולומב, N;
- ש1, ש2 הם מודולי טעינה, C;
- r הוא המרחק בין מטענים, m;
- ε0 - קבוע חשמלי, 8.85 * 10-12 F/m (Farad למטר).
אם האינטראקציה לא מתרחשת בחלל ריק, הנוסחה כוללת כמות נוספת הקובעת את השפעת החומר על כוח קולומב, וחוק קולומב כתוב כך:
F=((1/4)*π* ε* ε)*(|ש1|*|ש2|/ר2).
ערך זה מסומן באות היוונית ε (אפסילון), הוא חסר מימד (אין לו יחידת מדידה). הפריטטיביות הדיאלקטרית היא מקדם הנחתה של האינטראקציה של מטענים בחומר.
לעתים קרובות בפיזיקה, הפרתירטיביות משמשת יחד עם הקבוע החשמלי, ובמקרה זה נוח להציג את המושג הפרתירטיביות המוחלטת. זה מסומן על ידי εא והוא שווה ל- εא= ε*ה. במקרה זה, לחדירות המוחלטת יש את הממד F/m. חדירות רגילה ε נקראת גם יחסית כדי להבדיל בינה לבין εא.
אופי ההיתר
אופי הפריטטיביות מבוסס על תופעת הקיטוב תחת פעולת שדה חשמלי. רוב החומרים הם בדרך כלל ניטרליים מבחינה חשמלית, למרות שהם מכילים חלקיקים טעונים. חלקיקים אלו ממוקמים באופן אקראי במסת החומר והשדות החשמליים שלהם, בממוצע, מנטרלים זה את זה.
בדיאלקטריה יש בעיקר מטענים קשורים (הם נקראים דיפולים). דיפולים אלה מייצגים באופן קונבנציונלי צרורות של שני חלקיקים לא דומים, המכוונים באופן ספונטני לאורך עובי הדיאלקטרי ובממוצע יוצרים עוצמת שדה חשמלי אפסי. תחת פעולת שדה חיצוני, הדיפולים נוטים לכוון את עצמם בהתאם לכוח המופעל. כתוצאה מכך נוצר שדה חשמלי נוסף. תופעות דומות מתרחשות גם בדיאלקטריה לא קוטבית.
במוליכים התהליכים דומים, רק שיש מטענים חופשיים, המופרדים בפעולת שדה חיצוני וגם יוצרים שדה חשמלי משלהם. שדה זה מופנה כלפי החיצוני, מסנן את המטענים ומפחית את עוצמת האינטראקציה ביניהם.ככל שהיכולת של חומר לקטב גדולה יותר, כך ε גבוה יותר.
קבוע דיאלקטרי של חומרים שונים
לחומרים שונים יש קבועים דיאלקטריים שונים. הערך של ε עבור חלק מהם ניתן בטבלה 1. ברור שערכים אלה גדולים מאחדות, ולכן האינטראקציה של מטענים, בהשוואה לוואקום, תמיד פוחתת. כמו כן, יש לציין כי עבור אוויר ε הוא מעט יותר מאחדות, כך שהאינטראקציה של מטענים באוויר כמעט אינה שונה מהאינטראקציה בוואקום.
טבלה 1. ערכי חדירות חשמלית לחומרים שונים.
| חומר | הקבוע הדיאלקטרי |
|---|---|
| בקליט | 4,5 |
| עיתון | 2,0..3,5 |
| מים | 81 (ב +20 מעלות צלזיוס) |
| אוויר | 1,0002 |
| גרמניום | 16 |
| Getinax | 5..6 |
| עץ | 2.7..7.5 (כיתות שונות) |
| קרמיקה הנדסית רדיו | 10..200 |
| נָצִיץ | 5,7..11,5 |
| זכוכית | 7 |
| טקסטוליט | 7,5 |
| פוליסטירן | 2,5 |
| PVC | 3 |
| פלואורופלסט | 2,1 |
| עַנבָּר | 2,7 |
קבוע דיאלקטרי וקיבול של הקבל
הכרת הערך של ε חשובה בפועל, למשל, בעת יצירת קבלים חשמליים. אוֹתָם קיבולת תלוי בממדים הגיאומטריים של הלוחות, במרחק ביניהם ובפריטיטיביות של הדיאלקטרי.
