Диелектрична константа на вакуума. Диелектрична константа на въздуха като физическа величина

Относителна диелектрична константасреда ε - безразмерна физическо количествохарактеризиращи свойствата на изолационната (диелектрична) среда. Свързва се с ефекта на поляризация на диелектриците под действието на електрическо поле (и със стойността на диелектричната чувствителност на средата, характеризираща този ефект). Стойността на ε показва колко пъти силата на взаимодействие на два електрически заряда в среда е по-малка, отколкото във вакуум. Относителната диелектрична константа на въздуха и повечето други газове при нормални условия е близка до единица (поради ниската им плътност). За повечето твърди или течни диелектрици относителната проницаемост варира от 2 до 8 (за статично поле). Диелектричната константа на водата в статично поле е доста висока - около 80. Стойностите й са страхотни за вещества с молекули, които имат голям електрически дипол. Относителната диелектрична константа на фероелектриците е десетки и стотици хиляди.

Практическа употреба

Диелектричната константа на диелектриците е един от основните параметри при проектирането на електрически кондензатори. Използването на материали с висока диелектрична константа може значително да намали физическите размери на кондензаторите.

Параметър диелектрична константавзети предвид при проектирането на печатни платки. Стойността на диелектричната константа на веществото между слоевете, в комбинация с неговата дебелина, влияе върху стойността на естествения статичен капацитет на силовите слоеве, а също така значително влияе върху характерния импеданс на проводниците на платката.

Честотна зависимост

Трябва да се отбележи, че диелектричната константа е силно зависима от честотата електромагнитно поле... Това винаги трябва да се има предвид, тъй като таблиците на наръчниците обикновено съдържат данни за статично поле или ниски честоти до няколко kHz единици без уточняване този факт... В същото време съществуват оптични методи за получаване на относителната проницаемост от индекса на пречупване с помощта на елипсометри и рефрактометри. Получената по оптичния метод стойност (честота 10 14 Hz) ще се различава значително от данните в таблиците.

Помислете например за случая с водата. В случай на статично поле (честота, равна на нула), относителната проницаемост при нормални условия е приблизително 80. Такъв е случаят до инфрачервените честоти. От около 2 GHz ε rзапочва да пада. В оптичния обхват ε rе приблизително 1,8. Това е напълно в съответствие с факта, че в оптичния диапазон коефициентът на пречупване на водата е 1,33. В тесен честотен диапазон, наречен оптичен, диелектричното поглъщане пада до нула, което всъщност осигурява на човек механизма на зрението в земната атмосфера, наситена с водни пари. С по-нататъшен растежчестотите на свойствата на средата се променят отново.

Стойности на диелектричната константа за някои вещества

ДИЕЛЕКТРИЧНА ДОСТАВКА, стойността на ε, която характеризира поляризацията на диелектриците под действието на електрическо поле с интензитет E. Диелектричната константа влиза в закона на Кулон като стойност, показваща колко пъти силата на взаимодействие на два свободни заряда в диелектрикът е по-малък, отколкото във вакуум. Отслабването на взаимодействието се получава поради екранирането на свободните заряди от свързани, образувани в резултат на поляризация на средата. Свързаните заряди възникват в резултат на микроскопично пространствено преразпределение на зарядите (електрони, йони) в електрически неутрална среда като цяло.

Връзката между векторите на поляризацията P, силата на електрическото поле E и електрическата индукция D в изотропна среда в системата SI от единици е:

където ε 0 е електрическа константа. Диелектричната константа ε зависи от структурата и химичен съставвещества, както и от налягане, температура и др външни условия(маса).

За газове стойността му е близка до 1, за течности и твърди вещества варира от няколко единици до няколко десетки, за фероелектрици може да достигне 10 4. Това разсейване на стойностите на ε се дължи на различни поляризационни механизми, които се извършват в различни диелектрици.

Класическата микроскопска теория води до приблизителен израз за диелектричната константа на неполярните диелектрици:

където n i е концентрацията на i-тия тип атоми, йони или молекули, α i е тяхната поляризуемост, β i е така нареченият фактор на вътрешното поле, поради особеностите на структурата на кристала или веществото. За повечето диелектрици с диелектрична константа, лежаща в диапазона от 2-8, β = 1/3. Обикновено диелектричната константа е практически независима от приложеното електрическо поле до електрическия пробив на диелектрика. Високите стойности на ε на някои метални оксиди и други съединения се дължат на особеностите на тяхната структура, която позволява под действието на полето Е колективно изместване на подрешетките от положителни и отрицателни йони в противоположни посоки и образуване на значителни свързани заряди на границата на кристала.

Процесът на поляризация на диелектрика при прилагане на електрическо поле не се развива мигновено, а в рамките на определено време τ (време на релаксация). Ако полето E се промени във времето t според хармоничен закон с честота ω, тогава поляризацията на диелектрика няма време да го последва и се появява фазова разлика δ между трептенията на P и E. Когато се описват трептения P и E по метода на комплексните амплитуди, диелектричната константа се представя с комплексна стойност:

ε = ε ’+ iε“,

където ε 'и ε "зависят от ω и τ, а съотношението ε" / ε' = tan δ определя диелектричните загуби в средата. Фазовото изместване δ зависи от съотношението на τ и периода на полето T = 2π / ω. За τ<< 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 (високи честоти) поляризацията не върви в крак с промяната в Ε, δ → π и ε 'в този случай означаваме ε (∞) (механизмът на поляризация е "изключен"). Очевидно ε (0)> ε (∞) и в променливи полетадиелектричната константа се оказва функция на ω. Близо до ω = l / τ, ε ' се променя от ε (0) до ε (∞) (област на дисперсия), а зависимостта tanδ (ω) преминава през максимум.

Характерът на зависимостите ε '(ω) и tanδ (ω) в областта на дисперсията се определя от поляризационния механизъм. В случай на йонни и електронни поляризациипри еластично изместване на свързаните заряди изменението на P (t) при стъпаловидно включване на полето E има характер на затихващи трептения и зависимостите ε '(ω) и tanδ (ω) се наричат ​​резонансни. В случай на ориентационна поляризация установяването на Р (t) е експоненциално, а зависимостите ε '(ω) и tanδ (ω) се наричат ​​релаксация.

Методите за измерване на диелектричната поляризация се основават на явленията на взаимодействие на електромагнитно поле с електрическите диполни моменти на частиците на веществото и са различни за различните честоти. Повечето от методите при ω ≤ 10 8 Hz се основават на процеса на зареждане и разреждане на измервателен кондензатор, напълнен с изследван диелектрик. При по-високи честоти се използват вълноводни, резонансни, многочестотни и други методи.

В някои диелектрици, например фероелектрици, пропорционалната връзка между P и Ε [Ρ = ε 0 (ε - 1) E] и следователно между D и E се нарушава вече в обичайните електрически полета, постижими на практика. Формално това се описва като зависимостта ε (Ε) ≠ const. В този случай диференциалната диелектрична константа е важна електрическа характеристика на диелектрика:

В нелинейните диелектрици εdif обикновено се измерва в слаби променливи полета с едновременно налагане на силно постоянно поле, а променливият компонент ε diff се нарича обратима диелектрична константа.

Лит. виж в чл. диелектрици.

• определяне на силата на електрическото поле във вакуум;
• включени в изразите на някои закони на електромагнетизма, включително закона на Кулон, когато са написани във форма, съответстваща на Международната система от единици.

Чрез диелектричната константа се осъществява връзката между относителната и абсолютната диелектрична константа. Той също така е включен в записа за закона на Кулон:

Вижте също

Бележки (редактиране)

литература

Връзки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "диелектрична константа" в други речници:

диелектрична константа- диелектрична константа - [YN Luginsky, MS Fezi Zhilinskaya, YS Kabirov. Английско-руски речник по електротехника и електротехника, Москва, 1999 г.] Предмети на електротехниката, основни понятия Синоними диелектрична константа ... ...

- (нотация e0), физическа величина, показваща съотношението на силата, действаща между електрическите заряди във вакуум, към размера на тези заряди и разстоянието между тях. Първоначално този индикатор се наричаше ДИЕЛЕКТРИЧЕН ... ... Научно-технически енциклопедичен речник

диелектрична константа- абсолютна диелектрична константа (за изотропно вещество); клон. диелектрична константа Скаларна величина, характеризираща електрически свойствадиелектрик и равно съотношениеелектрическо изместване в него до напрежение ... ...

диелектрична константа- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. диелектрична константа; проницаемост vok. dielektrische Leitfähigkeit, f; Dielektrizitätskonstante, f; Permittivität, f rus. диелектрична константа, f; диелектрична константа ... Fizikos terminų žodynas

Остаряло име за диелектрична константа (вижте Диелектрична константа) ... Голяма съветска енциклопедия

Диелектрична константа ε за някои течности (при 20 ° С)- Разтворител ε Ацетон 21,5 Бензол 2,23 Вода 81,0 ... Химическо ръководство

начална диелектрична константа- - [Я. Н. Лугински, М. С. Фези Жилинская, Ю. С. Кабиров. Английско-руски речник по електротехника и електротехника, Москва, 1999 г.] Предмети на електротехниката, основни понятия EN начална диелектрична константа ... Ръководство за технически преводач

относителна диелектрична константа- - [Я. Н. Лугински, М. С. Фези Жилинская, Ю. С. Кабиров. Английско-руски речник по електротехника и електротехника, Москва, 1999 г.] Предмети на електротехниката, основни понятия EN относителна диелектрична проницаемостотносителна диелектрична константа ... Ръководство за технически преводач

специфична диелектрична константа- - [Я. Н. Лугински, М. С. Фези Жилинская, Ю. С. Кабиров. Английско-руски речник по електротехника и енергетика, Москва, 1999 г.] Предмети на електротехниката, основни понятия EN възможност за едновременен обменSIC ... Ръководство за технически преводач

диелектричната константа- абсолютна диелектрична константа; клон. диелектрична константа Скаларна величина, характеризираща електрическите свойства на диелектрика, равна на съотношението на електрическото изместване към силата на електрическото поле ... Политехнически терминологичен тълковен речник

ДИЕЛЕКТРИЧНАТА КОНСТАНТА (диелектрична константа) е физическа величина, характеризираща способността на веществото да намалява силите на електрическо взаимодействие в това вещество в сравнение с вакуум. По този начин диференциалното налягане показва колко пъти силите на електрическото взаимодействие в веществото са по-малки, отколкото във вакуум.

D. p.- характеристика, която зависи от структурата на веществото-диелектрик. Електрони, йони, атоми, молекули или техните отделни части и по-големи участъци от всяко вещество в електрическо поле са поляризирани (виж Поляризация), което води до частична неутрализация на външното електрическо поле. Ако честотата на електрическото поле е сравнима с времето на поляризация на веществото, тогава в определен диапазонима честотна дисперсия, т.е. зависимостта на нейната величина от честотата (виж Дисперсия). Диапазонът на веществото зависи както от електрическите свойства на атомите и молекулите, така и от тяхното взаимно подреждане, тоест от структурата на веществото. Следователно дефиницията на диапазон или неговата промяна в зависимост от околните условия се използва при изследване на структурата на веществото, и по-специално на различни тъкани на тялото (вижте Електрическата проводимост на биологичните системи).

Различните вещества (диелектрици), в зависимост от тяхната структура и агрегатно състояние, имат различни стойности за D. p. (Таблица).

Таблица. Стойността на диелектричната константа на някои вещества

От особено значение за медицинската биол, изследванията на Д. и. в полярни течности. Техният типичен представител е водата, състояща се от диполи, които са ориентирани в електрическо поле поради взаимодействието между зарядите на дипола и полето, което води до появата на диполна или ориентационна поляризация. Високата стойност на D. p. Вода (80 при t ° 20 °) определя висока степендисоциация в него на различни хим. вещества и добра разтворимост на соли, к-т, основи и други съединения (вж. Дисоциация, Електролити). С увеличаване на концентрацията на електролита във водата, стойността на неговия D. p. намалява (например, за едновалентни електролити, D. p. на водата намалява с един, когато концентрацията на сол се увеличи с 0,1 M).

Повечето биол, обекти принадлежат към хетерогенни диелектрици. Когато йоните на биол, обект взаимодействат с електрическо поле, поляризацията на интерфейсите е от съществено значение (вж. Биологични мембрани). В този случай, колкото по-ниска е честотата на електрическото поле, толкова по-голям е големината на поляризацията. Тъй като поляризацията на интерфейса на биол, обект зависи от тяхната пропускливост (виж) за йони, очевидно е, че ефективната D. p. In в по-голяма степенсе определя от състоянието на мембраните.

Тъй като поляризацията на такъв сложен хетерогенен обект като биологичен има различна природа (концентрация, макроструктурна, ориентационна, йонна, електронна и др.), тогава става ясно, че с увеличаване на честотата промяната в DP (дисперсия ) рязко изразен. Обикновено се разграничават три области на дисперсия: алфа дисперсия (при честоти до 1 kHz), бета дисперсия (честоти от няколко kHz до десетки MHz) и гама дисперсия (честоти над 109 Hz); в биол, обекти обикновено няма ясна граница между областите на дисперсия.

В случай на влошаване на функциите, състоянието на биол, обекта, дисперсията на D. p. On ниски честотинамалява до пълно изчезване(с отмиране на тъканите). При високи честоти величината на D. p. не се променя значително.

D. p. Измерва се в широк честотен диапазон и в зависимост от честотния диапазон методите на измерване също се променят значително. На честоти електрически токПо-малко от 1 Hz, измерването се извършва с помощта на метода на зареждане или разреждане на кондензатор, напълнен с изпитваното вещество. Познавайки зависимостта на тока на зареждане или разряд от времето, е възможно да се определи не само стойността на електрическия капацитет на кондензатора, но и загубите в него. При честоти от 1 до 3 10 8 Hz за измерване на D. и. използват се специални резонансни и мостови методи, които дават възможност за цялостно изследване на промените в диафрагмата. различни веществанай-пълният и универсален.

В медицинската биология, изследванията най-често се използват симетрични AC мостове с директно отчитане на измерените стойности.

Библиография:Високочестотно нагряване на диелектрици и полупроводници, изд. А. В. Нетушила, М. -Л., 1959, библиогр.; С edunov BI and Fran to-K and m e-N e c and y DA Диелектрична константа на биологични обекти, Усп. физически Науки, т. 79, с. 4, стр. 617, 1963, библиогр.; Електроника и кибернетика в биологията и медицината, прев. от английски, изд. П. К. Анохин, с. 71, М., 1963, библиогр.; E m e F. Диелектрични измервания, транс. от него., М., 1967, библиогр.

Диелектричната константа- Това е един от основните параметри, характеризиращи електрическите свойства на диелектриците. С други думи, той определя колко добър изолатор е даден материал.

Стойността на диелектричната константа показва зависимостта на електрическата индукция в диелектрика от силата на електрическото поле, действащо върху него. Освен това стойността му се влияе не само от физични свойствасамия материал или среда, но и честотата на полето. Като правило справочниците показват стойността, измерена за статично или нискочестотно поле.

Има два вида диелектрична константа: абсолютна и относителна.

Относителна диелектрична константа показва съотношението на изолационните (диелектрични) свойства на изпитвания материал към аналогичните свойства на вакуума. Той характеризира изолационните свойства на вещество в газообразно, течно или твърдо състояние. Тоест, той е приложим за почти всички диелектрици. Стойността на относителната проницаемост за веществата в газообразно състояние, като правило, е в диапазона 1. За течности и твърди веществаможе да бъде в много широк диапазон - от 2 и почти до безкрайност.

Например относителната диэлектрична проницаемост прясна водае 80, а фероелектриците - десетки или дори стотици единици, в зависимост от свойствата на материала.

Абсолютна диелектрична константа Е константа. Той характеризира изолационните свойства на определено вещество или материал, независимо от неговото местоположение и външни фактори, които го влияят.

Използване

Диелектричната константа, или по-скоро нейните стойности, се използват при разработването и проектирането на нови електронни компоненти, по-специално кондензатори. Неговата стойност определя бъдещите размери и електрически характеристики на компонента. Тази стойност също се взема предвид при разработването на цяло електрически вериги(особено във високочестотната електроника) и дори