IeejaDielektriskā konstante ir elektriskā konstante. Dielektriskā konstante
Relatīvā dielektriskā konstante vide ε - bezizmēra fiziskais daudzums, kas raksturo izolācijas (dielektriskās) vides īpašības. Tas ir saistīts ar dielektriķu polarizācijas efektu elektriskā lauka ietekmē (un ar šo efektu raksturojošās vides dielektriskās jutības vērtību). Vērtība ε parāda, cik reižu mijiedarbības spēks starp diviem elektriskajiem lādiņiem vidē ir mazāks nekā vakuumā. Gaisa un vairuma citu gāzu relatīvā dielektriskā konstante normālos apstākļos ir tuvu vienībai (to zemā blīvuma dēļ). Lielākajai daļai cieto vai šķidro dielektriķu relatīvā caurlaidība svārstās no 2 līdz 8 (statiskajam laukam). Ūdens dielektriskā konstante statiskā laukā ir diezgan augsta - aptuveni 80. Tās vērtības ir lielas vielām ar molekulām, kurām ir liels elektriskais dipols. Feroelektriķu relatīvā dielektriskā konstante ir desmiti un simti tūkstošu.
Praktiska lietošana
Dielektriskā konstante dielektriķi ir viens no galvenajiem parametriem elektrisko kondensatoru projektēšanā. Materiālu ar augstu dielektrisko konstanti izmantošana var ievērojami samazināt kondensatoru fiziskos izmērus.
Izstrādājot iespiedshēmas plates, tiek ņemts vērā dielektriskās konstantes parametrs. Vielas dielektriskās konstantes vērtība starp slāņiem kombinācijā ar tās biezumu ietekmē jaudas slāņu dabiskās statiskās kapacitātes vērtību, kā arī būtiski ietekmē vadu raksturīgo pretestību uz plates.
Frekvences atkarība
Jāatzīmē, ka dielektriskā konstante lielā mērā ir atkarīga no frekvences elektro magnētiskais lauks. Tas vienmēr ir jāņem vērā, jo atsauces tabulās parasti ir dati par statisku lauku vai zemām frekvencēm līdz dažām kHz vienībām, nenorādot Šis fakts. Tajā pašā laikā ir optiskas metodes relatīvās dielektriskās konstantes iegūšanai, pamatojoties uz refrakcijas indeksu, izmantojot elipsometrus un refraktometrus. Ar optisko metodi iegūtā vērtība (frekvence 10-14 Hz) būtiski atšķirsies no tabulās norādītajiem datiem.
Apsveriet, piemēram, ūdens gadījumu. Statiskā lauka gadījumā (nulles frekvence) relatīvā dielektriskā konstante normālos apstākļos ir aptuveni 80. Tas attiecas uz infrasarkanajām frekvencēm. Sākot no aptuveni 2 GHz ε r sāk krist. Optiskajā diapazonā ε r ir aptuveni 1,8. Tas pilnībā atbilst faktam, ka optiskajā diapazonā ūdens laušanas koeficients ir 1,33. Šaurā frekvenču diapazonā, ko sauc par optisko, dielektriskā absorbcija nokrītas līdz nullei, kas faktiski nodrošina cilvēka redzes mehānismu ar ūdens tvaikiem piesātinātajā zemes atmosfērā. Turpinot palielināt frekvenci, barotnes īpašības atkal mainās.
