Các khoản phí tương tác với nhau trong các phương tiện khác nhau với các lực khác nhau, được xác định bởi định luật Coulomb. Các thuộc tính của các phương tiện này được xác định bởi một đại lượng gọi là độ cho phép.
Nội dung
Hằng số điện môi là gì
Dựa theo định luật Cu lông, hai điện tích điểm cố định q1 và q2 trong chân không tương tác với nhau bằng lực cho bởi công thức Flớp= ((1/4) * π * ε) * (| q1| * | q2| / r2), ở đâu:
- Flớp là lực Coulomb, N;
- q1, q2 là các mô-đun phí, C;
- r là khoảng cách giữa các điện tích, m;
- ε0 - hằng số điện, 8,85 * 10-12 F / m (Farad trên mét).
Nếu tương tác không diễn ra trong chân không, công thức bao gồm một đại lượng khác xác định ảnh hưởng của vật chất lên lực Coulomb, và định luật Coulomb được viết như sau:
F = ((1/4) * π * ε* ε) * (| q1| * | q2| / r2).
Giá trị này được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp ε (epsilon), nó không có thứ nguyên (không có đơn vị đo lường). Độ cho phép của điện môi là hệ số suy giảm tương tác của các điện tích trong một chất.
Thông thường trong vật lý, độ cho phép được sử dụng cùng với hằng số điện, trong trường hợp này, có thể thuận tiện để đưa ra khái niệm về độ cho phép tuyệt đối. Nó được ký hiệu là εmột và bằng εmột= ε* e. Trong trường hợp này, độ thấm tuyệt đối có thứ nguyên là F / m. Độ thấm thông thường ε còn được gọi là tương đối để phân biệt với εmột.
Bản chất của giấy phép
Bản chất của sự cho phép dựa trên hiện tượng phân cực dưới tác dụng của điện trường. Hầu hết các chất nói chung là trung hòa về điện, mặc dù chúng có chứa các hạt mang điện. Các hạt này nằm ngẫu nhiên trong khối vật chất và điện trường của chúng trung hòa lẫn nhau.
Trong chất điện môi, chủ yếu có các điện tích liên kết (chúng được gọi là lưỡng cực). Các lưỡng cực này theo quy ước đại diện cho các bó của hai hạt không giống nhau, được định hướng một cách tự phát dọc theo độ dày của chất điện môi và trung bình, tạo ra cường độ điện trường bằng không. Dưới tác dụng của ngoại trường, các lưỡng cực có xu hướng tự định hướng theo lực tác dụng. Kết quả là, một điện trường bổ sung được tạo ra. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra trong các chất điện môi không phân cực.
Ở vật dẫn, các quá trình diễn ra tương tự, chỉ khác là các điện tích tự do tách ra dưới tác dụng của ngoại trường và cũng tạo ra điện trường riêng của chúng. Trường này hướng tới trường bên ngoài, sàng lọc các khoản phí và làm giảm độ mạnh tương tác của chúng.Khả năng phân cực của một chất càng lớn thì ε càng cao.
Hằng số điện môi của các chất khác nhau
Các chất khác nhau có hằng số điện môi khác nhau. Giá trị của ε đối với một số trong số chúng được cho trong Bảng 1. Rõ ràng là các giá trị này lớn hơn sự thống nhất, do đó, tương tác của các điện tích, so với chân không, luôn giảm. Cũng cần lưu ý rằng đối với không khí, ε hơi nhiều hơn đơn chất, vì vậy tương tác của các điện tích trong không khí thực tế không khác với tương tác trong chân không.
Bảng 1. Các giá trị của độ từ thẩm đối với các chất khác nhau.
| Vật chất | Hằng số điện môi |
|---|---|
| Bakelite | 4,5 |
| Giấy | 2,0..3,5 |
| Nước uống | 81 (ở +20 độ C) |
| Hàng không | 1,0002 |
| Gecmani | 16 |
| Getinax | 5..6 |
| Gỗ | 2,7..7,5 (các lớp khác nhau) |
| Gốm kỹ thuật vô tuyến | 10..200 |
| Mica | 5,7..11,5 |
| Thủy tinh | 7 |
| Textolite | 7,5 |
| Polystyrene | 2,5 |
| PVC | 3 |
| Fluoroplast | 2,1 |
| Hổ phách | 2,7 |
Hằng số điện môi và điện dung của tụ điện
Biết giá trị của ε là rất quan trọng trong thực tế, ví dụ, khi tạo ra các tụ điện. Họ dung tích phụ thuộc vào kích thước hình học của các tấm, khoảng cách giữa chúng và độ cho phép của chất điện môi.
Nếu bạn cần lấy tụ điện tăng dung lượng, sau đó tăng diện tích các tấm dẫn đến tăng kích thước. Cũng có những giới hạn thực tế để giảm khoảng cách giữa các điện cực. Trong trường hợp này, việc sử dụng chất cách điện có hằng số điện môi tăng lên có thể hữu ích. Nếu bạn sử dụng vật liệu có ε cao hơn, bạn có thể nhân đôi việc giảm kích thước của các tấm hoặc tăng khoảng cách giữa chúng mà không bị mất công suất điện.
Các chất được gọi là chất sắt điện tử được phân biệt thành một loại riêng biệt, trong đó, trong những điều kiện nhất định, sự phân cực tự phát xảy ra.Trong lĩnh vực đang được xem xét, chúng được đặc trưng bởi hai điểm:
- giá trị lớn của điện môi cho phép (giá trị điển hình - từ hàng trăm đến vài nghìn);
- khả năng kiểm soát giá trị của hằng số điện môi bằng cách thay đổi điện trường bên ngoài.
Các đặc tính này được sử dụng để sản xuất tụ điện có công suất lớn (do giá trị hằng số điện môi của chất cách điện tăng lên) với các chỉ số về trọng lượng và kích thước nhỏ.
Các thiết bị như vậy chỉ hoạt động trong mạch dòng điện xoay chiều tần số thấp - khi tần số tăng lên, hằng số điện môi của chúng giảm. Một ứng dụng khác của sắt điện là tụ điện biến thiên, có đặc tính thay đổi dưới ảnh hưởng của điện trường đặt vào với các thông số thay đổi.
Hằng số điện môi và tổn thất điện môi
Ngoài ra, tổn thất trong chất điện môi phụ thuộc vào giá trị của hằng số điện môi - đây là phần năng lượng bị mất trong chất điện môi để đốt nóng nó. Để mô tả những tổn thất này, thông số tan δ thường được sử dụng - tiếp tuyến của góc tổn hao điện môi. Nó đặc trưng cho công suất của tổn thất điện môi trong một tụ điện, trong đó chất điện môi được làm bằng vật liệu có tg δ có sẵn. Và công suất hao phí riêng của từng chất được xác định theo công thức p = E2* ώ * ε* ε * tg δ, trong đó:
- p là công suất hao phí riêng, W;
- ώ = 2 * π * f là tần số tròn của điện trường;
- E là cường độ điện trường, V / m.
Rõ ràng, hằng số điện môi càng cao thì tổn thất trong chất điện môi càng cao, tất cả các vật khác đều bằng nhau.
Sự phụ thuộc của khả năng cho phép vào các yếu tố bên ngoài
Cần lưu ý rằng giá trị của suất điện trở phụ thuộc vào tần số của điện trường (trong trường hợp này là tần số của điện áp đặt vào các tấm). Khi tần số tăng, giá trị của ε giảm đối với nhiều chất. Hiệu ứng này rõ rệt đối với các chất điện môi cực. Hiện tượng này có thể được giải thích là do các điện tích (lưỡng cực) không còn thời gian để chuyển động theo trường. Đối với các chất được đặc trưng bởi sự phân cực ion hoặc điện tử, sự phụ thuộc của điện suất vào tần số là nhỏ.
Vì vậy, việc lựa chọn vật liệu để chế tạo một chất điện môi của tụ điện là hết sức quan trọng. Những gì hoạt động ở tần số thấp sẽ không nhất thiết cung cấp khả năng cách ly tốt ở tần số cao. Thông thường, các chất điện môi không phân cực được sử dụng làm chất cách điện tại HF.
Ngoài ra, hằng số điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ và các chất khác nhau theo những cách khác nhau. Đối với chất điện môi không phân cực, nó giảm khi nhiệt độ tăng. Trong trường hợp này, đối với các tụ điện được làm bằng chất cách điện như vậy, chúng nói về hệ số nhiệt độ âm của điện dung (TKE) - dung tích giảm khi nhiệt độ tăng dần theo ε. Đối với các chất khác, độ từ thẩm tăng khi nhiệt độ tăng, và có thể thu được tụ điện có TKE dương. Bằng cách ghép các tụ điện có TKE đối diện thành một cặp, bạn có thể nhận được điện dung ổn định về nhiệt.
Hiểu được bản chất và kiến thức về giá trị độ cho phép của các chất khác nhau là rất quan trọng cho các mục đích thực tế. Và khả năng kiểm soát mức hằng số điện môi cung cấp các quan điểm kỹ thuật bổ sung.
Các bài tương tự:
