Konstanta dielektrike e vakumit. Konstanta dielektrike e ajrit si sasi fizike

Konstanta dielektrike relative mjedis ε - pa dimension sasi fizike, që karakterizon vetitë e mediumit izolues (dielektrik). Ajo shoqërohet me efektin e polarizimit të dielektrikëve nën ndikimin e një fushe elektrike (dhe me vlerën e ndjeshmërisë dielektrike të mediumit që karakterizon këtë efekt). Vlera ε tregon se sa herë forca e bashkëveprimit ndërmjet dy ngarkesave elektrike në një mjedis është më e vogël se në një vakum. Konstanta relative dielektrike e ajrit dhe e shumicës së 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 larta për substancat me molekula që kanë një dipol të madh elektrik. Konstanta relative dielektrike e ferroelektrikës është dhjetëra dhe qindra mijëra.

Përdorimi praktik

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

Parametri konstante dielektrike merren parasysh gjatë zhvillimit 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 karakteristike të përçuesve në tabelë.

Varësia nga frekuenca

Duhet të theksohet se konstanta dielektrike varet kryesisht nga frekuenca fushë elektromagnetike. Kjo duhet të merret gjithmonë parasysh, pasi tabelat e referencës 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 metoda optike për marrjen e konstantës dielektrike relative bazuar në indeksin e 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 zero), konstanta relative dielektrike në kushte normale është afërsisht 80. Ky është rasti deri në frekuencat infra të kuqe. Duke filluar nga afërsisht 2 GHz ε r fillon të bjerë. Në rangun optik ε rështë afërsisht 1.8. Kjo është mjaft 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 mekanizmin e shikimit në atmosferën e tokës të ngopur me avujt e ujit. ME rritje të mëtejshme vetitë e frekuencës së mediumit ndryshojnë sërish.

Vlerat konstante dielektrike për disa substanca

VAZHDUESHMËRIA DIELEKTRIKE, një vlerë ε që karakterizon polarizimin e dielektrikëve nën ndikimin e një fushe elektrike me forcë E. Konstanta dielektrike përfshihet në ligjin e Kulombit si një sasi që tregon se sa herë forca e bashkëveprimit midis dy ngarkesave të lira në një dielektrik është më e vogël se në vakum. Dobësimi i ndërveprimit ndodh për shkak të shqyrtimit të tarifave falas nga ato të lidhura të formuara si rezultat i polarizimit të mediumit. Ngarkesat e lidhura lindin si rezultat i rishpërndarjes hapësinore mikroskopike të ngarkesave (elektrone, jone) në një mjedis përgjithësisht elektrikisht neutral.

Marrëdhënia midis vektorëve të polarizimit P, fuqisë së fushës elektrike E dhe induksionit elektrik D në një mjedis izotropik në sistemin SI ka formën:

ku ε 0 është konstanta elektrike. Vlera e konstantës dielektrike ε varet nga struktura dhe përbërje kimike substancave, si dhe presionit, temperaturës dhe të tjera kushtet e jashtme(tabela).

Për gazrat vlera e tij është afër 1, për lëngjet dhe trupat e ngurtë varion nga disa njësi në disa dhjetëra, dhe për ferroelektrikën mund të arrijë 10 4 . Kjo shpërndarje e vlerave ε është për shkak të mekanizmave të ndryshëm të polarizimit që ndodhin në dielektrikë të ndryshëm.

Teoria klasike mikroskopike çon në një shprehje të përafërt për konstantën dielektrike të dielektrikëve jopolare:

ku n i është përqendrimi i llojit të i-të të atomeve, joneve ose molekulave, α i është polarizimi i tyre, β i është i ashtuquajturi faktor i fushës së brendshme, për shkak të veçorive strukturore të kristalit ose substancës. Për shumicën e dielektrikëve me një konstante dielektrike në intervalin 2-8, β = 1/3. Në mënyrë tipike, konstanta dielektrike është praktikisht e pavarur nga madhësia e fushës elektrike të aplikuar deri në zbërthimin elektrik të dielektrikut. Vlerat e larta të ε të disa oksideve të metaleve dhe komponimeve të tjera janë për shkak të veçorive të strukturës së tyre, e cila lejon, nën ndikimin e fushës E, një zhvendosje kolektive të nëngarkave të joneve pozitive dhe negative në drejtime të kundërta dhe formimi i ngarkesave të rëndësishme të lidhura në kufirin e kristalit.

Procesi i polarizimit të një dielektrike kur aplikohet një fushë elektrike nuk zhvillohet në çast, por gjatë një periudhe kohore τ (koha e relaksimit). Nëse fusha E ndryshon në kohën t sipas një ligji harmonik me një frekuencë ω, atëherë polarizimi i dielektrikut nuk ka kohë ta ndjekë atë dhe një ndryshim fazor δ shfaqet midis lëkundjeve P dhe E. Kur përshkruhen lëkundjet e P dhe E duke përdorur metodën e amplitudave komplekse, konstanta dielektrike përfaqësohet si një sasi komplekse:

ε = ε’ + iε",

për më tepër, ε' dhe ε" varen nga ω dhe τ, dhe raporti ε"/ε' = tan δ përcakton humbjet dielektrike në mjedis. Zhvendosja fazore δ varet nga raporti τ dhe periudha e fushës T = 2π/ω. Në 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 (frekuencat e larta), polarizimi nuk ecën me ritmin e ndryshimit Ε, δ → π dhe ε' në këtë rast shënoni ε (∞) (mekanizmi i polarizimit është "i fikur"). Është e qartë se ε (0) > ε (∞) , dhe në fusha të ndryshueshme konstanta dielektrike rezulton të jetë funksion i ω. Pranë ω = l/τ, ε’ ndryshon nga ε (0) në ε (∞) (rajoni i shpërndarjes), dhe varësia tanδ(ω) kalon përmes një maksimumi.

Natyra e varësive ε'(ω) dhe tanδ(ω) në rajonin e dispersionit përcaktohet nga mekanizmi i polarizimit. Në rastin e jonik dhe polarizimet elektronike me zhvendosje elastike të ngarkesave të lidhura, ndryshimi në P(t) me përfshirje hap pas hapi të fushës E ka karakter të lëkundjeve të amortizuara dhe varësitë ε’(ω) dhe tanδ(ω) quhen rezonante. Në rastin e polarizimit orientues, vendosja e P(t) është eksponenciale, dhe varësitë ε’(ω) dhe tanδ(ω) quhen relaksim.

Metodat për matjen e polarizimit dielektrik bazohen në dukuritë e bashkëveprimit të fushës elektromagnetike me momentet e dipolit elektrik të grimcave të materies dhe janë të ndryshme për frekuenca të ndryshme. Shumica e metodave në ω ≤ 10 8 Hz bazohen në procesin e ngarkimit dhe shkarkimit të një kondensatori matës të mbushur me dielektrik në studim. Në frekuenca më të larta, përdoren metoda të valëve, rezonante, multifrekuenca dhe të tjera.

Në disa dielektrikë, për shembull ferroelektrikë, marrëdhënia proporcionale midis P dhe E [P = ε 0 (ε ‒ 1)E] dhe, për rrjedhojë, midis D dhe E është shkelur tashmë në fushat e zakonshme elektrike të arritura në praktikë. Formalisht, kjo përshkruhet si varësia ε(Ε) ≠ konst. Në këtë rast, një karakteristikë e rëndësishme elektrike e dielektrikut është konstanta dielektrike diferenciale:

Në dielektrikët jolinearë, vlera e ε diff zakonisht matet në fusha të dobëta alternative me aplikimin e njëkohshëm të një të fortë fushë konstante, dhe komponenti i ndryshueshëm ε diff quhet konstante dielektrike e kthyeshme.