Dažu vielu dielektriskās konstantes vērtības
| Viela | Ķīmiskā formula | Mērīšanas nosacījumi | Raksturīga nozīmeε r |
|---|---|---|---|
| Alumīnijs | Al | 1 kHz | -1300 + 1,3 Veidne:Ei |
| Sudrabs | Ag | 1 kHz | -85 + 8Veidne:Ei |
| Vakuums | - | - | 1 |
| Gaiss | - | Normāli apstākļi, 0,9 MHz | 1,00058986 ± 0,00000050 |
| Oglekļa dioksīds | CO2 | Normāli apstākļi | 1,0009 |
| teflons | - | - | 2,1 |
| Neilons | - | - | 3,2 |
| Polietilēns | [-CH2-CH2-] n | - | 2,25 |
| Polistirols | [-CH2-C(C6H5)H-] n | - | 2,4-2,7 |
| Gumija | - | - | 2,4 |
| Bitumens | - | - | 2,5-3,0 |
| Oglekļa disulfīds | CS 2 | - | 2,6 |
| Parafīns | C 18 N 38 – C 35 N 72 | - | 2,0-3,0 |
| Papīrs | - | - | 2,0-3,5 |
| Elektroaktīvie polimēri | − | − | 2-12 |
| Ebonīts | (C6H9S) 2 | − | 2,5-3,0 |
| Plexiglas (plexiglass) | - | - | 3,5 |
| Kvarcs | SiO2 | - | 3,5-4,5 |
| Silīcija dioksīds | SiO2 | − | 3,9 |
| Bakelīts | - | - | 4,5 |
| Betons | − | − | 4,5 |
| Porcelāns | − | − | 4,5-4,7 |
| Stikls | − | − | 4,7 (3,7-10) |
| Stikla šķiedra FR-4 | - | - | 4,5-5,2 |
| Getinax | - | - | 5-6 |
| Vizla | - | - | 7,5 |
| Gumija | − | − | 7 |
| Polycor | 98% Al 2 O 3 | - | 9,7 |
| Dimants | − | − | 5,5-10 |
| Sāls | NaCl | − | 3-15 |
| Grafīts | C | − | 10-15 |
| Keramika | − | − | 10-20 |
| Silīcijs | Si | − | 11.68 |
| Bor | B | − | 2.01 |
| Amonjaks | NH 3 | 20°C | 17 |
| 0 °C | 20 | ||
| -40 °C | 22 | ||
| –80 °C | 26 | ||
| Etanols | C2H5OH vai CH3-CH2-OH | − | 27 |
| Metanols | CH3OH | − | 30 |
| Etilēna glikols | HO-CH2-CH2-OH | − | 37 |
| Furfurols | C5H4O2 | − | 42 |
Dielektriskś ķīmiskā iekļūšaná jaudu vide - fizikāls lielums, kas raksturo izolējošās (dielektriskās) vides īpašības un parāda elektriskās indukcijas atkarību no elektriskā lauka intensitātes.
To nosaka dielektriķu polarizācijas ietekme elektriskā lauka ietekmē (un ar šo efektu raksturojošās vides dielektriskās jutības vērtību).
Ir relatīvās un absolūtās dielektriskās konstantes.
Relatīvā dielektriskā konstante ε ir bezizmēra un parāda, cik reižu mijiedarbības spēks starp diviem elektriskajiem lādiņiem vidē ir mazāks nekā vakuumā. Šī vērtība gaisam un lielākajai daļai citu gāzu normālos apstākļos ir tuvu vienībai (to zemā blīvuma dēļ). Lielākajai daļai cieto vai šķidro dielektriķu relatīvā caurlaidība svārstās no 2 līdz 8 (statiskajam laukam). Ūdens dielektriskā konstante statiskā laukā ir diezgan augsta - aptuveni 80. Tās vērtības ir lielas vielām ar molekulām, kurām ir liels elektriskais dipola moments. Ferroelektriķu relatīvā dielektriskā konstante ir desmiti un simti tūkstošu.
Absolūto dielektrisko konstanti ārzemju literatūrā apzīmē ar burtu ε, pārsvarā tiek lietota kombinācija, kur ir elektriskā konstante. Absolūtā dielektriskā konstante tiek izmantota tikai Starptautiskajā vienību sistēmā (SI), kurā indukciju un elektriskā lauka stiprumu mēra dažādās vienībās. SGS sistēmā nav jāievieš absolūtā dielektriskā konstante. Absolūtās dielektriskās konstantes (tāpat kā elektriskās konstantes) izmērs ir L −3 M −1 T 4 I². Starptautiskās mērvienību sistēmas (SI) mērvienībās: =F/m.
