Përshkueshmëria elektrike

Lehtësia elektrike është një vlerë që karakterizon kapacitetin e një dielektrike të vendosur midis pllakave të një kondensatori. Siç e dini, kapaciteti i një kondensatori të sheshtë varet nga sipërfaqja e pllakave (se më shumë zonë pllaka, aq më i madh është kapaciteti), distanca ndërmjet pllakave ose trashësia e dielektrikut (sa më i trashë të jetë dielektriku, aq më i ulët është kapaciteti), si dhe nga materiali i dielektrikut, karakteristikë e të cilit është përshkueshmëria elektrike.

Numerikisht, lejueshmëria elektrike është e barabartë me raportin e kapacitetit të një kondensatori me çdo dielektrik të të njëjtit kondensator ajri. Për të krijuar kondensatorë kompaktë, është e nevojshme të përdoren dielektrikë me përshkueshmëri të lartë elektrike. Leshmëria elektrike e shumicës së dielektrikëve është disa njësi.

Në teknologji, janë marrë dielektrikë me përshkueshmëri elektrike të lartë dhe ultra të lartë. Pjesa kryesore e tyre është rutili (dioksid titani).

Figura 1. Përshkueshmëria elektrike e mediumit

Këndi i humbjes dielektrike

Në artikullin "Dielektrikë" kemi analizuar shembuj të përfshirjes së një dielektrike në qarqet e rrymës direkte dhe alternative. Doli se një dielektrik i vërtetë, kur punon në një fushë elektrike të formuar nga një tension i alternuar, lëshon energji termike. Fuqia e absorbuar në këtë rast quhet humbje dielektrike. Në artikullin "Një qark AC që përmban një kapacitet", do të vërtetohet se në një dielektrik ideal, rryma kondensative e çon tensionin me një kënd më të vogël se 90 °. Në një dielektrik të vërtetë, rryma kondensative e çon tensionin me një kënd më të vogël se 90°. Zvogëlimi i këndit ndikohet nga rryma e rrjedhjes, e quajtur ndryshe rryma e përcjelljes.

Diferenca ndërmjet 90° dhe këndit të zhvendosjes ndërmjet tensionit dhe rrymës që rrjedh në një qark me një dielektrik real quhet këndi i humbjes dielektrike ose këndi i humbjes dhe shënohet δ (trekë). Më shpesh, nuk përcaktohet vetë këndi, por tangjentja e këtij këndi -tg δ.

Është vërtetuar se humbjet dielektrike janë proporcionale me katrorin e tensionit, frekuencën AC, kapacitetin e kondensatorit dhe tangjentën e humbjes dielektrike.

Prandaj, sa më e madhe të jetë tangjenta e humbjes dielektrike, tan δ, aq më e madhe është humbja e energjisë në dielektrik, aq më i keq është materiali dielektrik. Materialet me tg δ relativisht të madhe (në rendin 0,08 - 0,1 ose më shumë) janë izolues të dobët. Materialet me tg δ relativisht të vogël (në rendin 0,0001) janë izolues të mirë.

Kapaciteti i një kondensatori varet, siç tregon përvoja, jo vetëm nga madhësia, forma dhe pozicioni relativ i përcjellësve përbërës të tij, por edhe nga vetitë e dielektrikut që mbush hapësirën midis këtyre përçuesve. Ndikimi i dielektrikut mund të përcaktohet duke përdorur eksperimentin e mëposhtëm. Ne ngarkojmë një kondensator të sheshtë dhe shënojmë leximet e një elektrometri që mat tensionin në të gjithë kondensatorin. Le të zhvendosim më pas një pllakë eboniti të pa ngarkuar në kondensator (Fig. 63). Do të shohim që ndryshimi i mundshëm midis pllakave do të ulet ndjeshëm. Nëse hiqni ebonitin, atëherë leximet e elektrometrit bëhen të njëjta. Kjo tregon se kur ajri zëvendësohet nga eboniti, kapaciteti i kondensatorit rritet. Duke marrë një dielektrik tjetër në vend të ebonitit, do të marrim një rezultat të ngjashëm, por vetëm ndryshimi në kapacitetin e kondensatorit do të jetë i ndryshëm. Nëse - kapaciteti i kondensatorit, midis pllakave të të cilit ka një vakum, dhe - kapaciteti i të njëjtit kondensator, kur e gjithë hapësira midis pllakave është e mbushur, pa boshllëqe ajri, me një lloj dielektrik, atëherë kapaciteti do të jetë herë më i madh se kapaciteti, ku varet vetëm nga natyra e dielektrikut. Kështu, mund të shkruhet

Oriz. 63. Kapaciteti i një kondensatori rritet kur një pllakë ebonit shtyhet midis pllakave të tij. Fletët e elektrometrit bien, megjithëse ngarkesa mbetet e njëjtë

Vlera quhet konstanta dielektrike relative ose thjesht konstanta dielektrike e mediumit që mbush hapësirën midis pllakave të kondensatorit. Në tabelë. 1 tregon vlerat e lejueshmërisë së disa substancave.

Tabela 1. Konstanta dielektrike e disa substancave

Substanca
Ujë (i pastër)
Qeramika (radio inxhinieri)

Sa më sipër është e vërtetë jo vetëm për një kondensator të sheshtë, por edhe për një kondensator të çdo forme: duke zëvendësuar ajrin me një lloj dielektrik, ne rrisim kapacitetin e kondensatorit me një faktor 1.

Në mënyrë të rreptë, kapaciteti i një kondensatori rritet me një faktor vetëm nëse të gjitha linjat e fushës që shkojnë nga një pllakë në tjetrën kalojnë nëpër dielektrikun e dhënë. Ky do të jetë, për shembull, një kondensator që është zhytur plotësisht në një lloj dielektrik të lëngshëm, i derdhur në një enë të madhe. Sidoqoftë, nëse distanca midis pllakave është e vogël në krahasim me dimensionet e tyre, atëherë mund të konsiderohet se mjafton të mbushet vetëm hapësira midis pllakave, pasi këtu praktikisht është e përqendruar fusha elektrike e kondensatorit. Pra, për një kondensator të sheshtë, mjafton të mbushni vetëm hapësirën midis pllakave me një dielektrik.

Duke vendosur një substancë me një konstante të lartë dielektrike midis pllakave, kapaciteti i kondensatorit mund të rritet shumë. Kjo përdoret në praktikë, dhe zakonisht jo ajri, por qelqi, parafina, mika dhe substanca të tjera zgjidhen si dielektrik për një kondensator. Në fig. 64 tregon një kondensator teknik, në të cilin një shirit letre i ngopur me parafinë shërben si dielektrik. Faqet e saj janë fletë çeliku të shtypura në të dyja anët në letër të dylluar. Kapaciteti i kondensatorëve të tillë shpesh arrin disa mikrofarad. Kështu, për shembull, një kondensator radio amator me madhësinë e kuti shkrepëseje ka një kapacitet prej 2 mikrofaradësh.

Oriz. 64. Kondensatori teknik i sheshtë: a) i montuar; b) në një formë pjesërisht të çmontuar: 1 dhe 1 "- kaseta me kornizë, ndërmjet të cilave vendosen shirita letre të hollë të dylluar 2. Të gjitha shiritat palosen së bashku me një "fizarmonikë" dhe futen në një kuti metalike. Kontaktet 3 dhe 3" janë ngjitur në skajet e shiritave 1 dhe 1 "për të përfshirë një kondensator në qark

Është e qartë se vetëm dielektrikët me veti shumë të mira izoluese janë të përshtatshme për prodhimin e një kondensatori. Përndryshe, ngarkesat do të rrjedhin përmes dielektrikës. Prandaj, uji, megjithë konstanten e tij të lartë dielektrike, nuk është aspak i përshtatshëm për prodhimin e kondensatorëve, sepse vetëm uji i pastruar jashtëzakonisht me kujdes është një dielektrik mjaft i mirë.

Nëse hapësira ndërmjet pllakave të një kondensatori të sheshtë është e mbushur me një medium me konstante dielektrike, atëherë formula (34.1) për një kondensator të sheshtë merr formën

Fakti që kapaciteti i një kondensatori varet nga mjedisi tregon se fusha elektrike brenda dielektrikës po ndryshon. Ne kemi parë se kur një kondensator mbushet me një dielektrik me lejueshmëri, kapaciteti rritet me një faktor prej . Kjo do të thotë që me të njëjtat ngarkesa në pllaka, diferenca potenciale midis tyre zvogëlohet me një faktor. Por diferenca potenciale dhe forca e fushës janë të ndërlidhura nga relacioni (30.1). Prandaj, një rënie në ndryshimin e potencialit do të thotë që forca e fushës në kondensator kur mbushet me një dielektrik bëhet më pak me një faktor. Kjo është arsyeja e rritjes së kapacitetit të kondensatorit. herë më pak se në vakum. Prandaj konkludojmë se ligji i Kulombit (10.1) për ngarkesat pikësore të vendosura në një dielektrik ka formën

PUNA LABORATORI VIRTUAL #3 ON

FIZIKA E GJENDJES SË NGURTË

Udhëzime metodike për zbatim punë laboratorike№3 në seksionin e fizikës "Gjendja e ngurtë" për studentët e specialiteteve teknike të të gjitha formave të arsimit

Krasnoyarsk 2012

Rishikues

Kandidati i Shkencave Fizike Matematikore, Profesor i Asociuar O.N. Bandurina

(Universiteti Shtetëror i Hapësirës Ajrore Siberian

me emrin akademik M.F. Reshetnev)

Publikuar me vendim të komisionit metodologjik të TIK-ut

Përcaktimi i konstantës dielektrike të gjysmëpërçuesve. Puna virtuale laboratorike nr. 3 në fizikën e gjendjes së ngurtë: Udhëzime për realizimin e punës laboratorike nr.3 në seksionin e fizikës “Gjendja e ngurtë” për studentët e tekn. specialist. të gjitha format e arsimit / komp.: A.M. Kharkiv; Sib. shteti hapësirës ajrore un-t. - Krasnoyarsk, 2012. - 21 f.

Hapësira ajrore shtetërore e Siberisë

Universiteti me emrin Akademik M.F. Reshetneva, 2012

Hyrje……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Pranimi në punë laboratorike………………………………………………………………………………………………………………

Regjistrimi i punës laboratorike për mbrojtje……………………………………………………………………………………………………………

Përcaktimi i konstantës dielektrike të gjysmëpërçuesve……………………..5

Teoria e metodës………………………………………………………………………….5

Metoda për matjen e konstantës dielektrike…………………………………..11

Përpunimi i rezultateve të matjeve………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….

Pyetje kontrolli……………………………………………………………………….17

Test……………………………………………………………………………………….17

Referencat………………………………………………………………………… 20

Aplikimi ……………………………………………………………………………………………………

PREZANTIMI

Të dhënat udhëzime përmbajnë përshkrime për punë laboratorike që përdorin modele virtuale nga kursi i fizikës në gjendje të ngurtë.

Qasja në punën laboratorike:

Kryer nga mësuesi në grupe me një anketë personale për secilin nxënës. Për pranim:

1) Çdo student harton paraprakisht përmbledhjen e tij personale të kësaj pune laboratorike;

2) Mësuesi/ja kontrollon individualisht hartimin e abstraktit dhe shtron pyetje në lidhje me teorinë, metodat e matjes, instalimin dhe përpunimin e rezultateve;

3) Nxënësi përgjigjet pyetjet e bëra;

4) Mësuesi e lejon nxënësin të punojë dhe vendos nënshkrimin e tij në abstraktin e nxënësit.

Regjistrimi i punës laboratorike për mbrojtje:

Një punë e përfunduar plotësisht dhe e përgatitur për mbrojtje duhet të plotësojë kërkesat e mëposhtme:

Plotësimi i të gjitha pikave: të gjitha llogaritjet e vlerave të kërkuara, të gjitha tabelat e mbushura me bojë, të gjithë grafikët e ndërtuar etj.

Grafikët duhet të plotësojnë të gjitha kërkesat e mësuesit.

Për të gjitha sasitë në tabela, duhet të regjistrohet njësia e duhur e masës.

Përfundimet e regjistruara për çdo grafik.

Përgjigja shkruhet në formën e përcaktuar.

Përfundimet e regjistruara në përgjigje.

PËRCAKTIMI I REZISTENSËS DIELEKTRIKE TË GJYSMËPËRÇUESVE

Teoria e metodës

Polarizimiështë aftësia e një dielektrike për të polarizuar nën veprimin e një fushe elektrike, d.m.th. ndryshojnë në hapësirë ​​vendndodhjen e grimcave të ngarkuara të lidhura të dielektrikut.

Prona më e rëndësishme dielektrikë është aftësia e tyre për polarizimin elektrik, d.m.th. nën ndikimin e një fushe elektrike, një zhvendosje e drejtuar e grimcave ose molekulave të ngarkuara ndodh në një distancë të kufizuar. Nën veprimin e një fushe elektrike, ngarkesat zhvendosen, si në molekulat polare ashtu edhe në ato jopolare.

Janë mbi një duzinë lloje te ndryshme polarizimi. Le të shqyrtojmë disa prej tyre:

1. Polarizimi elektronikështë zhvendosja e orbitave të elektroneve në raport me bërthamën e ngarkuar pozitivisht. Ndodhet në të gjitha atomet e çdo substance, d.m.th. në të gjitha dielektrikët. Polarizimi elektronik vendoset në 10 -15 -10 -14 s.

2. Polarizimi jonik- zhvendosja në raport me njëri-tjetrin e joneve të ngarkuar në mënyrë të kundërt në substancat me lidhje jonike. Koha e krijimit të saj është 10 -13 -10 -12 s. Polarizimi elektronik dhe jonik janë ndër llojet e polarizimit të menjëhershëm ose deformues.

3. Dipoli ose polarizim orientues për shkak të orientimit të dipoleve në drejtim të fushës elektrike. Polarizimi i dipolit zotërohet nga dielektrikët polare. Koha e krijimit të saj është 10 -10 -10 -6 s. Polarizimi dipol është një nga llojet e ngadalta ose relaksuese të polarizimit.

4. Polarizimi migrator vërehet në dielektrikët johomogjenë, në të cilët ngarkesat elektrike grumbullohen në kufirin e seksionit të inhomogjeniteteve. Proceset e vendosjes së polarizimit migrator janë shumë të ngadalta dhe mund të zgjasin minuta apo edhe orë.

5. Polarizimi i relaksimit të joneve për shkak të transferimit të tepërt të joneve të lidhura dobët nën veprimin e një fushe elektrike në distanca që tejkalojnë konstantën e rrjetës. Polarizimi jonik-relaksues manifestohet në disa substanca kristalore në prani të papastërtive në formën e joneve ose paketimit të lirshëm të rrjetës kristalore. Koha e krijimit të saj është 10 -8 -10 -4 s.

6. Polarizimi elektronik i relaksimit lind për shkak të elektroneve të tepërta "të dëmtuara" ose "vrimave" të ngacmuara nga energjia termike. Ky lloj polarizimi, si rregull, shkakton një vlerë të lartë të lejueshmërisë.

7. Polarizimi spontan- polarizim spontan që ndodh në disa substanca (për shembull, kripë Rochelle) në një interval të caktuar temperaturash.

8. Polarizimi elastik-dipol e lidhur me rrotullimin elastik të dipoleve nëpër kënde të vogla.

9. Polarizimi i mbetur- polarizimi, i cili mbetet në disa substanca (elektrete) për një kohë të gjatë pas heqjes së fushës elektrike.

10. polarizimi rezonant. Nëse frekuenca e fushës elektrike është afër frekuencës natyrore të lëkundjeve të dipolit, atëherë luhatjet e molekulave mund të rriten, gjë që do të çojë në shfaqjen e polarizimit rezonant në dielektrikën e dipolit. Polarizimi rezonant vërehet në frekuencat që shtrihen në rajonin e dritës infra të kuqe. Një dielektrik i vërtetë mund të ketë njëkohësisht disa lloje polarizimi. Shfaqja e një ose një lloji tjetër të polarizimit përcaktohet nga vetite fizike dhe kimike substancat dhe diapazoni i frekuencave të përdorura.

Parametrat kryesorë:

ε është lejueshmëriaështë një masë e aftësisë së një materiali për të polarizuar; kjo është një vlerë që tregon se sa herë forca e bashkëveprimit të ngarkesave elektrike në një material të caktuar është më e vogël se sa në vakum. Brenda dielektrikut ka një fushë të drejtuar përballë asaj të jashtme.

Fuqia e fushës së jashtme dobësohet në krahasim me fushën e të njëjtave ngarkesa në vakum për ε herë, ku ε është lejueshmëria relative.

Nëse vakuumi midis pllakave të kondensatorit zëvendësohet nga një dielektrik, atëherë si rezultat i polarizimit, kapaciteti rritet. Kjo është baza për një përkufizim të thjeshtë të lejueshmërisë:

ku C 0 është kapaciteti i kondensatorit, midis pllakave të të cilit ka një vakum.

C d është kapaciteti i të njëjtit kondensator me një dielektrik.

Konstanta dielektrikeε e një mjedisi izotropik përcaktohet nga relacioni:

(2)

ku χ është ndjeshmëria dielektrike.

D = tg δ është tangjenta e humbjes dielektrike

Humbjet dielektrike - humbjet energji elektrike për shkak të rrjedhjes së rrymave në dielektrikë. Dalloni midis rrymës përmes përcjelljes I sk.pr, të shkaktuar nga prania e një numri të vogël jonesh lehtësisht të lëvizshme në dielektrikë dhe rrymave të polarizimit. Me polarizimin elektronik dhe jonik, rryma e polarizimit quhet rrymë zhvendosëse I cm, është shumë e shkurtër dhe nuk regjistrohet nga instrumentet. Rrymat që lidhen me llojet e ngadalta (relaksuese) të polarizimit quhen rryma thithëse I abs. NË rast i përgjithshëm rryma totale në dielektrik përcaktohet si: I=I abs + I rms. Pas vendosjes së polarizimit, rryma totale do të jetë e barabartë me: I=I rms. Nëse në një fushë konstante ndodhin rryma polarizimi në momentin e ndezjes dhe fikjes së tensionit, dhe rryma totale përcaktohet në përputhje me ekuacionin: I \u003d I sk.pr, atëherë në një fushë alternative lindin rrymat e polarizimit në këtë moment të ndryshimit të polaritetit të tensionit. Si rezultat, humbjet në dielektrikë në një fushë alternative mund të jenë të rëndësishme, veçanërisht nëse gjysma e ciklit të tensionit të aplikuar i afrohet kohës së vendosjes së polarizimit.

Në fig. 1(a) tregon një qark të barabartë me një kondensator dielektrik në një qark të tensionit AC. Në këtë qark, një kondensator me një dielektrik real, i cili ka humbje, zëvendësohet nga një kondensator ideal C me një rezistencë aktive R të lidhur paralelisht. 1(b) tregon një diagram vektorial të rrymave dhe tensioneve për qarkun në shqyrtim, ku U janë tensionet në qark; I ak - rrymë aktive; I p - rryma reaktive, e cila është 90 ° përpara përbërësit aktiv në fazë; I ∑ - rryma totale. Në këtë rast: I a =I R =U/R dhe I p =I C =ωCU, ku ω është frekuenca rrethore e fushës alternative.

Oriz. 1. (a) skema; (b) - diagrami vektorial i rrymave dhe tensioneve

Këndi i humbjes dielektrike është këndi δ, i cili plotëson deri në 90 ° këndin e zhvendosjes fazore φ ndërmjet rrymës I ∑ dhe tensionit U në qarkun kapacitiv. Humbjet në dielektrikë në një fushë alternative karakterizohen nga tangjentja e humbjes dielektrike: tg δ=I a / I p.

Vlerat kufizuese të tangjentës së humbjes dielektrike për dielektrikët me frekuencë të lartë nuk duhet të kalojnë (0,0001 - 0,0004), dhe për dielektrikët me frekuencë të ulët - (0,01 - 0,02).

Varësia e ε dhe tan δ nga temperatura T dhe frekuenca ω

Parametrat dielektrikë të materialeve në shkallë të ndryshme në varësi të temperaturës dhe frekuencës. Nje numer i madh i materialet dielektrike nuk na lejojnë të mbulojmë veçoritë e të gjitha varësive nga këta faktorë.

Prandaj, në fig. 2 (a, b) janë paraqitur tendencat e përgjithshme, karakteristike e disa grupeve kryesore d.m.th. Tregohen varësitë tipike të lejueshmërisë ε nga temperatura T (a) dhe nga frekuenca ω (b).

Oriz. 2. Varësia nga frekuenca e pjesëve reale (ε') dhe imagjinare (ε') të lejueshmërisë në prani të mekanizmit të relaksimit orientues

Leje komplekse. Në prani të proceseve të relaksimit, është e përshtatshme të shkruani lejueshmërinë në një formë komplekse. Nëse formula Debye është e vlefshme për polarizimin:

(3)

ku, τ është koha e relaksimit, α 0 është polarizimi statistikor orientues. Pastaj, duke supozuar se fusha lokale është e barabartë me atë të jashtme, marrim (në CGS):

Grafikët e varësisë së εʹ dhe εʺ nga produkti ωτ janë paraqitur në fig. 2. Vini re se zvogëlimi në εʹ (pjesa reale e ε) ndodh afër maksimumit të εʺ (pjesa imagjinare e ε).

Një kurs i tillë ndryshimi në εʹ dhe εʺ me frekuencë shërben shembull i shpeshtë një rezultat më i përgjithshëm, sipas të cilit εʹ(ω) si funksion i frekuencës përfshin edhe varësinë e εʺ(ω) nga frekuenca. Në sistemin SI, 4π duhet të zëvendësohet me 1/ε 0.

Nën veprimin e një fushe të aplikuar, molekulat në një dielektrik jopolar polarizohen, duke u bërë dipole me një moment dipoli të induktuar μ Dhe, proporcionale me fuqinë e fushës:

(5)

Në një dielektrik polar, momenti dipol i një molekule polare μ është përgjithësisht i barabartë me shumën vektoriale të μ 0 të saj dhe μ të induktuar Dhe momente:

(6)

Fuqitë e fushës të prodhuara nga këto dipole janë proporcionale me momentin e dipolit dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me kubin e distancës.

Për materialet jopolare zakonisht ε = 2 – 2,5 dhe nuk varet nga frekuenca deri në ω ≈10 12 Hz. Varësia e ε-së nga temperatura është për faktin se kur ajo ndryshon, ndryshojnë dimensionet lineare të trupave të ngurtë dhe vëllimet e dielektrikëve të lëngët dhe të gaztë, gjë që ndryshon numrin e molekulave n për njësi vëllimi.

dhe distanca ndërmjet tyre. Duke përdorur marrëdhëniet e njohura nga teoria e dielektrikës F=n\μ Dhe Dhe F=ε 0 (ε - 1) E, Ku Fështë polarizimi i materialit, për dielektrikët jopolare kemi:

(7)

Për E=konst gjithashtu μ Dhe= konst dhe ndryshimi i temperaturës në ε është vetëm për shkak të ndryshimit në n, që është funksion linear temperatura Θ, varshmëria ε = ε(Θ) është gjithashtu lineare. Nuk ka varësi analitike për dielektrikët polare dhe zakonisht përdoren ato empirike.

1) Me rritjen e temperaturës, vëllimi i dielektrikut rritet dhe konstanta dielektrike zvogëlohet pak. Ulja e ε është veçanërisht e dukshme gjatë periudhës së zbutjes dhe shkrirjes së dielektrikëve jopolarë, kur vëllimi i tyre rritet ndjeshëm. Për shkak të frekuencës së lartë të elektroneve në orbita (në rendin 1015-1016 Hz), koha për vendosjen e gjendjes së ekuilibrit të polarizimit të elektroneve është shumë e shkurtër dhe përshkueshmëria ε e dielektrikëve jopolarë nuk varet nga frekuenca e fushës në përgjithësi. diapazoni i frekuencës së përdorur (deri në 1012 Hz).

2) Me rritjen e temperaturës, lidhjet midis joneve individuale dobësohen, gjë që lehtëson ndërveprimin e tyre nën veprimin e një fushe të jashtme, dhe kjo çon në një rritje të polarizimit jonik dhe lejueshmërisë ε. Duke pasur parasysh vogëlsinë e kohës së vendosjes së gjendjes së polarizimit të joneve (në rendin 10 13 Hz, që korrespondon me frekuencën natyrore të lëkundjeve të joneve në rrjetë kristali) ndryshimi në frekuencën e fushës së jashtme në intervalet e zakonshme të funksionimit praktikisht nuk ka asnjë efekt në vlerën e ε në materialet jonike.

3) Leshmëria e dielektrikëve polare varet fuqishëm nga temperatura dhe frekuenca e fushës së jashtme. Me rritjen e temperaturës rritet lëvizshmëria e grimcave dhe zvogëlohet energjia e bashkëveprimit ndërmjet tyre, d.m.th. orientimi i tyre lehtësohet nën veprimin e një fushe të jashtme - polarizimi i dipolit dhe lejueshmëria rriten. Megjithatë, ky proces vazhdon vetëm deri në një temperaturë të caktuar. Me një rritje të mëtejshme të temperaturës, përshkueshmëria ε zvogëlohet. Meqenëse orientimi i dipoleve në drejtim të fushës kryhet në proces lëvizje termike dhe nëpërmjet lëvizjes termike, vendosja e polarizimit kërkon kohë të konsiderueshme. Kjo kohë është aq e gjatë sa fusha të ndryshueshme Dipolet me frekuencë të lartë nuk kanë kohë të orientohen përgjatë fushës dhe përshkueshmëria ε bie.

Metoda për matjen e lejueshmërisë

Kapaciteti i kondensatorit. Kondensator- ky është një sistem i dy përçuesve (pllakave), të ndara nga një dielektrik, trashësia e të cilit është e vogël në krahasim me dimensionet lineare të përçuesve. Kështu, për shembull, dy pllaka metalike të sheshta, të vendosura paralelisht dhe të ndara nga një shtresë dielektrike, formojnë një kondensator (Fig. 3).

Nëse pllakave të një kondensatori të sheshtë u jepen ngarkesa të barabarta të shenjës së kundërt, atëherë forca e fushës elektrike midis pllakave do të jetë dy herë më e madhe se forca e fushës së një pllake:

(8)

ku ε është lejueshmëria e dielektrikut që mbush hapësirën ndërmjet pllakave.

Sasia fizike e përcaktuar nga raporti i ngarkesës q quhet një nga pllakat e kondensatorit në ndryshimin e potencialit Δφ ndërmjet pllakave të kondensatorit kapaciteti:

(9)

Njësia SI e kapacitetit elektrik - Farad(F). Një kondensator i tillë ka një kapacitet prej 1 F, diferenca potenciale midis pllakave të të cilit është 1 V kur pllakave u jepen ngarkesa të kundërta prej 1 C secila: 1 F = 1 C / 1 V.

Kapaciteti i një kondensatori të sheshtë. Formula për llogaritjen e kapacitetit elektrik të një kondensatori të sheshtë mund të merret duke përdorur shprehjen (8). Në të vërtetë, forca e fushës: E= φ/εε 0 = q/εε 0 S, Ku Sështë sipërfaqja e pllakës. Meqenëse fusha është uniforme, diferenca e potencialit midis pllakave të kondensatorit është: φ 1 - φ 2 = Ed = qd/εε 0 S, Ku d- distanca midis pllakave. Duke zëvendësuar formulën (9), marrim një shprehje për kapacitetin elektrik të një kondensatori të sheshtë:

(10)

Ku ε 0 është konstanta dielektrike e ajrit; Sështë zona e pllakës së kondensatorit, S=hl, Ku h- gjerësia e pllakës, l- gjatësia e saj; dështë distanca midis pllakave të kondensatorit.

Shprehja (10) tregon se kapaciteti i një kondensatori mund të rritet duke rritur sipërfaqen S pllakat e saj, duke zvogëluar distancën d ndërmjet tyre dhe përdorimi i dielektrikëve me vlera të mëdha lejueshmëri ε .

Oriz. 3. Kondensator me një dielektrik të vendosur në të

Nëse një pllakë dielektrike vendoset midis pllakave të një kondensatori, kapaciteti i kondensatorit do të ndryshojë. Duhet t'i kushtohet vëmendje vendndodhjes së pllakës dielektrike midis pllakave të kondensatorit.

Shënoni: d c - trashësia e hendekut të ajrit, d m është trashësia e pllakës dielektrike, l B është gjatësia e pjesës ajrore të kondensatorit, l m është gjatësia e pjesës së kondensatorit të mbushur me një dielektrik, ε m është konstanta dielektrike e materialit. Duke marrë parasysh atë l = l në + l m, a d = d në + d m, atëherë këto opsione mund të merren parasysh për rastet:

Kur l në = 0, d në = 0 kemi një kondensator me një dielektrik të ngurtë:

(11)

Nga ekuacionet e elektrodinamikës makroskopike klasike, bazuar në ekuacionet e Maxwell-it, rezulton se kur një dielektrik vendoset në një fushë të dobët alternative që ndryshon sipas një ligji harmonik me një frekuencë ω, tensori kompleks i lejueshmërisë merr formën:

(12)

ku σ është përçueshmëria optike e substancës, εʹ është lejueshmëria e substancës që lidhet me polarizimin e dielektrikut. Shprehja (12) mund të reduktohet në lloji tjetër:

(13)

ku termi imagjinar është përgjegjës për humbjet dielektrike .

Në praktikë, matet C - kapaciteti i një kampioni në formën e një kondensatori të sheshtë. Ky kondensator karakterizohet nga tangjenta e humbjes dielektrike:

tgδ=ωCR c (14)

ose mirësi:

Q c = 1/tanδ (15)

ku Rc është rezistenca, e cila varet kryesisht nga humbjet dielektrike. Për të matur këto karakteristika, ekzistojnë një sërë metodash: metoda të ndryshme urë, matje me shndërrimin e parametrit të matur në një interval kohor, etj. .

Kur matëm kapacitetin C dhe tangjentën e humbjes dielektrike D = tgδ në këtë punë, ne përdorëm teknikën e zhvilluar nga fushata GOOD WILL INSTRUMENT CO Ltd. Matjet u kryen në një matës preciz imitance - LCR-819-RLC. Pajisja ju lejon të matni kapacitetin brenda 20 pF–2,083 mF, tangjentën e humbjes brenda 0,0001-9999 dhe të aplikoni një fushë paragjykimi. Kompensimi i brendshëm deri në 2 V, paragjykim i jashtëm deri në 30 V. Saktësia e matjes është 0,05%. Frekuenca e sinjalit të testimit 12 Hz -100 kHz.

Në këtë punë, matjet u kryen në një frekuencë prej 1 kHz në intervalin e temperaturës 77 K< T < 270 К в нулевом магнитном поле и в поле 5 kOe. Образцы для измерений имели форму параллелепипеда с размерами 2*3*4 мм (х=0.1), где d = 2 мм – толщина образца, площадь грани S = 3*4 мм 2 .

Për të marrë varësi nga temperatura, qeliza me mostrën vendoset në një rrjedhë ftohës (azoti) të kaluar përmes një shkëmbyesi nxehtësie, temperatura e të cilit vendoset nga ngrohësi. Temperatura e ngrohësit kontrollohet nga një termostat. Feedback nga matësi i temperaturës në kontrolluesin e temperaturës ju lejon të vendosni shpejtësinë e matjes së temperaturës, ose të kryeni stabilizimin e tij. Një termoelement përdoret për të kontrolluar temperaturën. Në këtë punë, temperatura u ndryshua me një shpejtësi prej 1 deg/min. Kjo metodë ju lejon të matni temperaturën me një gabim prej 0,1 deg.

Qeliza matëse me kampionin e fiksuar mbi të vendoset në një kriostat rrjedhës. Lidhja e qelizës me LCR-matësin kryhet me tela të mbrojtur përmes një lidhësi në kapakun e kriostatit. Kriostati vendoset midis poleve të elektromagnetit FL-1. Furnizimi me energji i magnetit lejon marrjen e fushave magnetike deri në 15 kOe. Për të matur madhësinë e tensionit fushë magnetike H përdor një sensor Hall të stabilizuar me temperaturë me një njësi elektronike. Për të stabilizuar fushën magnetike, ka reagime midis furnizimit me energji dhe njehsorit të fushës magnetike.

Vlerat e matura të kapacitetit C dhe tangjentes së humbjes D = tan δ janë të lidhura me vlerat e sasive fizike të kërkuara εʹ dhe εʺ nga relacionet e mëposhtme:

(16)

(17)

№	C(pF)	Re(ε')	T (°K)	tg δ	Qc	Unë (ε")	ω (Hz)	σ (ω)
	3,805	71,66		0,075	13,33	5,375	10 3
	3,838			0,093
	3,86			0,088
	3,849			0,094
	3,893			0,106
	3,917			0,092
	3,951			0,103
	3,824			0,088
	3,873			0,105
	3,907			0,108
	3,977			0,102
	4,031			0,105
	4,062			0,132
	4,144			0,109
	4,24			0,136
	4,435			0,175
	4,553			0,197
	4,698			0,233
	4,868			0,292
	4,973			0,361
	5,056			0,417
	5,164			0,491
	5,246			0,552
	5,362			0,624
	5,453			0,703
	5,556			0,783
	5,637			0,867
	5,738			0,955
	5,826			1,04
	5,902			1,136

Tabela numër 1. Gd x Mn 1-x S, (x=0.1).

Konstanta dielektrike

Dukuria e polarizimit gjykohet nga vlera e permitivitetit ε. Parametri ε, i cili karakterizon aftësinë e një materiali për të formuar një kapacitet, quhet lejueshmëri relative.

Fjala "i afërm" zakonisht hiqet. Duhet të kihet parasysh se kapaciteti elektrik i seksionit të izolimit me elektroda, d.m.th. kondensator, varet nga dimensionet gjeometrike, konfigurimi i elektrodave dhe nga struktura e materialit që formon dielektrikun e këtij kondensatori.

Në vakum, ε = 1, dhe çdo dielektrik është gjithmonë më i madh se 1. Nëse C0 - ha-

një kockë, midis pllakave të së cilës ka një vakum, me formë dhe madhësi arbitrare, dhe C është kapaciteti i një kondensatori me të njëjtën madhësi dhe formë, por të mbushur me një dielektrik me lejueshmëri ε, atëherë

Duke shënuar me C0 konstantën elektrike (F/m) të barabartë me

C0 = 8.854.10-12,

gjeni lejueshmërinë absolute

ε’ = ε0 .ε.

Le të përcaktojmë vlerat e kapacitetit për disa forma të dielektrikëve.

Për kondensator të sheshtë

С = ε0 ε S/h = 8,854 1О-12 ε S/h.

ku S është zona e prerjes kryq të elektrodës, m2;

h është distanca ndërmjet elektrodave, m.

Vlera praktike konstanta dielektrike është shumë e lartë. Ai përcakton jo vetëm aftësinë e materialit për të formuar një enë, por gjithashtu përfshihet në një numër ekuacionesh bazë që karakterizojnë proceset fizike që rrjedh në një dielektrik.

Konstanta dielektrike e gazeve, për shkak të densitetit të tyre të ulët (për shkak të distancave të mëdha ndërmjet molekulave) është e parëndësishme dhe afër unitetit. Në mënyrë tipike, polarizimi i një gazi është elektronik ose dipol nëse molekulat janë polare. ε e gazit është më e lartë, aq më e madhe është rrezja e molekulës. Një ndryshim në numrin e molekulave të gazit për njësi vëllimi të gazit (n) me një ndryshim në temperaturë dhe presion shkakton një ndryshim në konstantën dielektrike të gazit. Numri i molekulave N është proporcional me presionin dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me temperaturën absolute.

Kur lagështia ndryshon, konstanta dielektrike e ajrit ndryshon pak në proporcion të drejtë me ndryshimin e lagështisë (në temperatura e dhomës). Në temperatura të larta, ndikimi i lagështisë rritet shumë. Varësia nga temperatura e lejueshmërisë karakterizohet nga shprehja

T K ε = 1 / ε (dε / dT).

Duke përdorur këtë shprehje, mund të llogaritet ndryshimi relativ në konstantën dielektrike me një ndryshim të temperaturës me 1 0 K - i ashtuquajturi koeficienti i temperaturës TK i konstantës dielektrike.

Vlera e TC e një gazi jopolar gjendet me formulën

T K ε \u003d (ε -1) / dT.

ku T është temperatura. TE.

Konstanta dielektrike e lëngjeve varet shumë nga struktura e tyre. Vlerat e ε të lëngjeve jopolare janë të vogla dhe afër katrorit të indeksit të thyerjes së dritës n 2. Konstanta dielektrike e lëngjeve polare, që përdoren si dielektrikë teknike, varion nga 3,5 në 5, që është dukshëm më i lartë se ai i lëngjeve jopolare.

Kështu, polarizimi i lëngjeve që përmbajnë molekula dipole përcaktohet njëkohësisht nga polarizimi elektronik dhe relaksues i dipolit.

Lëngjet shumë polare karakterizohen nga një vlerë e lartë e ε për shkak të përçueshmërisë së tyre të lartë. Varësia nga temperatura e ε në lëngjet dipole është më komplekse sesa në lëngjet neutrale.

Prandaj, ε në një frekuencë prej 50 Hz për bifenilin e klorur (savol) rritet me shpejtësi për shkak të një rënie të mprehtë të viskozitetit të lëngut dhe dipolit

molekulat kanë kohë të orientohen pas një ndryshimi të temperaturës.

Ulja e ε ndodh për shkak të rritjes së lëvizjes termike të molekulave, gjë që pengon orientimin e tyre në drejtim të fushës elektrike.

Dielektrikët ndahen në katër grupe sipas llojit të polarizimit:

Grupi i parë është njëpërbërës, homogjen, i pastër, pa aditivë, dielektrikë, të cilët kryesisht kanë polarizim elektronik ose paketim të dendur jonesh. Këto përfshijnë dielektrikë të ngurtë jo polare dhe dobët polare në gjendje kristalore ose amorfe, si dhe lëngje dhe gazra jo polare dhe dobët polare.

Grupi i dytë janë dielektrikët teknikë me polarizim elektronik, jonik dhe njëkohësisht me polarizim dipol-relaksues. Këto përfshijnë gjysmë-lëngët organikë polare (dipole) dhe lëndët e ngurta, të tilla si komponimet vaj-kolofon, celuloza, rrëshirat epoksi dhe materialet e përbëra të përbëra nga këto substanca.

Grupi i tretë janë dielektrikët teknikë me jonikë dhe polarizimet elektronike; dielektrikët me polarizime relaksuese elektronike, jonike ndahen në dy nëngrupe. Nëngrupi i parë përfshin kryesisht substanca kristalore me paketim të ngushtë jonesh ε< 3,0.

Nëngrupi i dytë përfshin gota inorganike dhe materiale që përmbajnë një fazë qelqore, si dhe substanca kristalore me paketim të lirshëm jonik.

Grupi i katërt përbëhet nga ferroelektrikë që kanë polarizime spontane, elektronike, jonike, elektron-jon-relaksuese, si dhe migratore ose me tension të lartë për materialet e përbëra, komplekse dhe me shtresa.

4. Humbjet dielektrike të materialeve izoluese elektrike. Llojet e humbjeve dielektrike.

Humbjet dielektrike janë fuqia që shpërndahet në një dielektrik kur ekspozohet ndaj një fushe elektrike dhe shkakton ngrohjen e dielektrikut.

Humbjet në dielektrikë vërehen si në tension të alternuar ashtu edhe në tension konstant, pasi një rrymë e përçuar zbulohet në material për shkak të përçueshmërisë. Në një tension konstant, kur nuk ka polarizim periodik, cilësia e materialit karakterizohet, siç u përmend më lart, nga vlerat e vëllimit specifik dhe rezistencave të sipërfaqes. Me një tension të alternuar, është e nevojshme të përdoret një karakteristikë tjetër e cilësisë së materialit, pasi në këtë rast, përveç rrymës kalimtare, ka shkaqe shtesë që shkaktojnë humbje në dielektrik.

Humbjet dielektrike në një material izolues elektrik mund të karakterizohen nga shpërndarja e fuqisë për njësi vëllimi, ose humbje specifike; më shpesh, për të vlerësuar aftësinë e një dielektrike për të shpërndarë fuqinë në një fushë elektrike, përdoret këndi i humbjes dielektrike, si dhe tangjentja e këtij këndi.

Oriz. 3-1. Ngarkesa kundrejt tensionit për një dielektrik linear pa humbje (a), me humbje (b)

Këndi i humbjes dielektrike është këndi që plotëson deri në 90 ° këndin e zhvendosjes së fazës midis rrymës dhe tensionit në një qark kapacitiv. Për një dielektrik ideal, vektori i rrymës në një qark të tillë do ta çojë vektorin e tensionit me 90°, ndërsa këndi i humbjes së dielektrikës do të jetë zero. Sa më e madhe të jetë fuqia e shpërndarë në dielektrik, i cili shndërrohet në nxehtësi, aq më i vogël është këndi i zhvendosjes së fazës dhe aq më i madh është këndi dhe funksioni i tij tg.

Nga teoria e rrymave alternative, dihet se fuqia aktive

Ra = UI cos (3-1)

Le të shprehim fuqitë për qarqet serike dhe paralele në terma të kapaciteteve Cs dhe Сp dhe këndit, i cili është plotësues i këndit deri në 90°.

Për një qark serial, duke përdorur shprehjen (3-1) dhe diagramin vektorial përkatës, kemi

Pa = (3-2)

tg = C s r s (3-3)

Për qark paralel

P a \u003d Ui a \u003d U 2 C p tg (3-4)

tg = (3-5)

Duke barazuar shprehjet (3-2) dhe (3-4), si dhe (3-3) dhe (3-5) me njëra-tjetrën, gjejmë marrëdhënien midis Сp dhe Cs dhe midis rp dhe rs

C p \u003d C s /1 + tg 2 (3-6)

r p = r s (1+ 1/tg 2 ) (3-7)

Për dielektrikë me cilësi të lartë, mund të neglizhoni vlerën e tg2 në krahasim me unitetin në formulën (3-8) dhe të llogaritni Ср Cs С. Shprehjet për fuqinë e shpërndarë në dielektrikë, në këtë rast, do të jenë të njëjta për të dy qarqet. :

P a U 2 Ctg (3-8)

ku Ra - fuqia aktive, W; U - tension, V; - frekuenca këndore, s-1; C - kapaciteti, F.

rezistenca rr në qark paralel, siç vijon nga shprehja (3-7), shumë herë më e madhe se rezistenca rs Shprehja për humbje specifike dielektrike, d.m.th., fuqia e shpërndarë për njësi vëllimi të dielektrikut, ka formën:

(3-9)

ku р - humbje specifike, W/m3; \u003d 2 - frekuencë këndore, s-1, E - forca e fushës elektrike, V / m.

Në të vërtetë, kapaciteti midis faqeve të kundërta të një kubi me një anë prej 1 m do të jetë

С1 = 0 r, komponenti reaktiv i përçueshmërisë

(3-10)

një komponent aktiv

Duke përcaktuar me ndonjë metodë në një frekuencë të caktuar parametrat e qarkut ekuivalent të dielektrikut në studim (Ср dhe rр ose Cs dhe rs), në rastin e përgjithshëm, është e pamundur të merren parasysh vlerat e fituara të kapacitetit dhe rezistencës si të qenësishme në këtë kondensator dhe përdorni këto të dhëna për të llogaritur këndin e humbjes në një frekuencë të ndryshme. Një llogaritje e tillë mund të bëhet vetëm nëse qark ekuivalent ka një justifikim të caktuar fizik. Kështu, për shembull, nëse dihet për një dielektrik të caktuar që humbjet në të përcaktohen vetëm nga humbjet nga përçueshmëria në një gamë të gjerë frekuencash, atëherë këndi i humbjes së një kondensatori me një dielektrik të tillë mund të llogaritet për çdo frekuencë të shtrirë. në këtë gamë

tg=1/ Crp(3-12)

ku C dhe rp janë kapaciteti dhe rezistenca konstante e matur në një frekuencë të caktuar.

Humbjet në një kondensator të tillë, siç është e lehtë për t'u parë, nuk varen nga frekuenca:

Pa=U2/rp (3-13)

përkundrazi, nëse humbjet në kondensator janë kryesisht për shkak të rezistencës së telave të furnizimit, si dhe rezistencës së vetë elektrodave (për shembull, një shtresë e hollë argjendi), atëherë fuqia e shpërndarë në një kondensator të tillë do të rritje në proporcion me katrorin e frekuencës:

Pa=U2 C tg =U2 C Crs=U2 2C2rs (3-14)

Nga shprehja e fundit mund të nxirret një përfundim praktik shumë i rëndësishëm: kondensatorët e projektuar për të punuar me frekuencë të lartë duhet të kenë rezistencën më të ulët të mundshme si të elektrodave, ashtu edhe të telave lidhës dhe kontakteve të tranzicionit.

Sipas veçorive dhe natyrës së tyre fizike, humbjet dielektrike mund të ndahen në katër lloje kryesore:

1) humbjet dielektrike për shkak të polarizimit;

2) humbjet dielektrike për shkak të përcjelljes;

humbjet dielektrike të jonizimit;

Humbjet dielektrike për shkak të johomogjenitetit të strukturës.

Humbjet dielektrike për shkak të polarizimit vërehen veçanërisht qartë në substancat me polarizim relaksues: në dielektrikët e një strukture dipole dhe në dielektrikët e një strukture jonike me paketim të lirshëm të joneve.

Humbjet dielektrike të relaksimit shkaktohen nga shkelje e lëvizjes termike të grimcave nën ndikimin e forcave të fushës elektrike.

Humbjet dielektrike të vërejtura në ferroelektrikë shoqërohen me fenomenin e polarizimit spontan. Prandaj, humbjet në ferroelektrikë janë të rëndësishme në temperaturat nën pikën Curie, kur vërehet polarizim spontan. Në temperaturat mbi pikën Curie, humbjet në ferroelektrikë ulen. Plakja elektrike e një ferroelektrike me kalimin e kohës shoqërohet me disa ulje të humbjeve.

Humbjet dielektrike për shkak të polarizimit duhet të përfshijnë gjithashtu të ashtuquajturat humbje rezonante, të cilat manifestohen në dielektrikë në frekuenca të larta. Kjo lloj humbje vërehet me qartësi të veçantë në disa gaze në një frekuencë të përcaktuar rreptësisht dhe shprehet në thithjen intensive të energjisë së fushës elektrike.

Humbjet e rezonancës janë gjithashtu të mundshme në trupat e ngurtë nëse frekuenca e lëkundjeve të detyruara të shkaktuara nga fusha elektrike përkon me frekuencën e lëkundjeve natyrore të grimcave të ngurtës. Prania e një maksimumi në varësinë e frekuencës së tg është gjithashtu karakteristike për mekanizmin e humbjes rezonante, megjithatë, në këtë rast temperatura nuk ndikon në pozicionin e maksimumit.

Humbjet dielektrike për shkak të përcjellshmërisë gjenden në dielektrikë që kanë një vëllim të dukshëm ose përçueshmëri sipërfaqësore.

Tangjenta e humbjes dielektrike në këtë rast mund të llogaritet me formulë

Humbjet dielektrike të këtij lloji nuk varen nga frekuenca e fushës; tg zvogëlohet me frekuencë sipas ligjit hiperbolik.

Humbjet dielektrike për shkak të përçueshmërisë elektrike rriten në mënyrë eksponenciale me temperaturën

PaT=Aexp(-b/T) (3-16)

ku A, b janë konstante materiale. Përafërsisht formula (3-16) mund të rishkruhet si më poshtë:

PaT=Pa0exp(t) (3-17)

ku PaT - humbjet në temperaturë t, °С; Pa0 - humbje në një temperaturë prej 0°C; është konstante materiale.

Tangjenta e humbjes dielektrike ndryshon me temperaturën sipas të njëjtit ligj që përdoret për të përafruar varësinë nga temperatura e Pa, pasi ndryshimi i temperaturës në kapacitet mund të neglizhohet.

Humbjet dielektrike të jonizimit janë të natyrshme në dielektrikë dhe gjendje e gaztë; Humbjet e jonizimit shfaqen në fusha elektrike jo uniforme në forca që tejkalojnë vlerën që korrespondon me fillimin e jonizimit të një gazi të caktuar. Humbjet e jonizimit mund të llogariten me formulë

Pa.i=A1f(U-Ui)3 (3-18)

ku A1 është një koeficient konstant; f është frekuenca e fushës; U - tensioni i aplikuar; Ui - tension që korrespondon me fillimin e jonizimit.

Formula (3-18) është e vlefshme për U > Ui dhe një varësi lineare e tg nga E. Tensioni i jonizimit Ui varet nga presioni në të cilin ndodhet gazi, pasi zhvillimi i jonizimit të ndikimit të molekulave shoqërohet me mesataren e lirë rruga e transportuesve të ngarkesës.

Humbjet dielektrike për shkak të johomogjenitetit strukturor vërehen te dielektrikët me shtresa, nga letra dhe pëlhura e ngopura, te plastika e mbushur, te qeramika poroze te mikanitet, mykalekset etj.

Për shkak të diversitetit të strukturës së dielektrikëve johomogjenë dhe veçorive të përbërësve që përmbahen në to, nuk ka një formulë të përgjithshme për llogaritjen e humbjeve dielektrike të këtij lloji.

dielektriké përshkueshmëriá kapaciteti mjedisi - një sasi fizike që karakterizon vetitë e një mediumi izolues (dielektrik) dhe tregon varësinë e induksionit elektrik nga forca e fushës elektrike.

Përcaktohet nga efekti i polarizimit të dielektrikëve nën veprimin e një fushe elektrike (dhe me vlerën e ndjeshmërisë dielektrike të mediumit që karakterizon këtë efekt).

Ka leje relative dhe absolute.

Leshmëria relative ε është pa dimension dhe tregon se sa herë forca e bashkëveprimit të dy ngarkesave elektrike në një mjedis është më e vogël se në vakum. Kjo vlerë për ajrin dhe shumicën e gazrave të tjerë në kushte normale është afër unitetit (për shkak të densitetit të tyre të ulët). Për shumicën e dielektrikëve të ngurtë ose të lëngshëm, lejueshmëria relative varion nga 2 në 8 (për një fushë statike). Konstanta dielektrike e ujit në një fushë statike është mjaft e lartë - rreth 80. Vlerat e saj janë të mëdha për substancat me molekula që kanë një moment të madh dipoli elektrik. Leshmëria relative e ferroelektrikëve është dhjetëra dhe qindra mijëra.

Lehtësia absolute në literaturën e huaj shënohet me shkronjën ε, në literaturën vendase përdoret kryesisht kombinimi, ku është konstanta elektrike. Permitiviteti absolut përdoret vetëm në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive (SI), në të cilin induksioni dhe forca e fushës elektrike maten në njësi të ndryshme. Në sistemin CGS, nuk ka nevojë të futet lejueshmëria absolute. Konstanta dielektrike absolute (si dhe konstanta elektrike) ka dimensionin L −3 M −1 T 4 I². Në njësitë e Sistemit Ndërkombëtar të Njësive (SI): =F/m.

Duhet të theksohet se lejueshmëria varet në një masë të madhe nga frekuenca fushë elektromagnetike. Kjo duhet të merret gjithmonë parasysh, pasi tabelat e manualeve zakonisht përmbajnë të dhëna për një fushë statike ose frekuenca të ulëta deri në disa njësi kHz pa specifikuar ky fakt. Në të njëjtën kohë, ekzistojnë edhe metoda optike për marrjen e lejueshmërisë relative nga indeksi i thyerjes duke përdorur elipsometra dhe refraktometra. Vlera e marrë me metodën optike (frekuenca 10 14 Hz) do të ndryshojë ndjeshëm nga të dhënat në tabela.

Merrni, për shembull, rastin e ujit. Në rastin e një fushe statike (frekuenca është zero), lejueshmëria relative në kushte normale është afërsisht 80. Ky është rasti deri në frekuencat infra të kuqe. Duke filluar rreth 2 GHz ε r fillon të bjerë. Në rangun optik ε rështë afërsisht 1.8. Kjo është në përputhje me faktin se në rangun optik indeksi i thyerjes së ujit është 1.33. Në një gamë të ngushtë frekuence, të quajtur optike, thithja dielektrike bie në zero, gjë që në fakt i siguron një personi një mekanizëm të shikimit. burimi i paspecifikuar 1252 ditë] në atmosferën e tokës të ngopur me avujt e ujit. ME rritje të mëtejshme frekuenca, vetitë e mediumit ndryshojnë përsëri. Sjellja e lejueshmërisë relative të ujit në diapazonin e frekuencës nga 0 në 10 12 (infra të kuqe) mund të lexohet në (eng.)

Lejueshmëria e dielektrikëve është një nga parametrat kryesorë në zhvillimin e kondensatorëve elektrikë. Përdorimi i materialeve me një konstante të lartë dielektrike mund të zvogëlojë ndjeshëm dimensionet fizike të kondensatorëve.

Kapaciteti i kondensatorëve përcaktohet:

Ku ε rështë lejueshmëria e substancës midis pllakave, ε O- konstante elektrike, S- zona e pllakave të kondensatorit, d- distanca midis pllakave.

Parametri i konstantës dielektrike merret parasysh gjatë projektimit të pllakave të qarkut të printuar. Vlera e konstantës dielektrike të substancës midis shtresave në kombinim me trashësinë e saj ndikon në vlerën e kapacitetit statik natyror të shtresave të fuqisë, dhe gjithashtu ndikon ndjeshëm në rezistencën e valës së përçuesve në tabelë.

REZISTENCA SPECIFIKE është një sasi elektrike, fizike e barabartë me rezistencën elektrike ( cm. REZISTENCA ELEKTRIKE) Përçuesi R cilindrik me gjatësi njësi (l \u003d 1m) dhe sipërfaqe tërthore të njësisë (S \u003d 1 m 2 ).. r \u003d R S / l. Në C, njësia e rezistencës është ohmi. m. Rezistenca mund të shprehet edhe në ohmë. shih Rezistenca është një karakteristikë e materialit nëpër të cilin rrjedh rryma dhe varet nga materiali nga i cili është bërë. Rezistenca e barabartë me r = 1 ohm. m do të thotë se një përcjellës cilindrik i bërë nga këtë material, gjatësia l \u003d 1m dhe me një sipërfaqe tërthore S \u003d 1 m 2 ka një rezistencë R \u003d 1 Ohm. m. Vlera e rezistencës së metaleve ( cm. METALET), cilat jane përçues të mirë (cm. DIRITUESIT), mund të ketë vlera të rendit 10 - 8 - 10 - 6 ohms. m (për shembull, bakri, argjendi, hekuri, etj.). Rezistenca e disa dielektrikëve të ngurtë ( cm. DIELEKTRIK) mund të arrijë një vlerë prej 10 16 -10 18 Ohm.m (për shembull, xhami kuarci, polietileni, elektroporcelani, etj.). Vlera e rezistencës së shumë materialeve (veçanërisht materialeve gjysmëpërçuese cm. MATERIALE GJYSMËPËRÇUESE)) në thelb varet nga shkalla e pastrimit të tyre, prania e aditivëve aliazh, trajtimet termike dhe mekanike, etj. Vlera s, reciproke e rezistencës, quhet përçueshmëri specifike: s = 1/r matet përçueshmëria specifike. në siemens ( cm. SIEMENS (njësia e përçueshmërisë)) për metër S/m. Rezistenca elektrike (përçueshmëria) është një sasi skalare për një substancë izotropike; dhe tensori - për një substancë anizotropike. Në kristalet e vetme anizotropike, anizotropia e përçueshmërisë elektrike është pasojë e anizotropisë së masës efektive reciproke ( cm. PESHA EFEKTIVE) elektronet dhe vrimat.

1-6. Përçueshmëria e izolimit

Kur izolimi i një kablloje ose teli ndizet për një tension konstant U, përmes tij kalon një rrymë i, e cila ndryshon me kalimin e kohës (Fig. 1-3). Kjo rrymë ka komponentë konstante - rrymë përcjellëse (i ∞) dhe rrymë thithëse, ku γ - përçueshmëri që korrespondon me rrymën e përthithjes; T është koha gjatë së cilës rryma i abs bie në 1/e të vlerës së saj origjinale. Për një kohë pafundësisht të gjatë i abs →0 dhe i = i ∞ . Përçueshmëria elektrike e dielektrikëve shpjegohet me praninë në to të një sasie të caktuar të grimcave të ngarkuara të lira: joneve dhe elektroneve.

Më karakteristikë e shumicës së materialeve izoluese elektrike është përçueshmëria elektrike jonike, e cila është e mundur për shkak të ndotësve të pashmangshëm të pranishëm në izolim (papastërtitë e lagështisë, kripërat, alkalet, etj.). Për një dielektrik me karakter jonik të përçueshmërisë elektrike, zbatohet rreptësisht ligji i Faradeit - proporcionaliteti midis sasisë së energjisë elektrike të kaluar përmes izolimit dhe sasisë së substancës së lëshuar gjatë elektrolizës.

Me rritjen e temperaturës, rezistenca e materialeve izoluese elektrike zvogëlohet dhe karakterizohet nga formula

ku_ρ o, A dhe B janë konstante për një material të caktuar; T - temperatura, °K.

Një varësi e madhe e rezistencës së izolimit nga lagështia ndodh në materialet izoluese higroskopike, kryesisht fibroze (letër, fije pambuku, etj.). Prandaj, materialet fibroze thahen dhe ngopen, si dhe mbrohen nga predha rezistente ndaj lagështirës.