אם אתה צריך לקבל קַבָּל קיבולת מוגברת, אז גידול בשטח הצלחות מוביל לעלייה בממדים. יש גם מגבלות מעשיות להקטנת המרחק בין האלקטרודות. במקרה זה, השימוש במבודד עם קבוע דיאלקטרי מוגבר יכול לעזור. אם אתה משתמש בחומר עם ε גבוה יותר, אתה יכול להכפיל להקטין את גודל הלוחות או להגדיל את המרחק ביניהן ללא הפסד קיבולת חשמלית.
חומרים הנקראים פרואלקטריים נבדלים לקטגוריה נפרדת, שבה, בתנאים מסוימים, מתרחש קיטוב ספונטני.בתחום הנדון, הם מאופיינים בשתי נקודות:
- ערכים גדולים של רשותיות דיאלקטריות (ערכים טיפוסיים - ממאות עד כמה אלפים);
- היכולת לשלוט בערך הקבוע הדיאלקטרי על ידי שינוי השדה החשמלי החיצוני.
מאפיינים אלה משמשים לייצור קבלים בעלי קיבולת גבוהה (בשל הערך המוגבר של הקבוע הדיאלקטרי של המבודד) עם מחווני משקל וגודל קטנים.
מכשירים כאלה פועלים רק במעגלי זרם חילופין בתדר נמוך - ככל שהתדר עולה, הקבוע הדיאלקטרי שלהם יורד. יישום נוסף של פרואלקטריות הוא קבלים משתנים, שמאפיינים משתנים בהשפעת שדה חשמלי מופעל עם פרמטרים משתנים.
הפסדים דיאלקטריים קבועים ודיאלקטריים
כמו כן, הפסדים בדיאלקטרי תלויים בערך הקבוע הדיאלקטרי - זה החלק מהאנרגיה שאבד בדיאלקטרי כדי לחמם אותו. כדי לתאר את ההפסדים הללו, לרוב משתמשים בפרמטר tan δ - הטנגנס של זווית ההפסד הדיאלקטרי. הוא מאפיין את כוחם של הפסדים דיאלקטריים בקבל, שבו הדיאלקטרי עשוי מחומר עם tg δ זמין. ואובדן ההספק הספציפי לכל חומר נקבע על ידי הנוסחה p=E2*ώ*ε*ε*tg δ, כאשר:
- p הוא אובדן ההספק הספציפי, W;
- ώ=2*π*f הוא התדר המעגלי של השדה החשמלי;
- E הוא עוצמת השדה החשמלי, V/m.
ברור שככל שהקבוע הדיאלקטרי גבוה יותר, כך ההפסדים בדיאלקטרי גבוהים יותר, כל שאר הדברים שווים.
תלות הרשות בגורמים חיצוניים
יש לציין כי ערך הפריטטיביות תלוי בתדירות השדה החשמלי (במקרה זה, בתדירות המתח המופעל על הלוחות). ככל שהתדירות עולה, הערך של ε יורד עבור חומרים רבים. השפעה זו בולטת עבור דיאלקטריות קוטביות. ניתן להסביר תופעה זו בכך שהמטענים (דיפולים) מפסיקים לקבל זמן לעקוב אחר השדה. עבור חומרים המאופיינים בקיטוב יוני או אלקטרוני, התלות של הפריטטיביות בתדר קטנה.
לכן, בחירת החומרים לייצור דיאלקטרי קבלים היא כל כך חשובה. מה שעובד בתדרים נמוכים לא בהכרח יספק בידוד טוב בתדרים גבוהים. לרוב, דיאלקטריות לא קוטביות משמשות כמבודד ב-HF.
כמו כן, הקבוע הדיאלקטרי תלוי בטמפרטורה, ובחומרים שונים בדרכים שונות. עבור דיאלקטריים לא קוטביים, הוא יורד עם עליית הטמפרטורה. במקרה זה, עבור קבלים המיוצרים באמצעות מבודד כזה, הם מדברים על מקדם טמפרטורה שלילי של קיבול (TKE) - קיבולת יורד עם עליית הטמפרטורה בעקבות ε. עבור חומרים אחרים, החדירות עולה עם עליית הטמפרטורה, וניתן לקבל קבלים עם TKE חיובי. על ידי הכללת קבלים עם TKE הפוך בזוג, אתה יכול לקבל קיבול יציב מבחינה תרמית.
הבנת המהות והידע של ערך היתריות של חומרים שונים חשובה למטרות מעשיות. והיכולת לשלוט ברמת הקבוע הדיאלקטרי מספקת פרספקטיבות טכניות נוספות.
מאמרים דומים:
