Диэлектрическая проницаемость Диэлектрическая проницаемость Количественной оценкой способности диэлектриков

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость Количественной оценкой способности диэлектриков поляризоваться под действием внешнего электрического поля является относительная диэлектрическая проницаемость (Ԑ). Величина Ԑ представляет собой отношение заряда Q, полученного при некотором напряжении на конденсаторе с данным диэлектриком к заряду Qо, который можно получить в конденсаторе тех же геометрических размеров и при том же напряжении, если бы между электродами, находился вакуум.

где Q0 – заряд конденсатора, если между электродами находится вакуум; Qд – заряд конденсатора, если между электродами находится диэлектрик. Заряд Qд обусловлен поляризацией данного диэлектрика. Из формулы (1) следует , что Ԑ не может быть меньше 1. Заряд конденсатора определяется по формуле: где С – емкость конденсатора, U – приложенное к конденсатору напряжение. Выражение (1) может быть представлено в виде:

где Со – емкость вакуумного конденсатора (геометри-ческая емкость). Отсюда следует, что Величина относительной диэлектрической проницае-мости Ԑ показывает во сколько раз емкость конденса-тора с диэлектриком больше емкости конденсатора таких же геометрических размеров, у которого между обкладками находится вакуум. Следовательно, величина Ԑ диэлектрика определяет величину емкости С электро- и радиотехнических конструкций.

Диэлектрическая проницаемость газов Газы имеют малую плотность из-за больших расстояний между молекулами. В газах может быть только электронная поляризация и даже, если газы полярны, то в них преобладает электронная поляризация. Диэлектрическая проницаемость газов близка к единице. Например : водород - Ԑ=1,00027; кислород - Ԑ=1,00055; азот - Ԑ=1,0006. Чем больше радиус молекул газа, тем больше его диэлектрическая проницаемость.

Ԑ газов зависит от числа молекул в единице объема. Изменение числа молекул ( N ) в единице объема газа при изменении давления ( p ) или температуры ( t ) влияет на величину диэлектрической проницаемости газа: Например: ↑ p → ↑ N → ↑ Ԑ; ↓ p → ↓ N → ↓ Ԑ; ↑ t → ↓ N → ↓ Ԑ; ↓ t → ↑ N → ↑ Ԑ; На Ԑ влияет относительная влажность газа ( ). Чем больше относительная влажность газа , тем больше диэлектрическая проницаемость газа , т.к. даже дистиллированная вода имеет Ԑ=81.

Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков Жидкие диэлектрики имеют молекулярное строение и могут быть: неполярными - Ԑ≤2,5; полярными - Ԑ=3,5÷5. В неполярных жидких диэлектриках происходит только электронная поляризация, Ԑ зависит от температуры и не зависит от частоты электрического поля . Ниже приведены зависимости Ԑ неполярной жидкости от температуры и частоты.

Зависимость диэлектрической проницаемости жидких неполярных диэлектриков от температуры и частоты

В полярных жидких диэлектриках происходят: электронная поляризация дипольно- релаксационная поляризация. Ԑ зависит от температуры и частоты.

Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков В твердых диэлектриках возможны все виды поляризации. Для твердых неполярных диэлектриков характерны те же закономерности, что и для неполярных жидкостей и газов.

Твердые диэлектрики ионной структуры с плотной упаковкой ионов обладают электронной и ионной поляризациями и имеют Ԑ, изменяющуюся в широких пределах. Температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости: как правило, положителен.

Твердые диэлектрики ионной структуры с неплотной упаковкой ионов, в которых наблюдаются электронная и ионно-релаксационная поляризации, имеют сравнительно небольшое значение Ԑ и большой положительный температурный коэффициент (TKԐ).

Полярные твердые диэлектрики обладают: - электронной поляризацией; - дипольно-релаксационной поляризацией. К таким диэлектрикам относятся: целлюлоза и продукты ее переработки; полярные полимеры (поливинилхлорид, поли-трифторхлорэтилен и т.д.). Диэлектрическая проницаемость полярных твердых диэлектриков в большой степени зависит от темпе-ратуры и от частоты приложенного электрического поля и имеет те же зависимости, что и полярные жидкие диэлектрики.

Выводы по теме «Диэлектрическая проницаемость» Ԑ является количественной оценкой степени поляризации диэлектриков; Ԑ зависит от агрегатного состояния вещества: - Ԑ газов ≈1; - неполярных жидких диэлектриков Ԑ ≤ 2,5; - сегнетоэлектриков Ԑ ≈ 105÷106. Ԑ зависит от строения диэлектрика; Ԑ неполярных диэлектриков и диэлектриков ионной структуры зависит только от температуры;