Jāņem vērā, ka dielektriskā konstante lielā mērā ir atkarīga no elektromagnētiskā lauka frekvences. Tas vienmēr ir jāņem vērā, jo atsauces tabulās parasti ir dati par statisku lauku vai zemām frekvencēm līdz dažām kHz vienībām, nenorādot šo faktu. Tajā pašā laikā ir optiskas metodes relatīvās dielektriskās konstantes iegūšanai, pamatojoties uz refrakcijas indeksu, izmantojot elipsometrus un refraktometrus. Ar optisko metodi iegūtā vērtība (frekvence 10-14 Hz) būtiski atšķirsies no tabulās norādītajiem datiem.
Apsveriet, piemēram, ūdens gadījumu. Statiskā lauka gadījumā (nulles frekvence) relatīvā dielektriskā konstante normālos apstākļos ir aptuveni 80. Tas attiecas uz infrasarkanajām frekvencēm. Sākot no aptuveni 2 GHz ε r sāk krist. Optiskajā diapazonā ε r ir aptuveni 1,8. Tas pilnībā atbilst faktam, ka optiskajā diapazonā ūdens laušanas koeficients ir 1,33. Šaurā frekvenču diapazonā, ko sauc par optisko, dielektriskā absorbcija samazinās līdz nullei, kas faktiski nodrošina cilvēku ar redzes mehānismu [ avots nav norādīts 1252 dienas] ar ūdens tvaikiem piesātinātā zemes atmosfērā. Turpinot palielināt frekvenci, barotnes īpašības atkal mainās. Par ūdens relatīvās dielektriskās konstantes uzvedību frekvenču diapazonā no 0 līdz 10 12 (infrasarkanais apgabals) varat lasīt (angļu valodā)
Dielektriķu dielektriskā konstante ir viens no galvenajiem parametriem elektrisko kondensatoru izstrādē. Materiālu ar augstu dielektrisko konstanti izmantošana var ievērojami samazināt kondensatoru fiziskos izmērus.
Kondensatoru kapacitāti nosaka:
Kur ε r- vielas dielektriskā konstante starp plāksnēm, ε O- elektriskā konstante, S- kondensatora plākšņu laukums, d- attālums starp plāksnēm.
Izstrādājot iespiedshēmas plates, tiek ņemts vērā dielektriskās konstantes parametrs. Vielas dielektriskās konstantes vērtība starp slāņiem kombinācijā ar tās biezumu ietekmē jaudas slāņu dabiskās statiskās kapacitātes vērtību, kā arī būtiski ietekmē vadu raksturīgo pretestību uz plates.
PRETESTĪBA elektriskā, fiziskais lielums vienāds ar elektrisko pretestību ( cm. ELEKTRISKĀ IZTURĪBA) Vienības garuma (l = 1 m) un vienības šķērsgriezuma laukuma (S = 1 m 2) cilindriska vadītāja R.. r = R S/l. Si izteiksmē pretestības mērvienība ir omi. m pretestību var izteikt arī omi. cm pretestība ir materiāla īpašība, caur kuru plūst strāva, un ir atkarīga no materiāla, no kura tā ir izgatavota. Pretestība vienāda ar r = 1 oms. m nozīmē, ka no šī materiāla izgatavotam cilindriskam vadītājam, kura garums ir l = 1 m un šķērsgriezuma laukums S = 1 m 2, ir pretestība R = 1 oms. m Metālu pretestības vērtība ( cm. METĀLI), kas ir labi diriģenti ( cm. DIRIĢENTI), var būt vērtības 10 - 8 - 10 - 6 omi. m (piemēram, varš, sudrabs, dzelzs utt.). Dažu cieto dielektriķu pretestība ( cm. DIELEKTRISKI) var sasniegt vērtību 10 16 -10 18 Ohm.m (piemēram, kvarca stikls, polietilēns, elektroporcelāns utt.). Daudzu materiālu (īpaši pusvadītāju materiālu) pretestības vērtība cm. PUSVADĪTĀJU MATERIĀLI)) lielā mērā ir atkarīga no to attīrīšanas pakāpes, leģējošu piedevu klātbūtnes, termiskās un mehāniskās apstrādes utt. Vērtību s, pretestības apgriezto vērtību sauc par īpatnējo vadītspēju: s = 1/r Īpatnējo vadītspēju mēra siemensos ( cm. SIEMENS (vadītspējas vienība)) uz metru S/m. Elektriskā pretestība (vadītspēja) ir skalārais lielums izotropai vielai; un tenzors - anizotropai vielai. Anizotropos monokristālos elektriskās vadītspējas anizotropija ir apgrieztās efektīvās masas anizotropijas sekas ( cm. EFEKTĪVĀ MASA) elektroni un caurumi.
1-6. IZOLĀCIJAS ELEKTRISKĀ VADĪTĪBA
Ieslēdzot kabeļa vai stieples izolāciju uz nemainīgu spriegumu U, caur to iet strāva i, kas mainās atkarībā no laika (1.-3. att.). Šai strāvai ir nemainīgas sastāvdaļas - vadīšanas strāva (i ∞) un absorbcijas strāva, kur γ ir absorbcijas strāvai atbilstošā vadītspēja; T ir laiks, kurā strāva i abs samazinās līdz 1/e no sākotnējās vērtības. Bezgalīgi ilgu laiku i abs →0 un i = i ∞. Dielektriķu elektrovadītspēja ir izskaidrojama ar to, ka tajos ir noteikts daudzums brīvi lādētu daļiņu: jonu un elektronu.
Tipiskākais lielākajai daļai elektrisko ierīču izolācijas materiāli jonu elektrovadītspēja, kas iespējama izolācijā neizbēgami esošo piesārņotāju dēļ (mitruma piemaisījumi, sāļi, sārmi utt.). Dielektrikā ar jonu vadītspēju tiek stingri ievērots Faradeja likums - proporcionalitāte starp elektroenerģijas daudzumu, kas iet caur izolāciju, un vielas daudzumu, kas izdalās elektrolīzes laikā.
Paaugstinoties temperatūrai, elektroizolācijas materiālu pretestība samazinās, un to raksturo formula
kur_ρ o, A un B ir konkrēta materiāla konstantes; T - temperatūra, °K.
Lielāka izolācijas pretestības atkarība no mitruma rodas ar higroskopiskiem izolācijas materiāliem, galvenokārt šķiedrainiem (papīrs, kokvilnas dzija utt.). Tāpēc šķiedru materiāli tiek žāvēti un impregnēti, kā arī aizsargāti ar mitrumizturīgiem apvalkiem.
Izolācijas pretestība var samazināties, palielinoties spriegumam, jo izolācijas materiālos veidojas telpas lādiņi. Šajā gadījumā radītā papildu elektroniskā vadītspēja palielina elektrovadītspēju. Pastāv vadītspējas atkarība no sprieguma ļoti spēcīgi lauki(Ja. I. Frenkela likums):
kur γ o - vadītspēja vājos laukos; a ir nemainīgs. Visiem elektroizolācijas materiāliem ir raksturīgas noteiktas izolācijas vadītspējas vērtības G. Ideālā gadījumā izolācijas materiālu vadītspēja ir nulle. Īstiem izolācijas materiāliem vadītspēju uz kabeļa garuma vienību nosaka pēc formulas
Kabeļos, kuru izolācijas pretestība ir lielāka par 3-10 11 omi-m, un sakaru kabeļos, kur dielektriskās polarizācijas zudumi ir ievērojami lielāki par siltuma zudumiem, vadītspēju nosaka pēc formulas
Izolācijas vadītspēja sakaru tehnoloģijā ir līnijas elektriskais parametrs, kas raksturo enerģijas zudumus kabeļu serdeņu izolācijā. Vadītspējas vērtības atkarība no frekvences ir parādīta attēlā. 1-1. Vadītspējas apgrieztā vērtība, izolācijas pretestība, ir izolācijai pievadītā līdzstrāvas sprieguma (voltos) attiecība pret noplūdes spriegumu (ampēros), t.i.
kur R V ir tilpuma izolācijas pretestība, kas skaitliski nosaka šķērsli, ko rada strāvas pāreja caur izolācijas biezumu; R S - virsmas pretestība, kas nosaka šķērsli strāvas pārejai pa izolācijas virsmu.
Praktisks izmantoto izolācijas materiālu kvalitātes novērtējums ir īpatnējā tilpuma pretestība ρ V, kas izteikta omi-centimetros (ohm*cm). Skaitliski ρ V ir vienāds ar pretestību (omos) kubam ar 1 cm malu, kas izgatavots no dotā materiāla, ja strāva iet caur divām pretējām kuba malām. Īpatnējā virsmas pretestība ρ S ir skaitliski vienāda ar kvadrāta virsmas pretestību (omos), ja strāva tiek piegādāta elektrodiem, kas norobežo šī kvadrāta divas pretējās malas.
Viendzīslas kabeļa vai stieples izolācijas pretestību nosaka pēc formulas
Dielektriķu mitruma īpašības
Mitrumizturība - tā ir izolācijas uzticamība, ja tā atrodas ūdens tvaiku atmosfērā, kas ir tuvu piesātinājumam. Mitrumizturību novērtē pēc elektrisko, mehānisko un citu fizikālo īpašību izmaiņām pēc materiāla atrašanās atmosfērā ar augstu un augstu mitruma līmeni; par mitruma un ūdens caurlaidību; par mitruma un ūdens absorbciju.
Mitruma caurlaidība - materiāla spēja pārnest mitruma tvaikus relatīvā gaisa mitruma atšķirības klātbūtnē abās materiāla pusēs.
Mitruma absorbcija - materiāla spēja sorbēt ūdeni, ilgstoši pakļaujoties mitrā atmosfērā, kas ir tuvu piesātinājuma stāvoklim.
Ūdens absorbcija - materiāla spēja absorbēt ūdeni, ilgstoši iegremdējot ūdenī.
Tropu pretestība un tropikalizācija iekārtas – elektroiekārtu aizsardzība no mitruma, pelējuma, grauzējiem.
Dielektriķu termiskās īpašības
Lai raksturotu dielektriķu termiskās īpašības, tiek izmantoti šādi lielumi.
Karstumizturība– elektroizolācijas materiālu un izstrādājumu spēja izturēt augstu temperatūru un pēkšņas temperatūras izmaiņas, nekaitējot tiem. Nosaka pēc temperatūras, kurā novērojamas būtiskas mehānisko un elektrisko īpašību izmaiņas, piemēram, organiskajos dielektriķos sākas stiepes vai lieces deformācija slodzes ietekmē.
Siltumvadītspēja– siltuma pārneses process materiālā. To raksturo eksperimentāli noteikts siltumvadītspējas koeficients λ t t ir siltuma daudzums, kas vienā sekundē tiek pārnests caur 1 m biezu materiāla slāni, kura virsmas laukums ir 1 m 2 ar temperatūras starpību starp virsmām. slānis 1 °K. Dielektriķu siltumvadītspējas koeficients atšķiras plašā diapazonā. Gāzēm, porainiem dielektriķiem un šķidrumiem ir viszemākās vērtības λ t (gaisam λ t = 0,025 W/(m K), ūdenim λ t = 0,58 W/(m K)), kristāliskajiem dielektriķiem ir augstas vērtības. (kristāliskajam kvarcam λ t = 12,5 W/(m K)). Dielektriķu siltumvadītspējas koeficients ir atkarīgs no to struktūras (kausētam kvarcam λ t = 1,25 W/(m K)) un temperatūras.
Termiska izplešanās Dielektriķus novērtē pēc lineārās izplešanās temperatūras koeficienta: 
. Materiāliem ar zemu siltuma izplešanos, kā likums, ir augstāka siltuma pretestība un otrādi. Organisko dielektriķu termiskā izplešanās ievērojami (desmitiem un simtiem reižu) pārsniedz neorganisko dielektriķu izplešanos. Tāpēc no neorganiskajiem dielektriķiem izgatavoto detaļu izmēru stabilitāte temperatūras svārstību laikā ir ievērojami augstāka, salīdzinot ar organiskajām.
1. Absorbcijas strāvas
Absorbcijas strāvas ir dažāda veida lēnas polarizācijas nobīdes strāvas. Absorbcijas strāvas pie pastāvīga sprieguma plūsmas dielektrikā līdz līdzsvara stāvokļa izveidošanai, mainot to virzienu, kad spriegums tiek ieslēgts un izslēgts. Ar mainīgu spriegumu absorbcijas strāvas plūst visu laiku, kamēr dielektriķis atrodas elektriskajā laukā.