Ndezur. shikoni Artin. Dielektrikë.

• përcaktimi i forcës së fushës elektrike në vakum;
• përfshihet në shprehjet e disa ligjeve të elektromagnetizmit, duke përfshirë ligjin e Kulombit, kur shkruhet në një formë që korrespondon me Sistemin Ndërkombëtar të Njësive.

Konstanta dielektrike siguron një lidhje midis konstantës dielektrike relative dhe absolute. Përfshihet gjithashtu në shënimin e ligjit të Kulombit:

Shiko gjithashtu

Shënime

Letërsia

Lidhjet

Fondacioni Wikimedia. 2010.

Shihni se çfarë është "konstanta dielektrike" në fjalorë të tjerë:

konstante dielektrike- konstanta dielektrike - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Fjalori anglisht-rusisht i inxhinierisë elektrike dhe inxhinierisë së energjisë, Moskë, 1999] Temat e inxhinierisë elektrike, konceptet themelore Sinonimet konstante dielektrike... ...

- (emërtimi e0), një sasi fizike që tregon raportin e forcës që vepron ndërmjet ngarkesave elektrike në vakum me madhësinë e këtyre ngarkesave dhe distancën ndërmjet tyre. Fillimisht, ky tregues u quajt DIELEKTRIK... ... Fjalor enciklopedik shkencor dhe teknik

konstante dielektrike- konstante dielektrike absolute (për një substancë izotropike); industrisë konstante dielektrike Një sasi skalare që karakterizon vetitë elektrike dielektrike dhe e barabartë me raportin zhvendosja elektrike në të në tension... ...

konstante dielektrike- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. konstante dielektrike; lejueshmëri vok. dielektrische Leitfähigkeit, f; Dielektrizitätskonstante, f; Permittivität, f rus. konstante dielektrike, f; konstante dielektrike ... Fizikos terminų žodynas

Një emër i vjetëruar për konstantën dielektrike (Shih Konstanta dielektrike) ... Enciklopedia e Madhe Sovjetike

Konstanta dielektrike ε për disa lëngje (në 20°C)- Tretës ε Acetone 21,5 Benzen 2,23 Ujë 81,0 ... Libër referimi kimik

konstanta dielektrike fillestare- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Fjalori anglisht-rusisht i inxhinierisë elektrike dhe inxhinierisë së energjisë, Moskë, 1999] Temat e inxhinierisë elektrike, konceptet themelore EN konstanta fillestare dielektrike ... Udhëzues teknik i përkthyesit

konstante dielektrike relative- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Fjalori anglisht-rusisht i inxhinierisë elektrike dhe inxhinierisë së energjisë, Moskë, 1999] Temat e inxhinierisë elektrike, konceptet themelore EN lejueshmëria relative konstante dielektrike relative ... Udhëzues teknik i përkthyesit

konstante specifike dielektrike- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Fjalori anglisht-rusisht i inxhinierisë elektrike dhe inxhinierisë së energjisë, Moskë, 1999] Temat e inxhinierisë elektrike, konceptet themelore EN aftësia e shkëmbimit të njëkohshëmSIC ... Udhëzues teknik i përkthyesit

konstanta dielektrike- konstante dielektrike absolute; industrisë konstante dielektrike Një sasi skalare që karakterizon vetitë elektrike të një dielektrike të barabartë me raportin e madhësisë së zhvendosjes elektrike me madhësinë e forcës së fushës elektrike ... Fjalor shpjegues terminologjik politeknik

KONSTANTJA DIELEKTRIKE (konstante dielektrike) është një sasi fizike që karakterizon aftësinë e një substance për të reduktuar forcat e bashkëveprimit elektrik në këtë substancë në krahasim me vakumin. Kështu, d.p tregon se sa herë forcat e bashkëveprimit elektrik në një substancë janë më të vogla se në një vakum.

