De elektrisk permittivitet Det är parametern som kvantifierar svaret från ett medium på närvaron av ett elektriskt fält. Det betecknas med den grekiska bokstaven ε och dess värde för tomrummet, som fungerar som referens för andra medier, är följande: εeller = 8,8541878176 x 10-12 Ctvå /N.mtvå
Mediets natur ger det ett särskilt svar på elektriska fält. På detta sätt, temperaturen, fuktigheten, molekylvikten, geometrin hos de ingående molekylerna, de mekaniska spänningarna i det inre eller att det finns någon föredragen riktning i rymden där förekomsten av fält underlättas..
I det senare fallet sägs det att materialet presenteras anisotropi. Och när ingen riktning är föredragen övervägs materialet isotrop. Permeabiliteten för vilket homogent medium som helst kan uttryckas som en funktion av permeabiliteten för vakuumet eeller använder uttrycket:
ε = κεeller
Där κ är materialets relativa permeabilitet, även kallad dielektrisk konstant, en måttlös kvantitet som har bestämts experimentellt för många material. Ett sätt att genomföra denna mätning kommer att förklaras senare..
Artikelindex
Ett dielektrikum är ett material som inte leder elektricitet bra, så det kan användas som isolator. Detta hindrar dock inte materialet från att kunna svara på ett externt elektriskt fält och skapa sitt eget..
I det följande analyserar vi svaret på isotropa dielektriska material som glas, vax, papper, porslin och vissa fetter som vanligtvis används inom elektronik..
Ett elektriskt fält utanför dielektriket kan skapas mellan två metallark av en platt parallellplatskondensator..
Dielektriker, till skillnad från ledare som koppar, saknar gratis laddningar som kan röra sig i materialet. Deras ingående molekyler är elektriskt neutrala, men laddningarna kan förskjutas något. På detta sätt kan de modelleras som elektriska dipoler.
En dipol är elektriskt neutral, men den positiva laddningen separeras ett litet avstånd från den negativa laddningen. Inom det dielektriska materialet och i frånvaro av ett externt elektriskt fält är dipolerna vanligtvis slumpmässigt fördelade, såsom visas i figur 2.
När dielektrikumet införs i mitten av ett yttre fält, till exempel det som skapas inuti två ledande ark, omorganiseras dipolerna och laddningarna separeras, vilket skapar ett internt elektriskt fält i materialet i motsatt riktning till det yttre fältet..
När denna förskjutning inträffar sägs det att materialet är polariserad.
Denna inducerade polarisation orsakar nätet eller det resulterande elektriska fältet OCH minskning, effekt som visas i figur 3, eftersom det yttre fältet och det inre fältet som alstras av nämnda polarisation, har samma riktning men motsatta riktningar. Storleken på OCH ges av:
E = Eeller - OCHi
Det yttre fältet genomgår en minskning tack vare interaktionen med materialet i en faktor som kallas κ eller materialets dielektriska konstant, en makroskopisk egenskap hos densamma. När det gäller denna kvantitet är det resulterande fältet eller nettofältet:
E = Eeller/ κ
Den dielektriska konstanten κ är materialets relativa permittivitet, en dimensionslös mängd alltid större än 1 och lika med 1 i vakuum.
κ = ε/ εeller
Eller ε = κεeller precis som beskrivs i början. Enheterna för ε är desamma som för εeller: Ctvå /N.mtvå av M.
Effekten av att införa ett dielektrikum mellan kondensatorplattorna är att möjliggöra lagring av ytterligare laddningar, det vill säga en ökning av kapaciteten. Detta faktum upptäcktes av Michael Faraday på 1800-talet.
Det är möjligt att mäta dielektricitetskonstanten för ett material med hjälp av en platt parallell plattkondensator på följande sätt: när det bara finns luft mellan plattorna kan det visas att kapaciteten ges av:
Celler = εeller. A / d
Var Celler är kondensatorns kapacitet, TILL är arean på plattorna och d är avståndet mellan dem. Men när du sätter in en dielektrikum ökar kapaciteten med en faktor κ, som ses i föregående avsnitt, och då är den nya kapaciteten C proportionell mot originalet:
C = κεeller. A / d = e. A / d
Förhållandet mellan den slutliga och den initiala kapaciteten är materialets dielektriska konstant eller relativ permittivitet:
K = C / Celler
Och den absoluta elektriska permittiviteten för det aktuella materialet är känt genom:
ε = εeller . (C / Celler)
Mätningar kan enkelt utföras om du har en multimeter som kan mäta kapacitans. Ett alternativ är att mäta spänningen Vo mellan kondensatorns plattor utan dielektrikum och isolerad från källan. Därefter införs dielektrikumet och en spänningsminskning observeras, vars värde är V.
Då κ = Veller / V
- Justerbar separering platt parallell plattkondensor.
- Mikrometer- eller vernierskruv.
- Multimeter som har funktionen att mäta kapacitet.
- Graf papper.
- Välj en separation d mellan kondensatorplattorna och med hjälp av multimeter mäta kapaciteten Celler. Spela in dataparet i en värdetabell.
- Upprepa proceduren ovan för minst 5 plåtseparationer.
- Hitta kvoten (A / d) för vart och ett av de uppmätta avstånden.
- Tack vare uttrycket Celler = εeller. A / d det är känt att Celler är proportionell mot kvoten (A / d). Plotta varje värde av Celler med dess respektive värde på A / d.
- Justera den bästa linjen visuellt och bestäm dess lutning. Eller hitta lutningen med linjär regression. Lutningens värde är luftens permittivitet.
Separationen mellan plattorna bör inte överstiga cirka 2 mm, eftersom ekvationen för kapacitansen hos den parallella plattplatskondensatorn förutsätter oändliga plattor. Detta är dock en ganska bra approximation, eftersom plattans sida alltid är mycket större än avståndet mellan dem..
I detta experiment bestäms luftens permittivitet, vilket är ganska nära vakuum. Den dielektriska konstanten för vakuum är κ = 1, medan den för torr luft är κ = 1.00059.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.