Względna stała dielektryczna średnia ε jest bezwymiarową wielkością fizyczną charakteryzującą właściwości izolacyjnego (dielektrycznego) ośrodka. Związany z efektem polaryzacji dielektryków pod wpływem pole elektryczne (i z charakterystyczną wrażliwością dielektryczną ośrodka). Wartość ε pokazuje ile razy siła interakcji dwóch ładunki elektryczne w środowisku mniej niż w próżni. Względna stała dielektryczna powietrza i większości innych gazów w normalnych warunkach jest zbliżona do jedności (ze względu na ich małą gęstość). Dla większości stałych lub ciekłych dielektryków względna stała dielektryczna wynosi od 2 do 8 (dla pola statycznego). Stała dielektryczna wody w polu statycznym jest dość wysoka - około 80. Jego wartości dla substancji z cząsteczkami o dużym dipolu elektrycznym są duże. Względna stała dielektryczna ferroelektryków wynosi dziesiątki i setki tysięcy.
Stała dielektryczna dielektryków jest jednym z głównych parametrów w projektowaniu kondensatorów elektrycznych. Zastosowanie materiałów o wysokiej stałej dielektrycznej może znacznie zmniejszyć fizyczny rozmiar kondensatorów.
Parametr stałej dielektrycznej jest brany pod uwagę przy projektowaniu płytek obwodów drukowanych. Wartość stałej dielektrycznej substancji pomiędzy warstwami w połączeniu z jej grubością wpływa na wartość naturalnej statycznej pojemności warstw zasilających, a także znacząco wpływa na impedancję charakterystyczną przewodników na płycie.
Należy zauważyć, że stała dielektryczna w dużej mierze zależy od częstotliwości pola elektromagnetycznego. To powinno zawsze być brane pod uwagę, ponieważ tabele odniesienia zwykle zawierają dane dla pola statycznego lub niskich częstotliwości do kilku kHz bez określania tego faktu. Jednocześnie istnieją optyczne metody uzyskiwania względnej stałej dielektrycznej w odniesieniu do współczynnika załamania światła za pomocą elipsometrów i refraktometrów. Uzyskany metodą optyczną (częstotliwość 10 14 Hz) wartość będzie się znacznie różnić od danych w tabelach.
Rozważmy na przykład przypadek wody. W przypadku pola statycznego (częstotliwość wynosi zero), względna stała dielektryczna w normalnych warunkach wynosi w przybliżeniu 80. Jest to przypadek w dół do częstotliwości podczerwieni. Począwszy od około 2 GHz ε r zaczyna padać. W zakresie optycznym ε r wynosi około 1,8. Jest to całkiem zgodne z faktem, że w zakresie optycznym współczynnik załamania światła wody wynosi 1,33. W wąskim zakresie częstotliwości, zwanym optycznym, absorpcja dielektryczna spada do zera, co w rzeczywistości zapewnia człowiekowi mechanizm widzenia w atmosferze ziemskiej nasyconej parą wodną. Wraz z dalszym wzrostem częstotliwości, właściwości medium zmieniają się ponownie.
| Substancja | Wzór chemiczny | Warunki pomiaru | Charakterystyczna wartość ε r |
|---|---|---|---|
| Aluminium | Al | 1 kHz | -1300 + 1.3 Wzór: Ei |
| Srebro | Ag | 1 kHz | -85 + 8 Wzór: Ei |
| Odkurzanie | - | - | 1 |
| Powietrze | - | Normalne warunki, 0,9 MHz | 1,000,58986 ± 0,00000050 |
| Dwutlenek węgla | CO 2 | Normalne warunki | 1,0009 |
| Teflon | - | - | 2,1 |
| Nylon | - | - | 3,2 |
| Polietylen | [-CH 2-CH 2 -] n | - | 2,25 |
| Polistyren | [-CH2-C (C 6H 5) H-] n | - | 2,4-2,7 |
| Guma | - | - | 2,4 |
| Bitum | - | - | 2,5-3,0 |
| Dwusiarczek węgla | CS 2 | - | 2,6 |
| Wosk parafinowy | C18H 38-C 35H 72 | - | 2,0-3,0 |
| Papier | - | - | 2,0-3,5 |
| Elektroaktywne polimery | − | − | 2-12 |
| Ebonit | (C 6 H 9 S) 2 | − | 2,5-3,0 |
| Pleksi szkło (pleksi) | - | - | 3,5 |
| Kwarc | SiO 2 | - | 3,5-4,5 |
| Dwutlenek krzemu | SiO 2 | − | 3,9 |
| Bakelit | - | - | 4,5 |
| Beton | − | − | 4,5 |
| Porcelana | − | − | 4,5-4,7 |
| Szkło | − | − | 4,7 (3,7-10) |
| Włókno szklane FR-4 | - | - | 4,5-5,2 |
| Getinax | - | - | 5-6 |
Stała dielektryczna środowisko - fizyczna wielkość charakteryzująca właściwości izolacyjnego (dielektrycznego) ośrodka i ukazująca zależność indukcji elektrycznej od siły pola elektrycznego.
Wyznacza to efekt polaryzacji dielektryków pod działaniem pola elektrycznego (oraz wartość wrażliwości dielektryka na medium, które charakteryzuje ten efekt).
Istnieje względna i bezwzględna stała dielektryczna.
Względna stała dielektryczna ε jest bezwymiarowa i pokazuje, ile razy siła oddziaływania dwóch ładunków elektrycznych w ośrodku jest mniejsza niż w próżni. Ta wartość dla powietrza i większości innych gazów w normalnych warunkach jest zbliżona do jedności (ze względu na ich małą gęstość). Dla większości stałych lub ciekłych dielektryków względna stała dielektryczna wynosi od 2 do 8 (dla pola statycznego). Stała dielektryczna wody w polu statycznym jest dość wysoka - około 80. Jej wartości są świetne dla substancji z cząsteczkami o dużym momencie dipolowym. Względna stała dielektryczna ferroelektryków wynosi dziesiątki i setki tysięcy.
Bezwzględna stała dielektryczna w literaturze obcej jest oznaczona literą; ε ε 0 (\\ displaystyle ~ (\\ varepsilon) (\\ varepsilon) _ (0))gdzie jest stała elektryczna. Szczególne stała dielektryczna jest stosowany tylko w międzynarodowym układzie jednostek (SI), w którym indukcja i natężenia pola elektrycznego są mierzone w różnych jednostkach. W układzie CGS potrzebne wprowadzenie bezwzględnej przenikalności offline. Szczególne stałej dielektrycznej (jak również stałej dielektrycznej) ma wymiar L -3 M-1 T 4 I². W jednostkach Międzynarodowego Systemu Jednostek (SI): [ ε 0 (\\ displaystyle ~ (\\ varepsilon) _ (0))]= / .