Vispār elektrība j dielektrikā ir caurejošās strāvas summa j sk un absorbcijas strāva j ab
j = j sk + j ab.
Absorbcijas strāvu var noteikt ar nobīdes strāvu j cm - elektriskās indukcijas vektora izmaiņu ātrums D
Caurlaides strāvu nosaka pārnešana (kustība) iekšā elektriskais lauks dažādi lādiņu nesēji.
2. Elektroniskā elektrovadītspēju raksturo elektronu kustība lauka ietekmē. Papildus metāliem tas ir ogleklis, metālu oksīdos, sulfīdos un citās vielās, kā arī daudzos pusvadītājos.
3. Jonu - ko izraisa jonu kustība. To novēro elektrolītu – sāļu, skābju, sārmu šķīdumos un kausējumos, kā arī daudzos dielektriķos. To iedala iekšējā un piemaisījumu vadītspējā. Iekšējā vadītspēja ir saistīta ar disociācijas laikā iegūto jonu kustību molekulas. Jonu kustību elektriskajā laukā pavada elektrolīze – vielas pārnešana starp elektrodiem un izdalīšanās uz elektrodiem. Polārie šķidrumi ir vairāk disociēti un tiem ir augstāka elektrovadītspēja nekā nepolāriem šķidrumiem.
Nepolāros un vāji polāros šķidrajos dielektriķos (minerāleļļas, silikona šķidrumi) elektrisko vadītspēju nosaka piemaisījumi.
4. Molona elektriskā vadītspēja - ko izraisa lādētu daļiņu kustība, ko sauc molions. To novēro koloidālās sistēmās, emulsijās , suspensijas . Molionu kustību elektriskā lauka ietekmē sauc elektroforēze. Elektroforēzes laikā, atšķirībā no elektrolīzes, neveidojas dispersās fāzes relatīvā koncentrācija dažādos šķidruma slāņos. Elektroforētiskā vadītspēja tiek novērota, piemēram, eļļās, kas satur emulģētu ūdeni.
Dielektriskā konstante dielektriskā konstante
vērtība ε, kas parāda, cik reižu mijiedarbības spēks starp diviem elektriskajiem lādiņiem vidē ir mazāks nekā vakuumā. Izotropā vidē ε ir saistīts ar dielektrisko jutību χ ar attiecību: ε = 1 + 4π χ. Anizotropās vides dielektriskā konstante ir tensors. Dielektriskā konstante ir atkarīga no lauka frekvences; spēcīgos elektriskos laukos dielektriskā konstante sāk būt atkarīga no lauka intensitātes.
DIELEKTRISKĀ KONSTANTEDIELEKTRISKĀ NEPĀRTRAUKTĪBA, bezdimensijas lielums e, kas parāda, cik reižu mijiedarbības spēks F starp elektriskajiem lādiņiem dotajā vidē ir mazāks par to mijiedarbības spēku F o vakuumā:
e =F o /F.
Dielektriskā konstante parāda, cik reižu lauku vājina dielektriķis (cm. DIELEKTRISKI), kas kvantitatīvi raksturo dielektriķa īpašību būt polarizētam elektriskā laukā.
Vielas relatīvās dielektriskās konstantes vērtību, kas raksturo tās polarizācijas pakāpi, nosaka polarizācijas mehānismi. (cm. POLARIZĀCIJA). Tomēr vērtība lielā mērā ir atkarīga no vielas agregācijas stāvokļa, jo, pārejot no viena stāvokļa uz otru, būtiski mainās vielas blīvums, viskozitāte un izotropija. (cm. IZOTROPIJA).
Gāzu dielektriskā konstante
Gāzveida vielām raksturīgs ļoti zems blīvums, jo starp molekulām ir lieli attālumi. Sakarā ar to visu gāzu polarizācija ir nenozīmīga un to dielektriskā konstante ir tuvu vienībai. Gāzes polarizācija var būt tīri elektroniska vai dipola, ja gāzes molekulas ir polāras, tomēr šajā gadījumā primārā nozīme ir elektroniskajai polarizācijai. Polarizācija dažādas gāzes jo lielāks ir gāzes molekulas rādiuss un skaitliski tuvu šīs gāzes laušanas koeficienta kvadrātam.
