Ders No. 19
- Gaz, sıvı ve katı dielektriklerin elektriksel iletkenliğinin doğası
Bağıl dielektrik sabiti veya dielektrik sabiti ε- bir dielektrikin en önemli makroskopik elektriksel parametrelerinden biri. geçirgenlikε bir dielektrikin bir elektrik alanında polarize olma yeteneğini niceliksel olarak karakterize eder ve ayrıca polarite derecesini değerlendirir; ε belirli bir sıcaklık ve frekansta bir dielektrik malzemenin sabitidir elektrik voltajı ve kapasitörün dielektrik ile yükünün kaç kat olduğunu gösterir daha fazla ücret vakumla aynı boyutlarda kapasitör.
Dielektrik sabiti, bir ürünün (kapasitör, kablo yalıtımı vb.) elektriksel kapasitansının değerini belirler. İçin düz kapasitör elektriksel kapasite İLE,Ф, formül (1) ile ifade edilir
burada S, ölçüm elektrotunun alanıdır, m2; h dielektrik kalınlığıdır, m Formül (1)'den ne olduğu açıktır. daha büyük değer ε Dielektrik kullanıldığında, aynı boyutlara sahip kapasitörün elektrik kapasitansı ne kadar büyük olursa. Buna karşılık, elektriksel kapasitans C, arasındaki orantı katsayısıdır. yüzey yükü QK, birikmiş kapasitör ve ona uygulanan bir elektrik voltajı
iplik çekme U(2):
Formül (2)'den elektrik yükünün şu sonucu çıkıyor: QK, kapasitör tarafından biriktirilen değerle orantılıdır ε dielektrik. bilmek QK ve kapasitörün geometrik boyutları belirlenebilir ε Belirli bir voltaj için dielektrik malzeme.
Yük oluşum mekanizmasını ele alalım QK dielektrikli bir kapasitörün elektrotları ve bu yükü hangi bileşenlerin oluşturduğu. Bunu yapmak için, aynı geometrik boyutlarda iki düz kapasitör alıyoruz: biri vakumlu, diğeri dielektrikle doldurulmuş elektrotlar arası boşluklu ve bunlara aynı elektrik voltajını uyguluyoruz sen(Şekil 1). Birinci kapasitörün elektrotlarında bir yük oluşur Q0, ikincinin elektrotlarında - QK. Buna karşılık, ücret QK masrafların toplamı Q0 Ve Q(3):
Şarj Q 0 eğitimli dış alan E0, kapasitörün elektrotları üzerinde yüzey yoğunluğu σ 0 olan üçüncü taraf yükleri biriktirerek. Q- bu, dielektrik yüzeyinde oluşan bağlı yükleri telafi etmek için bir elektrik voltajı kaynağı tarafından oluşturulan kapasitörün elektrotları üzerinde ek bir yüktür.
Düzgün polarize edilmiş bir dielektrikte yük Q değere karşılık gelir yüzey yoğunluğu bağlı yükler σ. σ yükü, E O alanına zıt yönde yönlendirilmiş bir E сз alanı oluşturur.
Söz konusu dielektrik maddenin dielektrik sabiti, yük oranı olarak gösterilebilir. QKşarj etmek için dielektrikle doldurulmuş kapasitör Q0 vakumlu aynı kapasitör (3):
Formül (3)'ten dielektrik sabiti şu şekildedir: ε - miktar boyutsuzdur ve herhangi bir dielektrik için birlikten daha büyüktür; vakum durumunda ε = 1. Ele alınan örnekten de
dielektrikli bir kapasitörün elektrotları üzerindeki yük yoğunluğunun ε bir kere daha fazla yoğunluk Bir kapasitörün elektrotlarına vakumla yük ve değişim için aynı voltajlarda voltajlar
kapasitörleri aynıdır ve yalnızca voltaja bağlıdır sen ve elektrotlar arasındaki mesafeler (E = U/saat).
