اجاز (ثابت دی الکتریک) یک کمیت فیزیکی است که توانایی یک ماده را در کاهش نیروهای برهمکنش الکتریکی در این ماده در مقایسه با خلاء مشخص می کند. بنابراین، d.p نشان می دهد که چند برابر نیروهای برهمکنش الکتریکی در یک ماده کمتر از خلاء است.

D.p مشخصه ای است که به ساختار ماده دی الکتریک بستگی دارد. الکترون‌ها، یون‌ها، اتم‌ها، مولکول‌ها یا بخش‌های منفرد آن‌ها و بخش‌های بزرگ‌تر از هر ماده در یک میدان الکتریکی قطبی می‌شوند (به قطبش نگاه کنید)، که منجر به خنثی‌سازی جزئی میدان الکتریکی خارجی می‌شود. اگر فرکانس میدان الکتریکی با زمان قطبش ماده متناسب باشد، در یک محدوده فرکانسی مشخص، ضریب پراکندگی، یعنی وابستگی مقدار آن به فرکانس وجود دارد (به پراکندگی مراجعه کنید). قدرت یک ماده هم به خواص الکتریکی اتم ها و مولکول ها و هم به آرایش نسبی آنها، یعنی ساختار ماده بستگی دارد. بنابراین، تعیین هدایت الکتریکی یا تغییرات آن بسته به شرایط محیطی هنگام مطالعه ساختار یک ماده، و به ویژه بافت های مختلف بدن استفاده می شود (به هدایت الکتریکی سیستم های بیولوژیکی مراجعه کنید).

مواد مختلف (دی الکتریک)، بسته به ساختار و وضعیت تجمع آنها، مقادیر متفاوتی از d.p دارند (جدول).

جدول مقدار ثابت دی الکتریک برخی از مواد

از اهمیت ویژه ای برای تحقیقات زیستی پزشکی، مطالعه D. و. در مایعات قطبی یک نماینده معمولی آنها آب است که از دو قطبی تشکیل شده است که به دلیل تعامل بین بارهای دوقطبی و میدان در یک میدان الکتریکی قرار گرفته اند که منجر به وقوع دوقطبی یا قطبش جهتی می شود. مقدار بالای d.p آب (80 در t°20) درجه بالای تفکیک مواد شیمیایی مختلف را در آن تعیین می کند. مواد و حلالیت خوب نمک ها، ترکیبات، بازها و سایر ترکیبات (به تفکیک، الکترولیت ها مراجعه کنید). با افزایش غلظت الکترولیت در آب، مقدار DP آن کاهش می یابد (به عنوان مثال، برای الکترولیت های تک ظرفیتی، زمانی که غلظت نمک 0.1 M افزایش می یابد، DP آب یک کاهش می یابد).

بیشتر اجسام زیستی متعلق به دی الکتریک های ناهمگن هستند. هنگام برهم کنش یون های یک جسم بیولوژیکی با یک میدان الکتریکی، قطبش رابط ها از اهمیت قابل توجهی برخوردار است (به غشاهای بیولوژیکی مراجعه کنید). در این حالت، قدر قطبش بیشتر است، فرکانس میدان الکتریکی کمتر است. از آنجایی که پلاریزاسیون مرزهای مشترک یک شیء به نفوذپذیری آنها برای یون ها بستگی دارد، بدیهی است که D.p موثر تا حد زیادی توسط وضعیت غشاها تعیین می شود.

از آنجایی که قطبش چنین جسم ناهمگن پیچیده ای به عنوان یک شی بیولوژیکی ماهیت متفاوتی دارد (غلظت، کلان ساختار، جهت گیری، یونی، الکترونیکی و غیره)، مشخص می شود که با افزایش فرکانس، تغییر در ضریب پراکندگی (پراکندگی) شدید است. بیان شده است. به طور معمول، سه ناحیه پراکندگی فرکانس پویا متمایز می شود: پراکندگی آلفا (در فرکانس های تا 1 کیلوهرتز)، پراکندگی بتا (فرکانس از چند کیلوهرتز تا ده ها مگاهرتز) و پراکندگی گاما (فرکانس های بالای 10 9 هرتز). در بیول، اجسام معمولاً مرز مشخصی بین مناطق پراکندگی وجود ندارد.

با بدتر شدن عملکرد، وضعیت زیستی، شیء، پراکندگی D. p در فرکانس های پایین کاهش می یابد تا زمانی که به طور کامل ناپدید شود (با مرگ بافت). در فرکانس های بالا، مقدار d.p تغییر قابل توجهی نمی کند.

D.p در طیف وسیعی از فرکانس ها اندازه گیری می شود و بسته به محدوده فرکانس، روش های اندازه گیری نیز به میزان قابل توجهی تغییر می کند. در فرکانس های جریان الکتریکی کمتر از 1 هرتز، اندازه گیری با استفاده از روش شارژ یا تخلیه یک خازن پر از ماده آزمایش انجام می شود. با دانستن وابستگی جریان شارژ یا تخلیه به زمان، می توان نه تنها مقدار ظرفیت الکتریکی خازن، بلکه تلفات موجود در آن را نیز تعیین کرد. در فرکانس های 1 تا 3 10 8 هرتز برای اندازه گیری D. و. از روش‌های تشدید و پل خاصی استفاده می‌شود که بررسی جامع تغییرات خواص دینامیکی مواد مختلف را به کامل‌ترین و جامع‌ترین شکل ممکن می‌سازد.

در تحقیقات پزشکی-بیولوژیکی، پل های جریان متناوب متقارن با قرائت مستقیم مقادیر اندازه گیری شده بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

کتابشناسی:گرمایش با فرکانس بالا دی الکتریک ها و نیمه هادی ها، ویرایش. A. V. Netushila، M. -L., 1959, bibliogr. S Edunov B. I. و Fran k-K a m e-n e c k و y D. A. ثابت دی الکتریک اجسام بیولوژیکی، Usp. فیزیکی علوم، ج 79، ج. 4، ص. 617, 1963, bibliogr. الکترونیک و سایبرنتیک در زیست شناسی و پزشکی، ترجمه. از انگلیسی، ویرایش. پ.ک.آنوخینا، ص. 71, M., 1963, bibliogr. E m e F. اندازه گیری دی الکتریک، ترانس. از German, M., 1967, bibliogr.

پیوستگی دی الکتریک، مقدار ε که قطبش دی الکتریک ها را تحت تأثیر میدان الکتریکی با قدرت E مشخص می کند. ثابت دی الکتریک در قانون کولن به عنوان کمیتی گنجانده شده است که نشان می دهد چند برابر نیروی برهم کنش بین دو بار آزاد در یک دی الکتریک کمتر از در خلاء تضعیف برهمکنش به دلیل غربالگری بارهای آزاد توسط محموله هایی که در نتیجه قطبش محیط ایجاد می شوند، رخ می دهد. بارهای محدود در نتیجه توزیع مجدد فضایی میکروسکوپی بارها (الکترون ها، یون ها) در یک محیط به طور کلی خنثی الکتریکی به وجود می آیند.

رابطه بین بردارهای پلاریزاسیون P، شدت میدان الکتریکی E و القای الکتریکی D در یک محیط همسانگرد در سیستم SI به شکل زیر است:

جایی که ε 0 ثابت الکتریکی است. مقدار ثابت دی الکتریک ε به ساختار و ترکیب شیمیایی ماده و همچنین به فشار، دما و سایر شرایط خارجی بستگی دارد (جدول).

برای گازها مقدار آن نزدیک به 1 است، برای مایعات و جامدات از چندین واحد تا چند ده متغیر است، برای فروالکتریک می تواند به 10 4 برسد. این پراکندگی مقادیر ε به دلیل مکانیسم های قطبش متفاوتی است که در دی الکتریک های مختلف رخ می دهد.

نظریه میکروسکوپی کلاسیک به بیان تقریبی برای ثابت دی الکتریک دی الکتریک های غیر قطبی منجر می شود:

جایی که n i غلظت نوع i اتم ها، یون ها یا مولکول ها است، α i قطبش پذیری آنها است، β i به اصطلاح فاکتور میدان داخلی است که به دلیل ویژگی های ساختاری کریستال یا ماده است. برای اکثر دی الکتریک ها با ثابت دی الکتریک در محدوده 2-8، β = 1/3. به طور معمول، ثابت دی الکتریک عملاً مستقل از بزرگی میدان الکتریکی اعمال شده تا شکست الکتریکی دی الکتریک است. مقادیر بالای ε برخی از اکسیدهای فلزی و سایر ترکیبات به دلیل ویژگی های ساختار آنها است که تحت تأثیر میدان E امکان جابجایی جمعی زیرشبکه های یون های مثبت و منفی در جهات مخالف را فراهم می کند. تشکیل بارهای محدود قابل توجه در مرز کریستال.

فرآیند پلاریزاسیون دی الکتریک هنگامی که یک میدان الکتریکی اعمال می شود فوراً توسعه نمی یابد، بلکه در یک دوره زمانی τ (زمان آرامش) ایجاد می شود. اگر میدان E در زمان t مطابق با قانون هارمونیک با فرکانس ω تغییر کند، قطبش دی الکتریک زمان لازم برای دنبال کردن آن را ندارد و اختلاف فاز δ بین نوسانات P و E ظاهر می شود. هنگام توصیف نوسانات P و E با استفاده از روش دامنه های پیچیده، ثابت دی الکتریک به عنوان یک کمیت مختلط نشان داده می شود:

ε = ε’ + iε"

علاوه بر این، ε' و ε" به ω و τ بستگی دارند و نسبت ε"/ε' = tan δ تلفات دی الکتریک در محیط را تعیین می کند. تغییر فاز δ به نسبت τ و دوره میدان T = 2π/ω بستگی دارد. در 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 (فرکانس‌های بالا)، پلاریزاسیون با تغییر Ε، δ → π و ε» همگام نیست، در این مورد نشانگر ε (∞) است (مکانیسم پلاریزاسیون "خاموش" است). واضح است که ε (0) > ε (∞) و در میدان های متناوب ثابت دی الکتریک تابعی از ω است. نزدیک ω = l/τ، ε’ از ε (0) به ε (∞) (منطقه پراکندگی) تغییر می کند، و وابستگی tanδ(ω) از حداکثر عبور می کند.

ماهیت وابستگی های ε’(ω) و tanδ(ω) در ناحیه پراکندگی توسط مکانیسم پلاریزاسیون تعیین می شود. در مورد پلاریزاسیون های یونی و الکترونیکی با جابجایی الاستیک بارهای محدود، تغییر P(t) با گنجاندن گام به گام میدان E دارای ویژگی نوسانات میرا شده است و وابستگی های ε'(ω) و tanδ(ω) نامیده می شوند. طنین انداز در مورد قطبش جهتی، ایجاد P(t) نمایی است و وابستگی های ε’(ω) و tanδ(ω) آرامش نامیده می شوند.

روش‌های اندازه‌گیری پلاریزاسیون دی الکتریک بر اساس پدیده‌های برهمکنش میدان الکترومغناطیسی با گشتاورهای دوقطبی الکتریکی ذرات ماده است و برای فرکانس‌های مختلف متفاوت است. اکثر روش‌ها در ω ≤ 10 8 هرتز مبتنی بر فرآیند شارژ و تخلیه یک خازن اندازه‌گیری پر از دی الکتریک مورد مطالعه هستند. در فرکانس های بالاتر از روش های موجبر، رزونانس، چند فرکانس و غیره استفاده می شود.

در برخی دی الکتریک ها، برای مثال فروالکتریک ها، رابطه تناسبی بین P و E [P = ε 0 (ε ‒ 1)E] و بنابراین، بین D و E از قبل در میدان های الکتریکی معمولی که در عمل به دست آمده نقض می شود. به طور رسمی، این به عنوان وابستگی ε(Ε) ≠ const توصیف می شود. در این مورد، یک مشخصه الکتریکی مهم دی الکتریک، ثابت دی الکتریک دیالکتریک است:

در دی‌الکتریک‌های غیرخطی، مقدار ε diff معمولاً در میدان‌های متناوب ضعیف با اعمال همزمان یک میدان ثابت قوی اندازه‌گیری می‌شود و مولفه متغیر ε دی‌الکتریک ثابت دی‌الکتریک برگشت‌پذیر نامیده می‌شود.

روشن شد به هنر نگاه کن دی الکتریک ها

• تعیین قدرت میدان الکتریکی در خلاء؛
• در عبارات برخی از قوانین الکترومغناطیس، از جمله قانون کولمب، زمانی که به شکلی مطابق با سیستم بین المللی واحدها نوشته شود، گنجانده شده است.

ثابت دی الکتریک ارتباط بین ثابت دی الکتریک نسبی و مطلق را فراهم می کند. همچنین در نماد قانون کولن گنجانده شده است:

همچنین ببینید

یادداشت ها

ادبیات

پیوندها

بنیاد ویکی مدیا

2010.

ثابت دی الکتریکببینید "ثابت دی الکتریک" در فرهنگ های دیگر چیست:

- ثابت دی الکتریک - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی مهندسی برق و مهندسی قدرت، مسکو، 1999] مباحث مهندسی برق، مفاهیم اساسی مترادف ثابت دی الکتریک... ... - (نام e0)، کمیت فیزیکی که نشان دهنده نسبت نیروی وارده بین بارهای الکتریکی در خلاء با اندازه این بارها و فاصله بین آنها است. در ابتدا این نشانگر DIELECTRIC نامیده می شد... ...

ثابت دی الکتریکفرهنگ دانشنامه علمی و فنی

ثابت دی الکتریک- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. ثابت دی الکتریک؛ مجاز بودن vok. dielektrische Leitfähigkeit, f; Dielektrizitätskonstante، f; Permittivität، f rus. ثابت دی الکتریک، f; ثابت دی الکتریک ... Fizikos terminų žodynas

نام منسوخ برای ثابت دی الکتریک (به ثابت دی الکتریک مراجعه کنید) ... دایره المعارف بزرگ شوروی

ثابت دی الکتریک ε برای برخی مایعات (در دمای 20 درجه سانتیگراد)- حلال ε استون 21.5 بنزن 2.23 آب 81.0 ... کتاب مرجع شیمی

ثابت دی الکتریک اولیه- - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی مهندسی برق و مهندسی قدرت، مسکو، 1999] مباحث مهندسی برق، مفاهیم اساسی EN ثابت دی الکتریک اولیه ... راهنمای مترجم فنی

ثابت دی الکتریک نسبی- - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی مهندسی برق و مهندسی قدرت، مسکو، 1999] مباحث مهندسی برق، مفاهیم اساسی EN ضریب اجازه نسبی ثابت دی الکتریک نسبی ... راهنمای مترجم فنی

ثابت دی الکتریک خاص- - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی مهندسی برق و مهندسی قدرت، مسکو، 1999] موضوعات مهندسی برق، مفاهیم اساسی EN قابلیت تبادل همزمانSIC ... راهنمای مترجم فنی

مجاز بودن- ثابت دی الکتریک مطلق؛ صنعت ثابت دی الکتریک کمیت اسکالر مشخص کننده خواص الکتریکی یک دی الکتریک برابر با نسبت بزرگی جابجایی الکتریکی به بزرگی قدرت میدان الکتریکی ... فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پلی تکنیک

سخنرانی شماره 19

1. ماهیت هدایت الکتریکی دی الکتریک های گازی، مایع و جامد

مجاز بودن

ثابت دی الکتریک نسبی یا ثابت دی الکتریک ε- یکی از مهمترین پارامترهای الکتریکی ماکروسکوپی یک دی الکتریک. مجاز بودنε به طور کمی توانایی یک دی الکتریک را برای قطبی شدن در میدان الکتریکی مشخص می کند و همچنین درجه قطبیت آن را ارزیابی می کند. ε ثابت یک ماده دی الکتریک در یک دما و فرکانس معین ولتاژ الکتریکی است و نشان می دهد که چند برابر بار یک خازن با یک دی الکتریک بیشتر از بار یک خازن هم اندازه با خلاء است.

ثابت دی الکتریک مقدار ظرفیت ظرفیت الکتریکی یک محصول (خازن، عایق کابل و غیره) را تعیین می کند. برای خازن صفحه موازی، ظرفیت الکتریکی است با،Ф، بیان شده با فرمول (1)

که در آن S مساحت الکترود اندازه گیری m2 است. h ضخامت دی الکتریک، m از فرمول (1) مشخص است که هر چه مقدار آن بزرگتر باشد ε دی الکتریک استفاده می شود، ظرفیت الکتریکی خازن با همان ابعاد بیشتر است. به نوبه خود، ظرفیت الکتریکی C ضریب تناسب بین بار سطحی است QK،خازن انباشته شده و ولتاژ الکتریکی اعمال شده به آن

نخ زنی U(2):

از فرمول (2) چنین بر می آید که بار الکتریکی QK،انباشته شده توسط خازن متناسب با مقدار است ε دی الکتریک دانستن QKو ابعاد هندسی خازن را می توان تعیین کرد ε مواد دی الکتریک برای یک ولتاژ معین.

اجازه دهید مکانیسم تشکیل بار را در نظر بگیریم QKروی الکترودهای یک خازن با دی الکتریک و اینکه چه اجزایی این شارژ را تشکیل می دهند. برای انجام این کار، ما دو خازن مسطح با ابعاد هندسی یکسان را می گیریم: یکی با خلاء، دیگری با فضای بین الکترودی پر از دی الکتریک، و ولتاژ الکتریکی یکسانی را به آنها اعمال می کنیم. U(شکل 1). یک بار روی الکترودهای اولین خازن تشکیل می شود Q0، روی الکترودهای دوم - QK. به نوبه خود، شارژ QKمجموع هزینه ها است Q0و س(3):

شارژ کنید س 0 توسط میدان خارجی E0 با تجمع بارهای شخص ثالث با چگالی سطح σ 0 بر روی الکترودهای خازن تشکیل می شود. س- این یک بار اضافی بر روی الکترودهای خازن است که توسط یک منبع ولتاژ الکتریکی برای جبران بارهای محدود تشکیل شده روی سطح دی الکتریک ایجاد می شود.

در دی الکتریک پلاریزه یکنواخت، شارژ سمربوط به چگالی سطحی بارهای محدود σ است. بار σ یک میدان E сз را تشکیل می دهد که در مقابل میدان E O قرار دارد.

ثابت دی الکتریک دی الکتریک مورد نظر را می توان به عنوان نسبت بار نشان داد QKخازن پر از دی الکتریک برای شارژ Q0همان خازن با خلاء (3):

از فرمول (3) به دست می آید که ثابت دی الکتریک ε - مقدار بدون بعد است و برای هر دی الکتریک بزرگتر از واحد است. در صورت خلاء ε = 1. از مثال در نظر گرفته نیز

می توان مشاهده کرد که چگالی بار روی الکترودهای یک خازن با دی الکتریک در ε برابر چگالی بار روی الکترودهای یک خازن با خلاء، و ولتاژها در ولتاژهای یکسان برای هر دو

خازن های آنها یکسان است و فقط به ولتاژ بستگی دارد Uو فاصله بین الکترودها (E = U/h).

علاوه بر ثابت دی الکتریک نسبی ε متمایز کردن ثابت دی الکتریک مطلق ε a, F/M, (4)

که معنای فیزیکی ندارد و در مهندسی برق کاربرد دارد.

تغییر نسبی ثابت دی الکتریک εr با افزایش دما به میزان 1 K را ضریب دمایی ثابت دی الکتریک می گویند.

ТКε = 1/ εr d εr/dT К-1 برای هوا در 20°С ТК εr = -2.10-6K-

پیری الکتریکی در فروالکتریک به صورت کاهش εr با زمان بیان می شود. دلیل آن گروه بندی مجدد دامنه ها است.

تغییر شدیدی در ثابت دی الکتریک در طول زمان در دمای نزدیک به نقطه کوری مشاهده می شود. گرمایش فروالکتریک تا دمای بالاتر از نقطه کوری و خنک‌سازی بعدی εr را به مقدار قبلی خود برمی‌گرداند. همان بازیابی ثابت دی الکتریک را می توان با قرار دادن فروالکتریک در معرض یک میدان الکتریکی با شدت افزایش یافته به دست آورد.

برای دی الکتریک های پیچیده - مخلوطی مکانیکی از دو جزء با εr متفاوت در تقریب اول: εrх = θ1 · εr1х · θ · εr2х که θ غلظت حجمی اجزای مخلوط است، εr ثابت دی الکتریک نسبی جزء مخلوط است.

پلاریزاسیون دی الکتریک می تواند ناشی از موارد زیر باشد: بارهای مکانیکی (پیزوپلاریزاسیون در پیزوالکتریک). گرمایش (پیروپلاریزاسیون در پیرالکتریک)؛ نور (فتوپلاریزاسیون).

حالت پلاریزه یک دی الکتریک در میدان الکتریکی E با گشتاور الکتریکی در واحد حجم، پلاریزاسیون P، C/m2 مشخص می شود که به ثابت دی الکتریک نسبی آن مربوط می شود، به عنوان مثال: P = e0 (به عنوان مثال - 1)E، که در آن e0 = 8.85∙10-12 F /m. حاصلضرب e0∙eg =e، F/m، ثابت دی الکتریک مطلق نامیده می شود. در دی الکتریک های گازی، به عنوان مثال، تفاوت کمی با 1.0 دارد، در مایعات و جامدات غیر قطبی به 1.5 - 3.0 می رسد، در قطبی مقادیر زیادی دارد. در بلورهای یونی به عنوان مثال - 5-MO، و در آنهایی که دارای شبکه کریستال پروسکایت هستند به 200 می رسد. در فروالکتریک به عنوان مثال - 103 و بیشتر.

در دی الکتریک های غیرقطبی، به عنوان مثال، با افزایش دما در دی الکتریک های قطبی، تغییرات با غلبه یک یا دیگر نوع بلورهای یونی همراه است، در برخی از فروالکتریک ها افزایش می یابد بیشتر تغییرات دما به عنوان مثال با یک ضریب دما مشخص می شود. دی الکتریک های قطبی با کاهش به عنوان مثال در محدوده فرکانسی مشخص می شوند که در آن زمان t برای قطبش با T/2 قابل مقایسه است.

اطلاعات مرتبط

مجاز بودن

پدیده پلاریزاسیون با مقدار ثابت دی الکتریک ε قضاوت می شود. پارامتر ε که مشخص کننده توانایی یک ماده برای تشکیل یک خازن است، ثابت دی الکتریک نسبی نامیده می شود.

کلمه "نسبی" معمولا حذف می شود. باید در نظر گرفت که ظرفیت الکتریکی بخش عایق با الکترودها، یعنی. خازن به ابعاد هندسی، پیکربندی الکترودها و ساختار ماده تشکیل دهنده دی الکتریک این خازن بستگی دارد.

در خلاء ε = 1، و هر دی الکتریک همیشه بزرگتر از 1 است. اگر C0 - em-

استخوان، که بین صفحات آن خلاء با شکل و اندازه دلخواه وجود دارد، و C ظرفیت خازنی با همان اندازه و شکل است، اما با یک دی الکتریک با ثابت دی الکتریک ε پر شده است، سپس

نشان دادن ثابت الکتریکی (F/m)، برابر با C0

С0 = 8.854.10-12،

بیایید ثابت دی الکتریک مطلق را پیدا کنیم

ε’ = ε0 .ε.

اجازه دهید مقادیر خازن را برای برخی از اشکال دی الکتریک تعیین کنیم.

برای خازن صفحه موازی

С = ε0 ε S/h = 8.854 1O-12 ε S/h.

که در آن S سطح مقطع الکترود، m2 است.

h - فاصله بین الکترودها، m.

ارزش عملی ثابت دی الکتریک بسیار بالا است. این نه تنها توانایی یک ماده برای تشکیل یک خازن را تعیین می کند، بلکه در تعدادی از معادلات اساسی که فرآیندهای فیزیکی رخ داده در دی الکتریک را مشخص می کند، گنجانده شده است.

ثابت دی الکتریک گازها به دلیل چگالی کم (به دلیل فواصل زیاد بین مولکول ها) ناچیز و نزدیک به وحدت است. معمولا قطبش یک گاز الکترونیکی یا دوقطبی است اگر مولکول ها قطبی باشند. هرچه شعاع مولکول بزرگتر باشد، ε گاز بیشتر است. تغییر در تعداد مولکول های گاز در واحد حجم گاز (n) با تغییر دما و فشار باعث تغییر در ثابت دی الکتریک گاز می شود. تعداد مولکول های N با فشار متناسب و با دمای مطلق نسبت معکوس دارد.

هنگامی که رطوبت تغییر می کند، ثابت دی الکتریک هوا به نسبت مستقیم با تغییر رطوبت (در دمای اتاق) کمی تغییر می کند. در دماهای بالا، اثر رطوبت به طور قابل توجهی افزایش می یابد. وابستگی درجه حرارت ثابت دی الکتریک با بیان مشخص می شود

T K ε = 1 / ε (dε / dT).

با استفاده از این عبارت، می توان تغییر نسبی ثابت دی الکتریک را هنگامی که دما با 1 0 K تغییر می کند محاسبه کرد - به اصطلاح ضریب دمایی TC ثابت دی الکتریک.

مقدار TC یک گاز غیر قطبی با فرمول بدست می آید

T K ε = (ε -1) / dT.

جایی که T دما است. به.

ثابت دی الکتریک مایعات به شدت به ساختار آنها بستگی دارد. مقادیر ε مایعات غیرقطبی کوچک و نزدیک به مربع ضریب شکست نور n 2 است. ثابت دی الکتریک مایعات قطبی که به عنوان دی الکتریک فنی استفاده می شوند، از 3.5 تا 5 متغیر است که به طور محسوسی بالاتر است. نسبت به مایعات غیر قطبی

بنابراین، قطبش مایعات حاوی مولکول های دوقطبی به طور همزمان توسط قطبش های الکترونیکی و دوقطبی آرامش تعیین می شود.

مایعات بسیار قطبی به دلیل رسانایی بالا با مقدار ε بالا مشخص می شوند. وابستگی دمای ε در مایعات دوقطبی پیچیده تر از مایعات خنثی است.

بنابراین، ε در فرکانس 50 هرتز برای بی فنیل کلردار (ساول) به سرعت به دلیل افت شدید ویسکوزیته مایع و دوقطبی افزایش می یابد.

مولکول ها به دنبال تغییر دما زمان دارند تا خود را جهت دهی کنند.

کاهش ε به دلیل افزایش حرکت حرارتی مولکول ها رخ می دهد که از جهت گیری آنها در جهت میدان الکتریکی جلوگیری می کند.

دی الکتریک ها بر اساس نوع پلاریزاسیون به چهار گروه تقسیم می شوند:

گروه اول تک ترکیبی، همگن، خالص، بدون افزودنی، دی الکتریک ها هستند که عمدتاً دارای قطبش الکترونیکی یا بسته بندی متراکم یون ها هستند. اینها شامل دی الکتریکهای جامد غیرقطبی و ضعیف قطبی در حالت کریستالی یا بی شکل، و همچنین مایعات و گازهای غیرقطبی و ضعیف قطبی هستند.

گروه دوم دی الکتریک های فنی با پلاریزاسیون های الکترونیکی، یونی و همزمان دوقطبی آرامش هستند. اینها شامل مواد نیمه مایع و جامد آلی قطبی (دوقطبی) مانند ترکیبات روغنی - رزین، سلولز، رزین های اپوکسی و مواد کامپوزیتی ساخته شده از این مواد می باشد.

گروه سوم دی الکتریک های فنی با پلاریزاسیون یونی و الکترونیکی هستند. دی الکتریک ها با پلاریزاسیون آرام سازی الکترونیکی و یونی به دو زیر گروه تقسیم می شوند. اولین زیر گروه شامل مواد عمدتا کریستالی با بسته بندی متراکم یون ε است< 3,0.

زیرگروه دوم شامل شیشه های معدنی و مواد حاوی فاز شیشه ای و همچنین مواد کریستالی با بسته بندی شل یون می باشد.

گروه چهارم شامل فروالکتریک هایی است که دارای قطبش های خود به خود، الکترونیکی، یونی، الکترون-یون-آرامش و همچنین مهاجرت یا ولتاژ بالا برای مواد مرکب، پیچیده و لایه ای هستند.

4. تلفات دی الکتریک مواد عایق الکتریکی. انواع تلفات دی الکتریک

تلفات دی الکتریک، توانی است که در یک دی الکتریک در معرض میدان الکتریکی تلف می شود و باعث گرم شدن دی الکتریک می شود.