D.p është një karakteristikë që varet nga struktura e substancës dielektrike. Elektronet, jonet, atomet, molekulat ose pjesët e tyre individuale dhe pjesët më të mëdha të çdo substance në një fushë elektrike polarizohen (shiko Polarizimi), gjë që çon në neutralizimin e pjesshëm të fushës elektrike të jashtme. Nëse frekuenca e fushës elektrike është në përpjesëtim me kohën e polarizimit të substancës, atëherë në diapazon të caktuar frekuencave, ekziston një shpërndarje e frekuencës dinamike, d.m.th., varësia e vlerës së saj nga frekuenca (shiko Shpërndarja). Fuqia e një substance varet si nga vetitë elektrike të atomeve dhe molekulave ashtu edhe nga rregullimi i tyre relativ, d.m.th., struktura e substancës. Prandaj, përcaktimi i përçueshmërisë elektrike ose ndryshimeve të saj në varësi të kushteve mjedisore përdoret kur studiohet struktura e një substance, dhe në veçanti indeve të ndryshme të trupit (shiko Përçueshmëria elektrike e sistemeve biologjike).

Substanca të ndryshme (dielektrike), në varësi të strukturës dhe gjendjes së grumbullimit të tyre, kanë vlera të ndryshme të d.p.

Tabela. Vlera e konstantës dielektrike të disa substancave

Rëndësi të veçantë për hulumtimin e biolit mjekësor është studimi i D. dhe. në lëngjet polare. Një përfaqësues tipik i tyre është uji, i përbërë nga dipole që janë të orientuara në një fushë elektrike për shkak të ndërveprimit midis ngarkesave të dipolit dhe fushës, gjë që çon në shfaqjen e dipolit ose polarizimit orientues. Vlera e lartë e presionit të ujit (80 në t° 20°) përcakton shkallë të lartë shpërbërja e kimikateve të ndryshme në të. substancat dhe tretshmëria e mirë e kripërave, përbërjeve, bazave dhe komponimeve të tjera (shih Shpërbërja, Elektrolitet). Me një rritje të përqendrimit të elektrolitit në ujë, vlera e DP-së së tij zvogëlohet (për shembull, për elektrolitet monovalente, DP e ujit zvogëlohet me një kur përqendrimi i kripës rritet me 0,1 M).

Shumica e objekteve biol i përkasin dielektrikëve heterogjenë. Kur ndërveprojnë jonet e një objekti biologjik me një fushë elektrike, polarizimi i ndërfaqeve është i një rëndësie të madhe (shiko Membranat biologjike). Në këtë rast, madhësia e polarizimit është më e madhe, aq më e ulët është frekuenca e fushës elektrike. Meqenëse polarizimi i ndërfaqeve të një bioli, një objekt varet nga përshkueshmëria e tyre (shih) për jonet, është e qartë se efektivi D. p në një masë më të madhe përcaktohet nga gjendja e membranave.

Meqenëse polarizimi i një objekti kaq kompleks heterogjen si ai biologjik ka një natyrë të ndryshme (përqendrimi, makrostrukturor, orientues, jonik, elektronik, etj.), Bëhet e qartë se me rritjen e frekuencës ndryshimi në faktorin e shpërndarjes (dispersionit) është i mprehtë. shprehur. Në mënyrë konvencionale, dallohen tre rajone të shpërndarjes së frekuencës dinamike: shpërndarja alfa (në frekuenca deri në 1 kHz), dispersioni beta (frekuenca nga disa kHz në dhjetëra MHz) dhe shpërndarja gama (frekuenca mbi 10 9 Hz); në biol, objektet zakonisht nuk ka kufi të qartë midis zonave të dispersionit.

Me përkeqësim të funksionit, gjendjen e biolit, objektit, dispersionit të D. p frekuencave të ulëta zvogëlohet deri në zhdukje e plotë(me vdekje të indeve). Në frekuenca të larta, vlera e d.p. nuk ndryshon ndjeshëm.

D.p maten në një gamë të gjerë frekuencash dhe në varësi të diapazonit të frekuencës ndryshojnë ndjeshëm edhe metodat e matjes. Në frekuenca rryme elektrike më pak se 1 Hz, matja kryhet duke përdorur metodën e ngarkimit ose shkarkimit të një kondensatori të mbushur me substancën e provës. Duke ditur varësinë e rrymës së ngarkimit ose shkarkimit në kohë, është e mundur të përcaktohet jo vetëm vlera e kapacitetit elektrik të kondensatorit, por edhe humbjet në të. Në frekuencat nga 1 deri në 3 10 8 Hz për matjen e D. dhe. Ata përdorin metoda speciale të rezonancës dhe urës, të cilat bëjnë të mundur studimin gjithëpërfshirës të ndryshimeve në presionin dinamik. substancave të ndryshme sa më të plotë dhe gjithëpërfshirëse.

Në kërkimet mjekësore-biologjike, më së shpeshti përdoren urat e rrymës alternative simetrike me lexim të drejtpërdrejtë të sasive të matura.

Bibliografi: Ngrohja me frekuencë të lartë të dielektrikëve dhe gjysmëpërçuesve, ed. A. V. Netushila, M. -L., 1959, bibliogr.; S Edunov B. I. dhe Fran k-K a m e-n e c k dhe y D. A. Konstanta dielektrike e objekteve biologjike, Usp. fizike Shkenca, vëll 79, v. 4, fq. 617, 1963, bibliogr.; Elektronika dhe kibernetika në biologji dhe mjekësi, trans. nga anglishtja, ed. P.K Anokhina, f. 71, M., 1963, bibliogr.; E m e F. Matjet dielektrike, trans. nga gjermanishtja, M., 1967, bibliogr.

Konstanta dielektrike- ky është një nga parametrat kryesorë që karakterizojnë vetitë elektrike të dielektrikëve. Me fjalë të tjera, ai përcakton se sa një izolant i mirë është një material i caktuar.

Vlera konstante dielektrike tregon varësinë e induksionit elektrik në dielektrik nga forca e fushës elektrike që vepron mbi të. Për më tepër, vlera e saj ndikohet jo vetëm vetitë fizike vetë materiali apo mediumi, por edhe frekuenca e fushës. Si rregull, librat e referencës tregojnë vlerën e matur për një fushë statike ose me frekuencë të ulët.

Ekzistojnë dy lloje të konstantës dielektrike: absolute dhe relative.

Konstanta dielektrike relative tregon raportin e vetive izoluese (dielektrike) të materialit në studim me vetitë e ngjashme të vakumit. Ai karakterizon vetitë izoluese të një substance në gjendje të gaztë, të lëngët ose të ngurtë. Kjo do të thotë, është i zbatueshëm për pothuajse të gjitha dielektrikët. Vlera e konstantës relative dielektrike për substancat në gjendje e gaztë, si rregull, është brenda intervalit 1. Për lëngjet dhe të ngurta mund të jetë brenda kufijve shumë të gjerë - nga 2 në pothuajse pafundësi.

Për shembull, konstanta relative dielektrike ujë të freskëtështë e barabartë me 80, dhe për ferroelektrikë - dhjetëra apo edhe qindra njësi, në varësi të vetive të materialit.

Konstanta dielektrike absolute është një vlerë konstante. Ai karakterizon vetitë izoluese të një lënde ose materiali të caktuar, pavarësisht nga vendndodhja e tij dhe faktorët e jashtëm që ndikojnë në të.

Përdorimi

Konstanta dielektrike, ose më mirë vlerat e saj, përdoren në zhvillimin dhe projektimin e komponentëve të rinj elektronikë, në veçanti kondensatorëve. Dimensionet e ardhshme dhe karakteristikat elektrike të komponentit varen nga vlera e tij. Kjo vlerë merret parasysh edhe kur zhvillohet një e tërë diagramet elektrike(sidomos në elektronikën me frekuencë të lartë) dhe madje