Bağıl dielektrik sabitine ek olarak ε farklılaştırmak mutlak dielektrik sabiti ε a, F/m, (4)
hangisi yok fiziksel anlam ve elektrik mühendisliğinde kullanılır.
Sıcaklıktaki 1 K artışla dielektrik sabiti εr'deki bağıl değişime denir. sıcaklık katsayısı dielektrik sabiti.
ТКε = 1/ εr d εr/dT К-1 20°С'deki hava için ТК εr = -2,10-6К-
Ferroelektriklerde elektriksel yaşlanma, εr'nin zamanla azalmasıyla ifade edilir. Bunun nedeni alan adlarının yeniden gruplandırılmasıdır.
Özellikle ani değişim Curie noktasına yakın sıcaklıklarda zamanla dielektrik sabiti gözlemlenir. Ferroelektriklerin Curie noktasının üzerindeki bir sıcaklığa ısıtılması ve ardından soğutulması εr'yi önceki değerine döndürür. Dielektrik sabitinin aynı restorasyonu, ferroelektriğin artan yoğunlukta bir elektrik alanına maruz bırakılmasıyla elde edilebilir.
Karmaşık dielektrikler için - birinci yaklaşımda farklı εr'ye sahip iki bileşenin mekanik karışımı: εrх = θ1 · εr1х · θ · εr2х, burada θ, karışım bileşenlerinin hacim konsantrasyonudur, εr, karışım bileşeninin bağıl dielektrik sabitidir.
Dielektrik polarizasyona şunlar neden olabilir: mekanik yükler (piezoelektriklerde piezopolarizasyon); ısıtma (piroelektriklerde piropolarizasyon); ışık (fotopolarizasyon).
Bir elektrik alanı E'deki bir dielektrik maddenin polarize durumu şu şekilde karakterize edilir: elektriksel tork hacim birimi, polarizasyon P, C/m2, bu da göreceli dielektrik sabitiyle ilişkilidir; örneğin: P = e0 (örn. - 1)E, burada e0 = 8,85∙10-12 F/m. e0∙eг =e, F/m çarpımına mutlak dielektrik sabiti denir. Gaz halindeki dielektriklerde 1,0'dan çok az farklılık gösterir, polar olmayan sıvılarda ve katılarda 1,5 - 3,0'a ulaşır, polar olanlarda ise büyük değerler; V iyonik kristallerörneğin - 5-MO ve perovskite sahip olanlarda kristal kafes 200'e ulaşır; ferroelektriklerde örneğin - 103 ve daha fazlası.
Polar olmayan dielektriklerde, örneğin artan sıcaklıkla hafifçe azalır; polar dielektriklerde değişiklikler, iyonik kristallerde bir veya başka tür polarizasyonun baskınlığıyla ilişkilidir; bazı ferroelektriklerde, Curie sıcaklığında 104'e ulaşır; Daha. Sıcaklık değişiklikleri örneğin bir sıcaklık katsayısı ile karakterize edilir. Polar dielektrikler, örneğin polarizasyon için t süresinin T/2 ile karşılaştırılabilir olduğu frekans aralığında bir azalma ile karakterize edilir.
İlgili bilgiler.
DİELEKTRİK SÜREKLİLİK, dielektriklerin etki altındaki polarizasyonunu karakterize eden ε değeri elektrik alanı gerilim E. Dielektrik sabiti, iki cisim arasındaki etkileşim kuvvetinin kaç kat olduğunu gösteren bir miktar olarak Coulomb yasasında yer alır. ücretsiz masraflar dielektrikte vakumdakinden daha azdır. Etkileşimin zayıflaması, serbest yüklerin ortamın polarizasyonu sonucu oluşan bağlı yükler tarafından taranması nedeniyle meydana gelir. Bağlı yükler, genel olarak elektriksel olarak nötr bir ortamda yüklerin (elektronlar, iyonlar) mikroskobik uzaysal yeniden dağılımının bir sonucu olarak ortaya çıkar.