تلفات دی الکتریک هم در ولتاژ متناوب و هم در ولتاژ ثابت مشاهده می شود، زیرا جریان عبوری ناشی از رسانایی در ماده تشخیص داده می شود. در ولتاژ ثابت، هنگامی که قطبش دوره ای وجود ندارد، کیفیت مواد، همانطور که در بالا نشان داده شد، با مقادیر حجم خاص و مقاومت سطح مشخص می شود. با ولتاژ متناوب، لازم است از برخی ویژگی های دیگر کیفیت مواد استفاده شود، زیرا در این مورد، علاوه بر جریان، دلایل اضافی نیز ایجاد می شود که باعث تلفات دی الکتریک می شود.

تلفات دی الکتریک در مواد عایق الکتریکی را می توان با اتلاف توان در واحد حجم یا تلفات خاص مشخص کرد. بیشتر اوقات، برای ارزیابی توانایی یک دی الکتریک در اتلاف نیرو در یک میدان الکتریکی، از زاویه تلفات دی الکتریک و همچنین مماس این زاویه استفاده می شود.

برنج. 3-1. وابستگی شارژ به ولتاژ برای دی الکتریک خطی بدون تلفات (a)، با تلفات (b)

زاویه اتلاف دی الکتریک زاویه ای است که تا 90 درجه زاویه تغییر فاز بین جریان و ولتاژ در یک مدار خازنی را تکمیل می کند. برای یک دی الکتریک ایده آل، بردار جریان در چنین مداری بردار ولتاژ را 90 درجه هدایت می کند، در حالی که زاویه تلفات دی الکتریک صفر خواهد بود. هر چه توان تلف شده در دی الکتریک که به گرما تبدیل می شود بیشتر باشد، زاویه تغییر فاز کوچکتر و زاویه و عملکرد آن tg بزرگتر می شود.

از تئوری جریان های متناوب مشخص است که توان فعال

Ra = UI cos (3-1)

اجازه دهید توان مدارهای سری و موازی را بر حسب ظرفیت های Cs و Cp و زاویه که مکمل زاویه تا 90 درجه است بیان کنیم.

برای مدار ترتیبی با استفاده از عبارت (3-1) و نمودار برداری مربوطه، داریم

P a = (3-2)

tg = C s r s (3-3)

برای مدار موازی

P a = UI a = U 2 C p tg (3-4)

tg = (3-5)

با معادل سازی عبارات (3-2) و (3-4)، و همچنین (3-3) و (3-5)، روابط بین Cp و Cs و بین rp و rs را می یابیم.

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

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

برای دی الکتریک های با کیفیت بالا، می توانید مقدار tg2 را در مقایسه با واحد در فرمول (3-8) نادیده بگیرید و Cp Cs C را در نظر بگیرید. عبارات برای توان تلف شده در دی الکتریک، در این مورد، برای هر دو مدار یکسان خواهد بود:

P a U 2 C tg (3-8)

جایی که Ra توان فعال است، W; U - ولتاژ، V; - فرکانس زاویه ای، s-1؛ ج - ظرفیت، F.

مقاومت rr در یک مدار موازی، همانطور که از عبارت (3-7) نشان می‌دهد، چندین برابر مقاومت rs است.

(3-9)

که در آن p - تلفات خاص، W/m3. =2 - فرکانس زاویه ای، s-1، E - قدرت میدان الکتریکی، V/m.

در واقع، ظرفیت بین وجوه مخالف یک مکعب با ضلع 1 متر خواهد بود

C1 = 0 r، جزء واکنشی هدایت

(3-10)

یک جزء فعال

با تعیین پارامترهای مدار معادل دی الکتریک مورد مطالعه (Cp و rr یا Cs و rs) با روشی در فرکانس معینی، به طور کلی، نمی توان مقادیر خازن و مقاومت به دست آمده را ذاتی در نظر گرفت. خازن داده شده و از این داده ها برای محاسبه زاویه تلفات در فرکانس دیگری استفاده کنید. چنین محاسبه ای تنها در صورتی می تواند انجام شود که مدار معادل دارای پایه فیزیکی خاصی باشد. بنابراین، به عنوان مثال، اگر برای یک دی الکتریک معین مشخص شود که تلفات در آن تنها با تلفات ناشی از هدایت الکتریکی در طیف وسیعی از فرکانس ها تعیین می شود، آنگاه می توان زاویه تلفات یک خازن با چنین دی الکتریک را برای هر فرکانس محاسبه کرد. در این محدوده قرار دارد

tg = 1 / Crp (3-12)

که در آن C و rp ظرفیت و مقاومت ثابتی هستند که در یک فرکانس مشخص اندازه‌گیری می‌شوند.

تلفات در چنین خازن، همانطور که به راحتی قابل مشاهده است، به فرکانس بستگی ندارد:

Pa=U2/rp (3-13)

برعکس، اگر تلفات خازن عمدتاً با مقاومت سیم های تغذیه و همچنین مقاومت خود الکترودها (به عنوان مثال، یک لایه نازک از نقره) تعیین شود، در این صورت توان تلف شده در چنین خازنی خواهد بود. افزایش نسبت به مربع فرکانس:

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

از آخرین عبارت می توانیم یک نتیجه عملی بسیار مهم را بگیریم: خازن هایی که برای کار در فرکانس های بالا طراحی شده اند باید کمترین مقاومت ممکن را در الکترودها و سیم های اتصال و کنتاکت های انتقال داشته باشند.

تلفات دی الکتریک را با توجه به ویژگی ها و ماهیت فیزیکی می توان به چهار نوع اصلی تقسیم کرد:

1) تلفات دی الکتریک به دلیل پلاریزاسیون؛

2) تلفات دی الکتریک ناشی از هدایت الکتریکی.

تلفات دی الکتریک یونیزاسیون؛

تلفات دی الکتریک به دلیل ناهمگنی ساختاری

تلفات دی الکتریک ناشی از پلاریزاسیون به ویژه در مواد دارای پلاریزاسیون آرامش به وضوح مشاهده می شود: در دی الکتریک های یک ساختار دوقطبی و در دی الکتریک های یک ساختار یونی با بسته بندی شل یون ها.

تلفات دی الکتریک آرامش در اثر اختلال در حرکت حرارتی ذرات تحت تأثیر نیروهای میدان الکتریکی ایجاد می شود.

تلفات دی الکتریک مشاهده شده در فروالکتریک با پدیده پلاریزاسیون خود به خود همراه است. بنابراین، تلفات فروالکتریک در دماهای زیر نقطه کوری، زمانی که قطبش خود به خودی مشاهده می شود، قابل توجه است. در دماهای بالاتر از نقطه کوری، تلفات فروالکتریک کاهش می یابد. پیری الکتریکی فروالکتریک با کاهش جزئی تلفات در طول زمان همراه است.

تلفات دی الکتریک ناشی از پلاریزاسیون نیز شامل تلفات به اصطلاح تشدید است که در دی الکتریک ها در فرکانس های بالا ظاهر می شود. این نوع از دست دادن با وضوح خاصی در برخی از گازها در فرکانس کاملاً مشخص مشاهده می شود و در جذب شدید انرژی میدان الکتریکی بیان می شود.

اگر فرکانس نوسانات اجباری ناشی از میدان الکتریکی با فرکانس طبیعی ذرات جامد منطبق باشد، تلفات رزونانس نیز در جامدات ممکن است. وجود حداکثر در وابستگی فرکانس tg نیز مشخصه مکانیسم تلفات رزونانس است، اما در این مورد دما بر موقعیت حداکثر تأثیر نمی گذارد.

تلفات دی الکتریک ناشی از هدایت الکتریکی در دی الکتریک هایی که دارای حجم یا رسانایی سطحی قابل توجهی هستند یافت می شود.

مماس تلفات دی الکتریک در این مورد را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد

تلفات دی الکتریک از این نوع به فرکانس میدان بستگی ندارد. tg با فرکانس طبق یک قانون هذلولی کاهش می یابد.

تلفات دی الکتریک ناشی از رسانایی الکتریکی با دما طبق قانون نمایی افزایش می یابد

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

که در آن A، b ثابت های مادی هستند. فرمول (3-16) را می توان تقریباً به صورت زیر بازنویسی کرد:

PaT=Pa0exp(t) (3-17)

که در آن PaT - تلفات در دمای t, ° C. Pa0 - تلفات در دمای 0 درجه سانتیگراد. - ثابت مواد

مماس تلفات دی الکتریک با دما مطابق با همان قانونی که برای تقریب وابستگی دمایی Pa استفاده شد تغییر می کند، زیرا تغییر دما در خازن را می توان نادیده گرفت.

تلفات دی الکتریک یونیزاسیون مشخصه دی الکتریک ها و حالت گازی است. تلفات یونیزاسیون خود را در میدان های الکتریکی ناهمگن با قدرت های بیش از مقدار مربوط به شروع یونیزاسیون یک گاز مشخص نشان می دهد. تلفات یونیزاسیون را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد

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

که در آن A1 یک ضریب ثابت است. f - فرکانس میدان. U - ولتاژ اعمال شده؛ Ui ولتاژ مربوط به شروع یونیزاسیون است.

فرمول (3-18) برای U > Ui و وابستگی خطی tg به E معتبر است. ولتاژ یونیزاسیون Ui به فشاری که گاز در آن قرار دارد بستگی دارد، زیرا توسعه یونیزاسیون ضربه مولکول‌ها به میانگین آزاد مربوط می‌شود. مسیر حامل های شارژ

تلفات دی الکتریک ناشی از ناهمگنی ساختاری در دی الکتریک های لایه ای، از کاغذ و پارچه آغشته شده، در پلاستیک های پر شده، در سرامیک های متخلخل در میکانیت، میکالکس و غیره مشاهده می شود.

با توجه به تنوع ساختار دی الکتریک های ناهمگن و ویژگی های اجزای آنها، فرمول کلی برای محاسبه تلفات دی الکتریک از این نوع وجود ندارد.