MIKÄ ON DIELEKTRISYYSVAKIO? - FYYSINEN - 2026

Dielektrisyysvakio on arvo, joka liittyy materiaalin, joka on sijoitettu levyjen väliin kondensaattorin (tai kondensaattori - kuvio 1) ja joka sallii optimoida ja lisää sen toiminta. (Giancoli, 2006). Dielektrinen on synonyymi sähköeristimelle, ts. Ne ovat materiaaleja, jotka eivät salli sähkövirran kulkemista.

Tämä arvo on tärkeä monesta näkökulmasta, koska kaikille on yhteistä käyttää sähkö- ja elektroniikkalaitteita kotissamme, virkistystiloissa, koulutus- tai työasemilla, mutta emme varmasti ole tietoisia monimutkaisista prosesseista, joita tässä laitteessa tapahtuu toimimiseksi.

Kuva 1: Erityyppiset kondensaattorit.

Esimerkiksi minikomponentimme, televisiomme ja multimedialaitteemme käyttävät toimintoihinsa tasavirtaa, mutta kotimme ja työpaikoillemme tulevat kotitalous- ja teollisuusvirrat ovat vaihtuvia. Kuinka tämä on mahdollista?.

Kuva 2: Kotitalouslaitteen sähköpiiri

Vastaus tähän kysymykseen löytyy samasta sähkö- ja elektroniikkalaitteesta: kondensaattorit (tai kondensaattorit). Nämä komponentit antavat muun muassa mahdollisuuden vaihtovirran tasasuuntaamiseen tasavirtaan ja niiden toiminnallisuus riippuu kondensaattorin geometriasta tai muodosta ja sen suunnittelussa läsnä olevasta dielektrisestä materiaalista.

Dielektrisillä materiaaleilla on tärkeä rooli, koska ne antavat kondensaattorin muodostavien levyjen olla hyvin lähellä, koskettamatta, ja peittävät mainittujen levyjen välisen tilan kokonaan dielektrisellä materiaalilla kondensaattorien toimivuuden lisäämiseksi.

Dielektrisen vakion alkuperä: kondensaattorit ja dielektriset materiaalit

Tämän vakion arvo on kokeellinen tulos, ts. Se tulee kokeista, jotka suoritetaan erityyppisillä eristemateriaaleilla ja jotka johtavat samaan ilmiöön: kondensaattorin lisääntyneeseen toiminnallisuuteen tai tehokkuuteen.

Kondensaattoreihin liittyy fyysinen määrä, nimeltään kapasitanssi "C", joka määrittelee sähkövarauksen "Q" määrän, jonka kondensaattori voi tallentaa syöttämällä tietyn potentiaalieron "∆V" (yhtälö 1).

(Yhtälö 1)

Kokeissa on päätelty, että peittämällä kondensaattorin levyjen välinen tila dielektrisellä materiaalilla kokonaan, kondensaattorit lisäävät kapasitanssiaan kertoimella k, jota kutsutaan "dielektriseksi vakiona". (Yhtälö 2).

(Yhtälö 2)

Kuvassa 3 on esitetty esimerkki tasaisen yhdensuuntaisen levykondensaattorin kapasitanssista C, joka on ladattu ja siten tasaisella sähkökentällä suunnattu alaspäin sen levyjen väliin.

Kuvion yläosassa on kondensaattori, jonka levyjen välillä on tyhjiö (tyhjiölujuus ∊0). Sitten alareunassa esitetään sama kondensaattori, jonka kapasitanssi on C '> C, ja sen levyjen välillä on dielektrisyys (lujuuden ∊).

Kuva 3: Taso-rinnakkaislevykondensaattori ilman dielektristä ja dielektristä.

Figueroa (2005) luettelee kolme kondensaattoreiden dielektristen materiaalien toimintoa:

1. Ne mahdollistavat jäykän ja kompaktin rakenteen, jolla on pieni rako johtavien levyjen välillä.
2. Ne sallivat suuremman jännitteen asettamisen aiheuttamatta purkautumista (hajoamisen sähkökenttä on suurempi kuin ilman)
3. Lisää kondensaattorin kapasitanssia kertoimella κ, joka tunnetaan materiaalin dielektrisyysvakiona.

Siksi tekijä ilmoittaa, että κ "on nimeltään materiaalin dielektrinen vakio ja mittaa sen molekyylidipolien vasteen ulkoiselle magneettikentälle". Eli dielektrisyysvakio on sitä korkeampi, mitä suurempi on materiaalin molekyylien polaarisuus.

Dielektrioiden atomimallit

Yleensä materiaaleilla on erityiset molekyylikokoonpanot, jotka riippuvat itse molekyyleistä ja elementeistä, jotka muodostavat ne jokaisessa materiaalissa. Dielektrisiin prosesseihin puuttuvien molekyylijärjestelyjen joukossa on ns. "Polaarimolekyylejä" tai polarisoituja.

Polaarisissa molekyyleissä negatiivisten varausten keskiasennon ja positiivisten varausten keskiaseman välillä on ero, aiheuttaen niillä sähköiset navat.