Polarizasyon P vektörleri, elektrik alan kuvveti E ve elektrik indüksiyonu D arasındaki ilişki izotropik ortam SI birim sisteminde şu şekildedir:
burada ε 0 elektrik sabitidir. Dielektrik sabiti ε'nin değeri yapıya ve kimyasal bileşim maddelerin yanı sıra basınç, sıcaklık ve diğer dış koşullar(masa).
Gazlar için değeri 1'e, sıvılar için ise 1'e yakındır. katılar birkaç birimden birkaç onluğa kadar değişir; ferroelektrikler için 104'e ulaşabilir. ε değerlerinin bu dağılımı, farklı dielektriklerde meydana gelen farklı polarizasyon mekanizmalarından kaynaklanmaktadır.
Klasik mikroskobik teori, polar olmayan dielektriklerin dielektrik sabiti için yaklaşık bir ifadeye yol açar:
burada n i, i tipi atomların, iyonların veya moleküllerin konsantrasyonudur, α i bunların polarize edilebilirliğidir, β i sözde faktördür iç alan Bir kristalin veya maddenin yapısal özelliklerinden dolayı. Dielektrik sabiti 2-8 aralığında olan çoğu dielektrik için β = 1/3. Tipik olarak dielektrik sabiti, uygulanan elektrik alanının büyüklüğünden pratik olarak bağımsızdır. elektrik arızası dielektrik. Yüksek değerler Bazı metal oksitlerin ve diğer bileşiklerin ε'si, E alanının etkisi altında pozitif ve diğer bileşiklerin kolektif yer değiştirmesine izin veren yapılarının özelliklerinden kaynaklanmaktadır. negatif iyonlar V zıt yönler ve kristal sınırında önemli bağlı yüklerin oluşması.
Bir elektrik alanı uygulandığında dielektrikteki polarizasyon süreci anında gelişmez, ancak belirli bir τ (gevşeme süresi) süresi boyunca gelişir. E alanı t zamanında değişirse harmonik kanunu frekans ω ile dielektrik polarizasyonunun onu takip edecek zamanı yoktur ve P ve E salınımları arasında bir faz farkı δ belirir. Karmaşık genlikler yöntemini kullanarak P ve E'nin salınımlarını açıklarken, dielektrik sabiti karmaşık bir miktar olarak temsil edilir:
ε = ε’ + iε",
Ayrıca ε' ve ε", ω ve τ'ye bağlıdır ve ε"/ε' = tan δ oranı ortamdaki dielektrik kayıpları belirler. Faz kayması δ, τ oranına ve alan periyoduna T = 2π/ω bağlıdır. τ'da<< Т (ω<< 1/τ, низкие частоты) направление Р изменяется практически одновременно с Е, т. е. δ → 0 (механизм поляризации «включён»). Соответствующее значение ε’ обозначают ε (0) . При τ >> T (yüksek frekanslar), polarizasyon değişime ayak uyduramaz Ε, δ → π ve ε' bu durumda ε (∞) anlamına gelir (polarizasyon mekanizması “kapalıdır”). ε (0) > ε (∞) olduğu açıktır ve değişken alanlar dielektrik sabiti ω'nin bir fonksiyonu olarak ortaya çıkıyor. ω = l/τ civarında, ε' ε (0)'dan ε (∞)'ye (dağılım bölgesi) değişir ve tanδ(ω) bağımlılığı bir maksimumdan geçer.
Dağılım bölgesindeki ε'(ω) ve tanδ(ω) bağımlılıklarının doğası polarizasyon mekanizması tarafından belirlenir. İyonik durumda ve elektronik polarizasyonlar Sınırlı yüklerin elastik yer değiştirmesi ile, E alanının adım adım dahil edilmesiyle P(t)'deki değişiklik şu karaktere sahiptir: sönümlü salınımlar ve ε’(ω) ve tanδ(ω) bağımlılıklarına rezonans adı verilir. Yönelimsel polarizasyon durumunda, P(t)'nin oluşumu üsteldir ve ε'(ω) ve tanδ(ω) bağımlılıklarına gevşeme adı verilir.
Ölçüm yöntemleri dielektrik polarizasyon etkileşim fenomenine dayalı elektromanyetik alan madde parçacıklarının elektrik dipol momentleriyle ilişkilidir ve farklı frekanslar için farklıdır. ω ≤ 10 8 Hz'deki yöntemlerin çoğu, incelenen dielektrikle doldurulmuş bir ölçüm kapasitörünün şarj edilmesi ve boşaltılması işlemine dayanmaktadır. Daha fazlası ile yüksek frekanslar dalga kılavuzu, rezonans, çoklu frekans ve diğer yöntemler kullanılır.
Ferroelektrikler gibi bazı dielektriklerde, orantılı bağımlılık P ile E arasında [P = ε 0 (ε ‒ 1)E] ve dolayısıyla D ile E arasında pratikte elde edilen sıradan elektrik alanlarında zaten ihlal edilmiştir. Resmi olarak bu, ε(Ε) ≠ const bağımlılığı olarak tanımlanır. Bu durumda önemli elektriksel özellikler dielektrik, diferansiyel dielektrik sabitidir:
Doğrusal olmayan dielektriklerde, ε farkın değeri genellikle zayıf alternatif alanlarda güçlü bir alanın eş zamanlı uygulanmasıyla ölçülür. sabit alan ve ε diff değişken bileşenine tersinir dielektrik sabiti denir.
Yaktı. Sanat'a bakın. Dielektrikler.
Nikolaev Evgeniy Vadimovich, INEP SFU, Taganrog'da yüksek lisans öğrencisi [e-posta korumalı]
Negatif dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip maddelerin elektrodinamiği
Dipnot. Bu makale, negatif dielektrik sabiti ve negatif manyetik geçirgenliğe sahip maddelerin elektrodinamiğini incelemektedir. Pozitif dielektrik ve manyetik sabitlere sahip bir ortam ile negatif dielektrik ve manyetik sabitlere sahip bir ortamın karşılaştırması yapılmaktadır. Anahtar kelimeler: negatif dielektrik sabiti, negatif manyetik geçirgenlik. Maxwell denklemleri, Poynting vektörü.
Makalede tartışılan kompozit malzeme kavramını tanıtalım. Kompozit malzeme insan tarafından yaratılan bir malzemedir. Takviye elemanlarının geometrisine ve bunların özelliklerine bağlı olarak göreceli konum kompozit malzemeler anizotropik ve izotropik kompozitlere ayrılır; burada: izotropik, aynı özelliklere sahip malzemelerdir. fiziksel özellikler her yöne; Anizotropik, fiziksel özellikleri yöne bağlı olan malzemelerdir. Dielektrik ve manyetik geçirgenliğin olabileceği varsayımını anlamak. sıfırdan az, aşağıdaki ilişki olan dağılım denklemini göz önünde bulundurun; −dielektrik sabiti;−manyetik geçirgenlik 🍜−yoğunluk; elektrik akımı; = ışığın boşluktaki hızı Böylece denklem (1)'in monokromatik bir dalganın frekansı ile dalga vektörü arasındaki ilişkiyi tanımladığını görüyoruz. Söz konusu fiziksel malzemenin izotropik bir bileşim malzemesi olması koşulunu oluşturalım. Daha sonra dağılım denklemi (1), dielektrik ve manyetik geçirgenliklerin çarpımının aşağıdaki ilişkiye eşit olduğu 2−22ҝ, (2) ifadesine basitleştirilir: 🍝=Ҋ2, sonra ifade (2)'den 2−22Ҋ2 elde ederiz. Buradan şu sonuca varıyoruz:
ve ⃗=⃗⃗
buna göre, [⃗ۧ⃗]=⃗⃗ elde ederiz
ve [⃗⃗⃗]=−𝑝🧧⃗ Malzemelerdeki dielektrik ve manyetik geçirgenlik işaretlerinin tüm olası kombinasyonlarını dağıtan daire Şekil 1'de gösterilmektedir.
Pirinç. 1. Çevre
ilk bölgenin karşılık geldiği yer fiziksel malzeme🍝>0 ve >0, ikinci bölge fiziksel malzemeye karşılık gelir, burada 👧 0, üçüncü bölge sırasıyla 👍 0 ve 0 ve >0 varsayılır, [⃗wise]=⃗⃗ elde ederiz
ve [⃗⃗⃗]=−ۧ⃗, buradan şunu görüyoruz: ҧ⃗, ⃗⃗, ⃗
– sağ yönlü bir üçlü vektör oluşturur. Pozitif dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip maddeler bize tanıdık geliyor fiziksel maddeler, çevremizdeki dünyada bulunur. Üçüncü bölge için ?
– Monokromatik bir dalganın dalga vektörünün yayılma sırasındaki dalga vektörüne ek olarak ters yönde yönlendirildiği bir sol üçlü vektör oluşturur. elektromanyetik dalga elektromanyetik alan akı yoğunluk vektörünü belirtir
Poynting vektörü. Denklem (3)'ü (−ͧ⃗) ile çarparız, sonra aşağıdaki ilişkiyi elde ederiz −ͧ⃗ҋ⃗⃗=−ͧ⃗(✜+⃗⃗) (10) Denklem (4)'ü ̅ ile çarparız, sonra ⃗⃗ifyͧ⃗=−⃗⃗⃗ (11) elde ederiz. ( 10) ve (11) denklemlerinin sol kısımlarını toplayarak ⃗⃗ۋۧ⃗−ۧ⃗ۋ⃗⃗=ۀے[ۧ⃗,⃗⃗] ilişkisini elde ederiz. Poynting vektörü = [̧⃗×⃗⃗] vektör çarpımıdır ve ilişkiden görülebileceği gibi, elektrik ve manyetik alan kuvvetleri vektörlerinin bulunduğu düzleme diktir ve her zaman ̧⃗ vektörleriyle oluşur.
vektörlerin sağa üçlü yönelimi ͧ⃗,⃗⃗
ve Poynting vektörü Şekil 2'de gösterilmektedir.
Pirinç. 2. Vektörlerin yönelimi
Pozitif dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip maddelerde Poynting vektörü ve dalga vektörünün bir yönde yönlendirildiğini ve yönlendirildiğini bulduk. zıt taraflar Negatif dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip maddelerde vektörlerin yönleri Şekil 3'te gösterilmiştir.
Pirinç. 2. Elektromanyetik dalganın yayılması (a) – pozitif dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip bir maddede (b) – negatif dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip bir maddede
Böylece dalganın dalga vektörü, dalganın yayılmasının tersi yönde yönlendirilir. Negatif dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip maddeler doğada mevcut değildir, ancak yapay olarak gerçekleştirilir. Bu makalede bu tür maddelerin var olma ihtimali matematiksel olarak açıklanmış ve tartışılmıştır. Negatif dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip maddeler belirli bir frekans aralığında görünmeyebilir.
Kaynaklara bağlantılar1.D. M. Karpinos. Kompozit malzemeler. Dizin. -Kiev, Naukova Dumka, 1985, 591 s.2.Yu.V. Novozhilov. Elektrodinamik. M. Bilim. 1978.3.V. G. Veselago. Eş zamanlı olarak maddelerin elektrodinamiği negatif değerler y. V.G. Veselago 1957 Cilt 92, sayı 34. Smith DR, Padilla WJ, Vier DC, NematNasser SC, Schultz S (2000) Aynı anda negatif geçirgenliğe ve geçirgenliğe sahip kompozit ortam. Phys Rev Lett 84:4184–4187
İZİNLİLİK (dielektrik sabiti) - fiziksel miktar, bir maddenin kuvvetleri azaltma yeteneğini karakterize eden elektriksel etkileşim Bu maddede vakumla karşılaştırıldığında. Böylece d.p., bir maddedeki elektriksel etkileşim kuvvetlerinin vakumdakinden kaç kat daha az olduğunu gösterir.
