Управление образования южно казахстанской области
Диэлектрическая проницаемость
жүктеу/скачать 2.35 Mb.
|
| Диэлектрическая проницаемость
В диэлектрике носители электрического заряда прочно связаны с атомами или ионами и в электрическом поле могут лишь смещаться. При этом происходит разделение центров положительного и отрицательного зарядов, т.е. поляризация. Различают следующие виды поляризации: электронная, ионная, дипольно-релаксационная и спонтанная (самопроизольная). Рисунок 3.1 – Электронная поляризация атомов водорода а – в отсутствии внешнего поля, б – при наличии поля Способность различных материалов поляризоваться в электрическом поле характеризуется диэлектрической проницаемостью. Она может быть найдена по измеренной емкости конденсатора с диэлектриком: , где С – емкость конденсатора с диэлектриком; С0 - емкость того же конденсатора в вакууме. На рис. 3.2 изображены два плоских конденсатора, площадь электродов которых равна S (м2), а расстояние между ними h(м). В конденсаторе, изображенном на рис. 3.2, а, между электродами вакуум, а на рис. 3.2, б - диэлектрик. Если электрическое напряжение на электродах U (В), то напряженность электрического поля равнаЕ = U/h(В/м). Электрический заряд, накопленный в конденсаторе с вакуумом, называется свободным зарядом и равен Q0 (Кл). В электрическом поле в частицах, из которых построен диэлектрик, связанные положительные и отрицательные заряды смещаются. В результате образуются электрические диполи (рис. 3.2, б). Рис. 3.2 - Электрические заряды на электродах конденсатора приподаче напряжения U П оэтому на поверхности диэлектрика образуются поляризационные заряды: отрицательный у положительного электрода, и наоборот. Для компенсации Рис. 3.2 - Электрические заряды на электродах конденсатора напряжения U этих поляризационных зарядов источником электрического напряжения создается дополнительный связанный заряд Qд. Суммарный полный заряд Q в конденсаторе с диэлектриком равен Q=Q0 + Qд = εrQ0, где εr - относительная диэлектрическая проницаемость. Электрическая емкость конденсатора с вакуумом и с диэлектриком между электродами равна Емкость С0 (Ф) называют геометрической емкостью конденсатора. При этом емкость плоского конденсатора определяется по формуле , где ε0 = 8,84·10-12 Ф/м – диэлектрическая постоянная. Емкость цилиндрического конденсатора Значение относительной диэлектрической проницаемости вещества, характеризующее степень его поляризуемости, в первую очередь, определяется механизмами поляризации. Однако величина в вбольшой мере зависит и от агрегатного состояния вещества, так как при переходах из одного состояния в другое существенно меняются плотность вещества, его вязкость и изотропность. Газообразные вещества характеризуются весьма малыми плотностями вследствие больших расстояний между молекулами. Благодаря этому поляризация всех газов незначительна и диэлектрическая проницаемость их близка к единице. Зависимость диэлектрической проницаемости газа от температуры и давления определяется числом молекул в единице объема газа, которое пропорционально давлению и обратно пропорционально абсолютной температуре. Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется одновременно электронной и дипольно-релаксационной составляющими. Такие жидкости обладают тем большей диэлектрической проницаемостью, чем больше значение электрического момента диполей и чем больше число молекул в единице объема. В твердых телах возможны все виды поляризации. Наименьшее значение диэлектрической проницаемости имеют твердые диэлектрики, состоящие из неполярных молекул и обладающие только электронной поляризацией. Диэлектрики подразделяются на полярные - εr>2 – в них проявляется несколько видов поляризации и неполярные - εr≤2 – проявляется только электронная поляризация. Неполярные используются для создания электроизоляционных материалов, полярные – как диэлектрики в конденсаторах. К неполярным диэлектрикам относятся газы, жидкости и твердые вещества, обладающие только электронной поляризацией (водород, бензол, парафин, сера, полиэтилен). К полярным (дипольным) относятся жидкие и твердые вещества, имеющие одновременно несколько видов поляризаций (кремнийорганические соединения, смолы, компаунды и др.). жүктеу/скачать 2.35 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|