Esimerkiksi vesimolekyyli (kuva 4) on pysyvästi polarisoitunut, koska positiivisen varauksen jakautumisen keskipiste on vetyatomien välissä. (Serway ja Jewett, 2005).

Kuvio 4: Vesimolekyylin jakauma.

Vaikka BeH2-molekyylissä (berylliumhydridi - kuva 5), ​​lineaarisessa molekyylissä, ei ole polarisaatiota, koska positiivisten varausten (vetyjen) jakautumisen keskipiste on negatiivisten varausten (beryllium) jakautumisen keskipisteessä., peruuttamalla mahdolliset polarisaatiot. Tämä on ei-polaarinen molekyyli.

Kuvio 5: Berylliumhydridimolekyylin jakauma.

Samassa suussa, kun dielektrinen materiaali on sähkökentän E läsnä ollessa, molekyylit kohdistuvat sähkökentän funktiona, aiheuttaen pinnan varaustiheyden dielektrisen laitteen pinnoilla, jotka ovat kondensaattorilevyjen kanssa.

Tästä ilmiöstä johtuen dielektrisen laitteen sähkökenttä on pienempi kuin kondensaattorin muodostama ulkoinen sähkökenttä. Seuraava kuva (kuva 6) esittää sähköisesti polarisoitunutta dielektristä tasomaisesti yhdensuuntaisessa levykondensaattorissa.

On tärkeätä huomata, että tämä ilmiö johtaa helpommin polaarisiin materiaaleihin kuin ei-polaarisiin, johtuen polaroiduista molekyyleistä, jotka toimivat vuorovaikutuksessa tehokkaammin sähkökentän läsnä ollessa. Vaikka pelkkä sähkökentän esiintyminen aiheuttaa ei-polaaristen molekyylien polarisaation, johtaa samaan ilmiöön kuin polaarisilla materiaaleilla.

Kuva 6: Dielektrisen polarisoituneiden molekyylien mallit, jotka johtuvat sähkökentästä, ovat peräisin varautuneesta kondensaattorista.

Eräiden materiaalien dielektrisyysvakioarvot

Kondensaattoreiden toiminnallisuudesta, taloudellisuudesta ja lopullisesta hyödyllisyydestä riippuen käytetään erilaisia ​​eristysmateriaaleja niiden suorituskyvyn optimoimiseksi.

Materiaalit, kuten paperi, ovat erittäin edullisia, vaikka ne voivat rikkoutua korkeissa lämpötiloissa tai kosketuksissa veden kanssa. Vaikka kumi, se on silti muovattava, mutta kestävämpi. Meillä on myös posliini, joka kestää korkeita lämpötiloja, vaikka se ei sovi eri muotoihin tarpeen mukaan.

Alla on taulukko, jossa määritetään eräiden materiaalien dielektrisyysvakio, jossa dielektrisillä vakioilla ei ole yksikköä (ne ovat mitaton):

Taulukko 1: Joidenkin materiaalien dielektriset vakiot huoneenlämpötilassa.

Jotkut dielektristen materiaalien sovellukset

Dielektriset materiaalit ovat tärkeitä globaalissa yhteiskunnassa, ja niillä on laaja valikoima sovelluksia, muun muassa maanpäällisestä ja satelliittiviestinnästä, muun muassa radio-ohjelmistoista, GPS: stä, ympäristön seurannasta satelliittien kautta. (Sebastian, 2010)

Lisäksi Fiedziuszko ja muut (2002) kuvaavat dielektristen materiaalien merkitystä langattoman tekniikan, myös matkapuhelimen, kehittämisessä. He kuvaavat julkaisussaan tämän tyyppisten materiaalien merkityksen laitteiden miniatyrisoinnissa.

Tässä ajatusjärjestyksessä nykyaikaisuus on luonut suuren kysynnän materiaaleille, joilla on korkeat ja matalat dielektrisyysvakiot, teknologisen elämän kehittämiseen. Nämä materiaalit ovat tärkeitä komponentteja Internet-laitteille tietojen tallennustoimintojen, viestinnän ja tiedonsiirron suorituskyvyn kannalta. (Nalwa, 1999).

Viitteet

1. Fiedziuszko, SJ, Hunter, IC, Itoh, T., Kobayashi, Y., Nishikawa, T., Stitzer, SN, ja Wakino, K. (2002). Dielektriset materiaalit, laitteet ja piirit. IEEE-transaktiot mikroaaltouuniteoriasta ja -tekniikoista, 50 (3), 706-720.
2. Figueroa, D. (2001). Sähköinen vuorovaikutus. Caracas, Venezuela: Miguel Angel García ja Son, SRL.
3. Giancoli, D. (2006). Fyysistä. Alkaen sovelluksista. Meksiko: PEARSON-KOULUTUS.
4. Nalwa, HS (toim.). (1999). Käsikirja matalasta ja korkeasta dielektrisestä vakiosta materiaaleista ja niiden sovelluksista, kahden tilavuuden sarja. Elsevier.
5. Sebastian, MT (2010). Dielektriset materiaalit langattomaan viestintään. Elsevier.
6. Serway, R. & Jewett, J. (2005). Fysiikka tiedettä ja tekniikkaa varten. Meksiko: Kansainvälinen Thomson Editores.