D.p. dielektrik maddenin yapısına bağlı bir özelliktir. Bir elektrik alanındaki elektronlar, iyonlar, atomlar, moleküller veya bunların tek tek parçaları ve herhangi bir maddenin daha büyük bölümleri polarize edilir (bkz. Polarizasyon), bu da dış elektrik alanının kısmi nötrleşmesine yol açar. Elektrik alanının frekansı, maddenin polarizasyon süresiyle orantılıysa, belirli bir frekans aralığında dağılım faktörünün dağılımı, yani değerinin frekansa bağımlılığı vardır (bkz. Dağılım). Bir maddenin dp'si her ikisine de bağlıdır elektriksel özellikler atomlar ve moleküller ve onların göreceli konumları, yani maddenin yapısı. Bu nedenle, bir maddenin yapısı ve özellikle vücudun çeşitli dokuları incelenirken elektriksel iletkenliğin veya çevresel koşullara bağlı olarak meydana gelen değişikliklerin belirlenmesi kullanılır (bkz. Biyolojik sistemlerin elektriksel iletkenliği).
Yapılarına ve özelliklerine bağlı olarak çeşitli maddeler (dielektrikler) toplama durumu sahip olmak farklı boyutlar D. s. (tablo).
Masa. Bazı maddelerin dielektrik sabitinin değeri
Tıbbi biyol araştırmaları için özellikle önemli olan, D. ve. polar sıvılarda. Bunların tipik bir temsilcisi, dipol yükleri ile alan arasındaki etkileşim nedeniyle bir elektrik alanına yönlendirilen dipollerden oluşan, dipol veya yönelimsel polarizasyonun oluşmasına yol açan sudur. Su basıncının yüksek değeri (t° 20°'de 80) belirler yüksek derece içindeki çeşitli kimyasalların ayrışması. maddeler ve tuzların, bileşiklerin, bazların ve diğer bileşiklerin iyi çözünürlüğü (bkz. Ayrışma, Elektrolitler). Sudaki elektrolit konsantrasyonu arttıkça DP değeri azalır (örneğin, tek değerlikli elektrolitler için, tuz konsantrasyonu 0,1 M arttığında suyun DP'si bir azalır).
Biyolojik nesnelerin çoğu heterojen dielektriklere aittir. Biyolojik bir nesnenin iyonları bir elektrik alanıyla etkileşime girdiğinde, arayüzlerin polarizasyonu büyük önem taşır (bkz. Biyolojik membranlar). Bu durumda polarizasyon büyüklüğü ne kadar büyük olursa, elektrik alanın frekansı o kadar düşük olur. Bir biyol'ün arayüz sınırlarının polarizasyonu, bir nesnenin iyonlar için geçirgenliğine (bkz.) bağlı olduğundan, etkili D. p'nin olduğu açıktır. daha büyük ölçüde Membranların durumuna göre belirlenir.
Çünkü biyolojik bir nesne gibi karmaşık, heterojen bir nesnenin kutuplaşması farklı doğa(konsantrasyon, makroyapısal, yönelim, iyonik, elektronik vb.), o zaman artan frekansla birlikte dağılımdaki (dağılım) değişimin keskin bir şekilde ifade edildiği ortaya çıkar. Geleneksel olarak, dinamik frekansın üç dağılım bölgesi ayırt edilir: alfa dispersiyonu (1 kHz'e kadar frekanslarda), beta dispersiyonu (birkaç kHz'den onlarca MHz'e kadar frekans) ve gama dispersiyonu (10 9 Hz'nin üzerindeki frekanslar); biyolojik olarak nesnelerin dağılım alanları arasında genellikle net bir sınır yoktur.
Biyolojinin, nesnenin fonksiyonunun, durumunun bozulmasıyla birlikte, D. p.'nin düşük frekanslardaki dağılımı tamamen yok olana kadar (doku ölümüyle) azalır. Yüksek frekanslarda d.p.'nin değeri önemli ölçüde değişmez.
D.p. geniş bir frekans aralığında ölçülür ve frekans aralığına bağlı olarak ölçüm yöntemleri de önemli ölçüde değişir. 1 Hz'den daha düşük elektrik akımı frekanslarında ölçüm, test maddesiyle doldurulmuş bir kapasitörün şarj edilmesi veya boşaltılması yöntemi kullanılarak gerçekleştirilir. Şarj veya deşarj akımının zamana bağlılığını bilerek, yalnızca kapasitörün elektriksel kapasitansının değerini değil aynı zamanda içindeki kayıpları da belirlemek mümkündür. D'yi ölçmek için 1 ila 3 10 8 Hz frekanslarında. ve. Dinamik basınçtaki değişiklikleri kapsamlı bir şekilde incelemeyi mümkün kılan özel rezonans ve köprü yöntemlerini kullanırlar. çeşitli maddeler en eksiksiz ve kapsamlı şekilde.
Tıbbi-biyolojik araştırmalarda simetrik köprüler en sık kullanılır klimaÖlçülen değerlerin doğrudan okunmasıyla.
Kaynakça: Dielektriklerin ve yarı iletkenlerin yüksek frekanslı ısıtılması, ed. A.V. Netushila, M. -L., 1959, kaynakça; S Edunov B. I. ve Frank-K am e-neck ve y D. A. Biyolojik nesnelerin dielektrik sabiti, Usp. fiziksel Bilimler, cilt 79, v. 4, s. 617, 1963, kaynakça; Biyoloji ve tıpta elektronik ve sibernetik, çev. İngilizce'den, ed. P.K. Anokhina, s. 71, M., 1963, kaynakça; E m e F. Dielektrik ölçümleri, trans. Almanca'dan, M., 1967, bibliogr.
Bir kapasitörün kapasitansı, deneyimlerin gösterdiği gibi, yalnızca kendisini oluşturan iletkenlerin boyutuna, şekline ve göreceli konumuna değil, aynı zamanda bu iletkenler arasındaki boşluğu dolduran dielektriklerin özelliklerine de bağlıdır. Dielektrik etkisi aşağıdaki deney kullanılarak belirlenebilir. Düz kapasitörü şarj edelim ve kapasitör üzerindeki voltajı ölçen elektrometrenin okumalarını not edelim. Daha sonra yüksüz bir ebonit plakayı kapasitörün içine kaydırıyoruz (Şekil 63). Plakalar arasındaki potansiyel farkının gözle görülür şekilde azalacağını göreceğiz. Eboniti çıkarırsanız elektrometre okumaları aynı kalır. Bu, havayı ebonit ile değiştirirken kapasitörün kapasitansının arttığını gösterir. Ebonit yerine başka bir dielektrik alırsak benzer bir sonuç elde edeceğiz, ancak yalnızca kapasitörün kapasitansındaki değişiklik farklı olacaktır. Plakalar arasında vakum bulunan bir kapasitörün kapasitansı ise ve plakalar arasındaki tüm boşluk hava boşlukları olmadan bir tür dielektrik ile doldurulduğunda aynı kapasitörün kapasitansı ise, o zaman kapasitans yalnızca dielektrikin doğasına bağlı olduğu durumda kapasitanstan birkaç kat daha büyük olacaktır. Böylece yazılabilir
Pirinç. 63. Ebonit plaka plakaları arasına itildiğinde kapasitörün kapasitansı artar. Yük aynı kalmasına rağmen elektrometrenin yaprakları düşer
Bu miktara göreceli dielektrik sabiti veya basitçe kapasitörün plakaları arasındaki boşluğu dolduran ortamın dielektrik sabiti denir. Tabloda Tablo 1'de bazı maddelerin dielektrik sabitleri gösterilmektedir.