1 / 5
Ogólnie rzecz biorąc, przenikalność tensor jest określana na podstawie następujących zależności (notacja Einstein wykorzystywane w nagraniu):
D I = ε 0 ε i j e j (\\ displaystyle ~ D_ (I) = \\ _ varepsilon (0) \\ varepsilon _ (Ij) E_ (j)) D = g o E (\\ displaystyle ~ \\ mathbf (D) = (\\ boldsymbol (\\ varepsilon)) _ (A) \\ mathbf (e)) E = E +1 E1 + E2 E2 + E 3 e 3 (\\ displaystyle ~ \\ mathbf (e) = E_ (1) \\ mathbf (E) _ (1) + E_ (2) \\ mathbf (E) _ (2) + E_ (3) \\ mathbf (e) _ (3)) - wektor natężenia pola elektrycznego, D = D 1 E 1 + D 2 E 2 + D 3 E 3 (\\ displaystyle ~ \\ mathbf (D) = D_ (1) \\ mathbf (E) _ (1) + D_ (2) \\ mathbf (E) _ (2) + D_ (3) \\ mathbf (e) _ (3)) - wektor indukcji elektrycznej, ε a = ε 0 ((ε a) i j) (\\ displaystyle ~ (\\ boldsymbol (\\ varepsilon)) _ (A) = \\ varepsilon _ (0) ((\\ varepsilon _ (a)) _ (Ij))) - bezwzględny tensor stałej dielektrycznej.E = E 0 EI ω t ⇒ ∂ E ∂ t = I omów E (\\ displaystyle ~ \\ mathbf (e) = \\ mathbf (E) _ (0) e ^ (I \\ omega t) \\ \\ strzałka_w_prawo \\ (\\ Frac (\\ częściowy \\ mathbf (e)) (\\ częściowy t)) = i \\ omega \\ mathbf (e))
Względna stała dielektryczna ε r mogą być określone przez porównanie testu pojemności kondensatora z dielektrykiem (Cx) i o tej samej pojemności kondensatora w próżni (C O)
ε r = C x C 0. (\\ Displaystyle \\ varepsilon _ (R) = (\\ szczelinowanie (C_ (x)) (C_ (0)))).Dielektryk dielektryki przenikalności elektrycznej jest jednym z kluczowych parametrów w konstrukcji kondensatorów elektrycznych. Zastosowanie materiału o wysokiej stałej dielektrycznej można znacznie zmniejszyć wielkość fizyczną kondensatorów.
Pojemność kondensatorów jest określona przez:
C = ε r ε 0 S d, (\\ displaystyle C = \\ varepsilon _ (r) \\ varepsilon _ (0) (\\ frac (S) (d)),)gdzie ε r - stała dielektryczna substancji między płytkami, ε o - stała elektryczna, S - powierzchnia płytek kondensatora, d - odległość między płytami.
Parametr stałej dielektrycznej jest brany pod uwagę przy projektowaniu płytek obwodów drukowanych. Wartość stałej dielektrycznej substancji pomiędzy warstwami w połączeniu z jej grubością wpływa na wartość naturalnej statycznej pojemności warstw zasilających, a także znacząco wpływa na impedancję charakterystyczną przewodników na płycie.
Stała dielektryczna stała dielektryczna
wartość ε, pokazująca ile razy siła oddziaływania dwóch ładunków elektrycznych w ośrodku jest mniejsza niż w próżni. W ośrodku izotropowym ε wiąże się z wrażliwością dielektryczną χ przez relację: ε = 1 + 4π χ. Stała dielektryczna ośrodka anizotropowego jest tensorem. Stała dielektryczna zależy od częstotliwości pola; w silnych polach elektrycznych Stała dielektryczna zaczyna zależeć od natężenia pola.
ZEZWOLENIE DIELEKTRYCZNEPERFEKCYJNOŚĆ DIELEKTRYCZNA, bezwymiarowa ilość e, pokazująca ile razy siła oddziaływania F między ładunkami elektrycznymi w danym medium jest mniejsza niż ich siła oddziaływania F o w próżni:
e = F o / f.
Stała dielektryczna pokazuje ile razy pole jest osłabione przez dielektryk. (patrz DIELECTRICS)ilościowe scharakteryzowanie właściwości dielektryka do polaryzacji w polu elektrycznym.
Wartość względnej stałej dielektrycznej substancji, która charakteryzuje stopień jej polaryzacji, jest określona przez mechanizmy polaryzacji (patrz POLARYZACJA). Jednak wartość w dużej mierze zależy od stanu skupienia substancji, ponieważ podczas przechodzenia z jednego stanu do drugiego gęstość substancji, jej lepkość i izotropowość (patrz ISOTROPY).
Stała dielektryczna gazów
Substancje gazowe charakteryzują się bardzo niską gęstością ze względu na duże odległości między cząsteczkami. W związku z tym polaryzacja wszystkich gazów jest nieznaczna, a ich dielektryczna stała zbliżona do jedności. Polaryzacja gazu może być czysto elektronowa lub dipolowa, jeśli cząsteczki gazu są polarne, jednak w tym przypadku pierwszorzędne znaczenie ma polaryzacja elektronowa. Polaryzacja różnych gazów jest większa, tym większy jest promień cząsteczki gazu i jest liczbowo zbliżony do kwadratu współczynnika załamania dla tego gazu.
Zależność gazu od temperatury i ciśnienia zależy od liczby cząsteczek na jednostkę objętości gazu, która jest proporcjonalna do ciśnienia i odwrotnie proporcjonalna do temperatury absolutnej.
W powietrzu, w normalnych warunkach, e = 1.0006, a jego współczynnik temperaturowy wynosi około 2. 10 -6 K -1.
Stała dielektryczna płynnych dielektryków
Płynne dielektryki mogą składać się z niepolarnych lub polarnych cząsteczek. Wartość e cieczy niepolarnych jest określana przez polaryzację elektronową, dlatego jest mała, zbliżona do wartości kwadratu załamania światła i zwykle nie przekracza 2,5. Zależność e cieczy niepolarnej od temperatury wiąże się ze spadkiem liczby cząsteczek na jednostkę objętości, to jest ze spadkiem gęstości, a jego współczynnik temperaturowy jest bliski współczynnikowi temperaturowemu rozszerzania objętości cieczy, ale różni się znakiem.
Polaryzację cieczy zawierających cząsteczki dipolowe określa się jednocześnie za pomocą składników elektronów i dipoli-relaksacji. Takie ciecze mają większą stałą dielektryczną, tym większa wartość momentu elektrycznego dipoli. (patrz DIPOLE) i większa liczba cząsteczek na jednostkę objętości. Zależność temperatury w przypadku cieczy polarnych jest złożona.
Stała dielektryczna stałych dielektryków
W ciałach stałych może przyjmować różne wartości liczbowe zgodnie z różnorodnymi cechami strukturalnymi stałego dielektryka. W dielektrykach litych możliwe są wszystkie rodzaje polaryzacji.
Najmniejszymi wartościami e są stałe dielektryki składające się z niepolarnych cząsteczek i posiadające jedynie polaryzację elektronową.
Stałe dielektryki, które są kryształami jonowymi o gęstym upakowaniu cząstek, mają elektronowe i jonowe polaryzacje i mają wartości e, które mieszczą się w szerokich granicach (e soli kamiennej - 6, korundu - 10, e rutylu - 110, e tytanu wapnia - 150).
różne szkła nieorganiczne zbliżające się do struktury amorficznych dielektryków leżą w stosunkowo wąskich granicach od 4 do 20.
Dielektryki organiczne polarne mają polaryzację dipolowo-relaksacyjną w stanie stałym. Materiały te zależą w dużej mierze od temperatury i częstotliwości przyłożonego napięcia, zgodnie z tymi samymi prawami, co w dipolowych cieczach.
Względna stała dielektryczna
Względna stała dielektryczna średni ε - bezwymiarowy ilość fizyczna właściwości charakteryzujące izolujące (dielektryczne) medium. Jest to związane z efektem polaryzacji dielektryków pod działaniem pola elektrycznego (i z wielkością charakteryzującą ten efekt wrażliwość dielektryczna Środa). Wartość ε pokazuje, ile razy siła oddziaływania dwóch ładunków elektrycznych w medium jest mniejsza niż w próżnia . Względna stała dielektryczna powietrza i większość innych gazów w warunkach normalnych zbliżonych do jedności (ze względu na ich małą gęstość). Dla większości stałych lub ciekłych dielektryków względna stała dielektryczna wynosi od 2 do 8 (dla pola statycznego). Stała dielektryczna wody w polu statycznym jest dość wysoki - około 80. Jego wartości dla substancji z cząsteczkami z dużym dipolem elektrycznym są świetne. Względna stała dielektryczna ferroelektryczny tworzy dziesiątki i setki tysięcy.
Względna stała dielektryczna ε r można określić porównując pojemniki test skraplacz z danym dielektrykiem (C x) i pojemności tego samego kondensatora w próżnia (C o):
Stała dielektryczna dielektryków jest jednym z głównych parametrów w projekcie kondensatory elektryczne . Zastosowanie materiałów o wysokiej stałej dielektrycznej może znacznie zmniejszyć fizyczny rozmiar kondensatorów.
Pojemność kondensatorów jest określona przez:
gdzie ε r - stała dielektryczna substancji między płytkami, ε o - stała elektryczna , S - powierzchnia płytek kondensatora, d - odległość między płytami.
Parametr stałej dielektrycznej jest brany pod uwagę przy opracowywaniu płytki obwodów drukowanych . Wartość stałej dielektrycznej substancji pomiędzy warstwami, w połączeniu z jej grubością, wpływa na wartość naturalnej statycznej pojemności warstw zasilających, a także znacząco wpływa na charakterystyczna impedancja przewodniki na płycie.
Należy zauważyć, że stała dielektryczna w dużej mierze zależy od częstotliwości pola elektromagnetycznego. To powinno zawsze być brane pod uwagę, ponieważ tabele odniesienia zwykle zawierają dane dla pola statycznego lub niskich częstotliwości do kilku kHz bez określania tego faktu. Jednocześnie istnieją optyczne metody uzyskiwania względnej stałej dielektrycznej w odniesieniu do współczynnika załamania światła za pomocą elipsometrów i refraktometrów. Uzyskany metodą optyczną (częstotliwość 10 14 Hz) wartość będzie się znacznie różnić od danych w tabelach.
Rozważmy na przykład przypadek wody. W przypadku pola statycznego (częstotliwość wynosi zero), względna stała dielektryczna przy normalne warunki około 80. Jest tak w przypadku częstotliwości podczerwieni. Począwszy od około 2 GHz ε r zaczyna padać. W zakresie optycznym ε r wynosi około 1,8. Jest to całkiem zgodne z faktem, że w zakresie optycznym współczynnik załamania światła wody wynosi 1,33. W wąskim zakresie częstotliwości, zwanym optycznym, absorpcja dielektryczna spada do zera, co w rzeczywistości zapewnia człowiekowi mechanizm widzenia w atmosferze ziemskiej nasyconej parą wodną. Wraz z dalszym wzrostem częstotliwości, właściwości medium zmieniają się ponownie. Zachowanie względnej stałej dielektrycznej wody w zakresie częstotliwości od 0 do 10 12 (podczerwień) można znaleźć w (pol.)
| Substancja | Wzór chemiczny | Warunki pomiaru | Charakterystyczna wartość ε r |
|---|---|---|---|
| Aluminium | Al | 1 kHz | -1300 + 1,3 · 10 14 i |
| Srebro | Ag | 1 kHz | -85 + 8 · 10 12 i |
| Odkurzanie | - | - | 1 |
| Powietrze | - | Normalne warunki 0,9 MHz | 1,000,58986 ± 0,00000050 |
| Dwutlenek węgla | CO 2 | Normalne warunki | 1,0009 |
| Teflon | - | - | 2,1 |
| Nylon | - | - | 3,2 |
| Polietylen | [-CH 2-CH 2 -] n | - | 2,25 |
| Polistyren | [-CH2-C (C 6H 5) H-] n | - | 2,4-2,7 |
| Guma | - | - | 2,4 |
| Bitum | - | - | 2,5-3,0 |
| Dwusiarczek węgla | CS 2 | - | 2,6 |
| Wosk parafinowy | C18H 38-C 35H 72 | - | 2,0-3,0 |
| Papier | - | - | 2,0-3,5 |
| Elektroaktywne polimery | − | − | 2-12 |