Rezistenca e izolimit mund të ulet me rritjen e tensionit për shkak të formimit të ngarkesave hapësinore në materialet izoluese. Përçueshmëria elektronike shtesë e krijuar në këtë rast çon në një rritje të përçueshmërisë elektrike. Ekziston një varësi e përçueshmërisë nga voltazhi në fusha shumë të forta (ligji i Ya. I. Frenkel):

ku γ o - përçueshmëri në fusha të dobëta; a është konstante. Të gjitha materialet izoluese elektrike karakterizohen nga vlera të caktuara të përçueshmërisë izoluese G. Në mënyrë ideale, përçueshmëria e materialeve izoluese është zero. Për materialet reale izoluese, përçueshmëria për njësi të gjatësisë së kabllit përcaktohet nga formula

Në kabllot me rezistencë izolimi më shumë se 3-10 11 ohm-m dhe kabllot e komunikimit, ku humbjet e polarizimit dielektrik janë shumë më të mëdha se humbjet termike, përçueshmëria përcaktohet nga formula

Përçueshmëria e izolimit në teknologjinë e komunikimit është një parametër i linjës elektrike që karakterizon humbjet e energjisë në izolimin e bërthamave të kabllove. Varësia e vlerës së përçueshmërisë nga frekuenca është paraqitur në Fig. 1-1. Reciproku i përçueshmërisë - rezistenca e izolimit, është raporti i tensionit DC të aplikuar në izolim (në volt) ndaj rrjedhjes (në amper), d.m.th.

ku R V është rezistenca e vëllimit të izolimit, e cila përcakton numerikisht pengesën e krijuar nga kalimi i rrymës në trashësinë e izolimit; R S - rezistenca e sipërfaqes, e cila përcakton pengesën për kalimin e rrymës përgjatë sipërfaqes së izolimit.

Një vlerësim praktik i cilësisë së materialeve izoluese të përdorura është rezistenca specifike e vëllimit ρ V e shprehur në omo-centimetra (ohm*cm). Numerikisht, ρ V është e barabartë me rezistencën (në ohmë) të një kubi me buzë 1 cm nga një material i caktuar, nëse rryma kalon nëpër dy faqe të kundërta të kubit. Rezistenca specifike e sipërfaqes ρ S është numerikisht e barabartë me rezistencën e sipërfaqes së një katrori (në ohmë) nëse rryma furnizohet me elektrodat që kufizojnë dy anët e kundërta të këtij katrori.

Rezistenca e izolimit të një kablloje ose teli me një bërthamë përcaktohet nga formula

Karakteristikat e lagështisë së dielektrikëve

Rezistenca ndaj lagështirës - kjo është besueshmëria e funksionimit të izolimit kur është në një atmosferë me avull uji afër ngopjes. Rezistenca ndaj lagështirës vlerësohet nga ndryshimi i vetive elektrike, mekanike dhe të vetive të tjera fizike pasi materiali është në një atmosferë me lagështi të lartë dhe të lartë; mbi lagështinë dhe përshkueshmërinë e ujit; për sa i përket lagështisë dhe thithjes së ujit.

Përshkueshmëria e lagështisë - aftësia e një materiali për të kaluar avujt e lagështisë në prani të një ndryshimi në lagështinë relative të ajrit në të dy anët e materialit.

Thithja e lagështisë - aftësia e një materiali për të thithur ujin gjatë ekspozimit të zgjatur në një atmosferë të lagësht afër ngopjes.

Thithja e ujit - aftësia e një materiali për të thithur ujin kur është i zhytur në ujë për një kohë të gjatë.

Rezistenca tropikale dhe tropikalizimi pajisje – mbrojtja e pajisjeve elektrike nga lagështia, myku, brejtësit.

Vetitë termike të dielektrikëve

Sasitë e mëposhtme përdoren për të karakterizuar vetitë termike të dielektrikëve.

Rezistenca ndaj nxehtësisë- aftësia e materialeve dhe produkteve izoluese elektrike për t'i bërë ballë ekspozimit ndaj temperaturave të larta dhe ndryshimeve të papritura të temperaturës pa i dëmtuar ato. Përcaktuar nga temperatura në të cilën vërehet një ndryshim i rëndësishëm në vetitë mekanike dhe elektrike, për shembull, në dielektrikët organikë, deformimi në tërheqje ose përkulje fillon nën ngarkesë.

Përçueshmëri termikeështë procesi i transferimit të nxehtësisë në material. Karakterizohet nga një koeficient i përçueshmërisë termike të përcaktuar eksperimentalisht λ t. λ t është sasia e nxehtësisë e transferuar në një sekondë përmes një shtrese materiali 1 m të trashë dhe me një sipërfaqe prej 1 m 2 me një ndryshim të temperaturës së shtresës. sipërfaqet prej 1 °K. Koeficienti i përçueshmërisë termike të dielektrikëve ndryshon në një gamë të gjerë. Shumica vlera të ulëtaλ t kanë gazra, dielektrikë porozë dhe lëngje (për ajrin λ t = 0,025 W / (m K), për ujin λ t = 0,58 W / (m K)), dielektrikët kristalorë kanë vlera të larta (për kuarcin kristalor λ t = 12,5 W/(m K)). Koeficienti i përçueshmërisë termike të dielektrikëve varet nga struktura e tyre (për kuarcin e shkrirë λ t = 1,25 W / (m K)) dhe temperatura.

zgjerim termik dielektrikët vlerësohen nga koeficienti i temperaturës së zgjerimit linear: . Materialet me zgjerim të ulët termik priren të kenë rezistencë më të lartë ndaj nxehtësisë dhe anasjelltas. zgjerim termik dielektrikët organikë në mënyrë të konsiderueshme (dhjetëra dhe qindra herë) tejkalojnë zgjerimin e dielektrikëve inorganikë. Prandaj, qëndrueshmëria dimensionale e pjesëve të bëra nga dielektrikë inorganike me luhatje të temperaturës është shumë më e lartë në krahasim me ato organike.

1. Rrymat e absorbimit

Rrymat e absorbimit quhen rryma zhvendosëse të llojeve të ndryshme të polarizimit të ngadaltë. Rrymat e absorbimit me një tension konstant rrjedhin në dielektrik derisa të vendoset gjendja e ekuilibrit, duke ndryshuar drejtimin e tij kur tensioni ndizet dhe fiket. Në një tension të alternuar, rrymat e absorbimit rrjedhin gjatë gjithë kohës që dielektriku është në fushën elektrike.

Në përgjithësi elektricitet j në një dielektrik është shuma e rrymës përmes j sc dhe rryma thithëse j ab

j = j sc + j ab.

Rryma e absorbimit mund të përcaktohet nga rryma e paragjykimit j cm është shpejtësia e ndryshimit të vektorit të induksionit elektrik D

Rryma e kalimit përcaktohet nga transferimi (lëvizja) në fushën elektrike të transportuesve të ndryshëm të ngarkesës.

2. Elektronike përçueshmëria elektrike karakterizohet nga lëvizja e elektroneve nën ndikimin e një fushe. Përveç metaleve, ai është i pranishëm në karbon, okside metalike, sulfide dhe substanca të tjera, si dhe në shumë gjysmëpërçues.

3. Jonik - për shkak të lëvizjes së joneve. Vërehet në tretësirat dhe shkrirjet e elektroliteve - kripëra, acide, alkale, si dhe në shumë dielektrikë. Ajo ndahet në përçueshmëri të brendshme dhe të papastërtive. Përçueshmëria e brendshme është për shkak të lëvizjes së joneve të marra gjatë shpërbërjes molekulat. Lëvizja e joneve në një fushë elektrike shoqërohet me elektrolizë - transferimi i një lënde ndërmjet elektrodave dhe lirimi i saj në elektroda. Lëngjet polare disociohen në një masë më të madhe dhe kanë një përçueshmëri elektrike më të lartë se ato jopolare.

Në dielektrikët e lëngshëm jo polare dhe të dobëta polare (vajra minerale, lëngje organosilicon), përçueshmëria elektrike përcaktohet nga papastërtitë.

4. Përçueshmëria elektrike molionike - shkaktuar nga lëvizja e grimcave të ngarkuara të quajtura molonat. Vërejeni atë në sistemet koloidale, emulsione , pezullime . Lëvizja e molonave nën veprimin e një fushe elektrike quhet elektroforezë. Gjatë elektroforezës, ndryshe nga elektroliza, nuk formohen substanca të reja, ndryshon përqendrimi relativ i fazës së shpërndarë në shtresa të ndryshme të lëngut. Përçueshmëria elektrike elektroforetike vërehet, për shembull, në vajrat që përmbajnë ujë të emulsifikuar.