Tablo 1. Bazı maddelerin dielektrik sabiti
|
Madde |
|
|
Su (temiz) |
|
|
Seramik (radyo mühendisliği) |
|
Yukarıdakiler yalnızca düz bir kapasitör için değil, aynı zamanda herhangi bir şekle sahip bir kapasitör için de geçerlidir: havayı bir tür dielektrikle değiştirerek, kapasitörün kapasitansını birkaç kat artırırız.
Kesin olarak söylemek gerekirse, bir kapasitörün kapasitansı yalnızca bir plakadan diğerine giden tüm alan çizgileri belirli bir dielektrikten geçtiğinde bir faktör kadar artar. Bu, örneğin büyük bir kaba dökülen bir miktar sıvı dielektrik içine tamamen daldırılmış bir kapasitör için geçerli olacaktır. Bununla birlikte, plakalar arasındaki mesafe boyutlarına göre küçükse, o zaman yalnızca plakalar arasındaki boşluğu doldurmanın yeterli olduğunu varsayabiliriz, çünkü burası kapasitörün elektrik alanının pratik olarak yoğunlaştığı yerdir. Bu nedenle, düz bir kapasitör için yalnızca plakalar arasındaki boşluğu bir dielektrikle doldurmak yeterlidir.
Plakalar arasına dielektrik sabiti yüksek bir madde yerleştirilerek kapasitörün kapasitesi büyük ölçüde artırılabilir. Bu pratikte kullanılır ve kapasitör için dielektrik olarak hava yerine genellikle cam, parafin, mika ve diğer maddeler seçilir. Şek. Şekil 64, dielektrik maddesinin parafin emdirilmiş kağıt bant olduğu teknik bir kapasitörü göstermektedir. Kapakları mumlu kağıda her iki taraftan preslenmiş staniol tabakalardır. Bu tür kapasitörlerin kapasitesi genellikle birkaç mikrofarada ulaşır. Örneğin amatör bir radyo kondansatörü boyutunda kibrit kutusu 2 µF kapasiteye sahiptir.
Pirinç. 64. Teknik düz kapasitör: a) monte edilmiş; b) kısmen sökülmüş formda: 1 ve 1" - arasına mumlu ince kağıt bantların (2) yerleştirildiği staniol bantlar. Tüm bantlar bir akordeon gibi katlanır ve metal bir kutuya yerleştirilir. 3 ve 3" numaralı kontaklar lehimlenmiştir. bantların uçları 1 ve 1". devreye bir kapasitör eklemek için
Kondansatör üretimi için yalnızca çok iyi yalıtım özelliklerine sahip dielektriklerin uygun olduğu açıktır. Aksi halde yükler dielektrikten akacaktır. Bu nedenle su, yüksek dielektrik sabitine rağmen kapasitör üretimi için hiç uygun değildir, çünkü yalnızca son derece dikkatli bir şekilde arıtılmış su yeterince iyi bir dielektriktir.
Düz kapasitörün plakaları arasındaki boşluk dielektrik sabiti olan bir ortamla doldurulursa, düz kapasitör için formül (34.1) şu şekli alır:
Bir kapasitörün kapasitansının çevreye bağlı olması, dielektriklerin içindeki elektrik alanının değiştiğini gösterir. Bir kapasitör dielektrik sabiti olan bir dielektrikle doldurulduğunda kapasitansın birkaç kat arttığını gördük. Bu, plakalar üzerindeki aynı yüklerle aralarındaki potansiyel farkın bir kat azaldığı anlamına gelir. Ancak potansiyel fark ve alan kuvveti birbirleriyle ilişki (30.1) ile ilişkilidir. Bu nedenle potansiyel farkın azalması, kapasitör bir dielektrikle doldurulduğunda alan kuvvetinin bir kat azalması anlamına gelir. Kapasitörün kapasitansını arttırmanın nedeni budur. vakumdakinden kat daha az. Dolayısıyla Coulomb yasasının (10.1) olduğu sonucuna varıyoruz. puan ücretleri bir dielektrik içine yerleştirilmiş, şu şekle sahiptir