Gāzes atkarību no temperatūras un spiediena nosaka molekulu skaits uz gāzes tilpuma vienību, kas ir proporcionāls spiedienam un apgriezti proporcionāls absolūtajai temperatūrai.
Normālos apstākļos gaisam ir e = 1,0006, un tā temperatūras koeficients ir aptuveni 2. 10 -6 K -1 .
Šķidru dielektriķu dielektriskā konstante
Šķidrie dielektriķi var sastāvēt no nepolārām vai polārām molekulām. Nepolāru šķidrumu e vērtību nosaka elektroniskā polarizācija, tāpēc tā ir maza, tuvu gaismas laušanas kvadrāta vērtībai un parasti nepārsniedz 2,5. Nepolāra šķidruma e atkarība no temperatūras ir saistīta ar molekulu skaita samazināšanos tilpuma vienībā, t.i., ar blīvuma samazināšanos, un tā temperatūras koeficients ir tuvs šķidruma tilpuma izplešanās temperatūras koeficientam, bet atšķiras pēc zīmes.
Dipola molekulas saturošu šķidrumu polarizāciju vienlaikus nosaka elektroniskie un dipola relaksācijas komponenti. Šādiem šķidrumiem ir lielāka dielektriskā konstante, jo lielāka ir dipolu elektriskā momenta vērtība (cm. DIPOLS) un ar ko lielāks skaits molekulas tilpuma vienībā. Temperatūras atkarība polāro šķidrumu gadījumā ir sarežģīta.
Cieto dielektriķu dielektriskā konstante
Cietās vielās tas var iegūt dažādas skaitliskās vērtības atbilstoši cietā dielektriķa struktūras īpatnībām. Cietajos dielektriķos ir iespējami visi polarizācijas veidi.
Mazākā e vērtība ir atrodama cietos dielektriķos, kas sastāv no nepolārām molekulām un kuriem ir tikai elektroniska polarizācija.
Cietajiem dielektriķiem, kas ir jonu kristāli ar blīvi iesaiņotām daļiņām, ir elektroniska un jonu polarizācija, un tiem ir e vērtības, kas atrodas plašā diapazonā (e akmens sāls- 6; e korunds - 10; e rutils - 110; e kalcija titanāts - 150).
Dažādu neorganisko stiklu e, kas tuvojas amorfo dielektriķu struktūrai, atrodas salīdzinoši šaurā diapazonā no 4 līdz 20.
Polārajiem organiskajiem dielektriķiem cietā stāvoklī ir dipola relaksācijas polarizācija. Šie materiāli lielā mērā ir atkarīgi no pielietotā sprieguma temperatūras un frekvences, ievērojot tos pašus likumus kā dipolu šķidrumiem.
enciklopēdiskā vārdnīca. 2009 .
Skatiet, kas ir “dielektriskā konstante” citās vārdnīcās:
e vērtība, kas parāda, cik reižu mijiedarbības spēks starp diviem elektriskajiem lādiņiem vidē ir mazāks nekā vakuumā. Izotropā vidē e ir saistīts ar dielektrisko jutību ar attiecību: e = 1 + 4pc. Dielektriskā konstante…… Lielā enciklopēdiskā vārdnīca
Vērtība e, kas raksturo dielektriķu polarizāciju elektrības ietekmē. lauks E.D.p ir iekļauts Kulona likumā kā lielums, kas parāda, cik reižu divu brīvo lādiņu mijiedarbības spēks dielektrikā ir mazāks nekā vakuumā. Vājināšanās...... Fiziskā enciklopēdija
DIELEKTRISKĀ NEPĀRTRAUKTĪBA, Vērtība e, kas parāda, cik reižu divu elektrisko lādiņu mijiedarbības spēks vidē ir mazāks nekā vakuumā. E vērtība ir ļoti atšķirīga: ūdeņradis 1,00026, transformatora eļļa 2,24, ... ... Mūsdienu enciklopēdija
- (apzīmējums e), fizikā viena no īpašībām dažādi materiāli(skatiet DIELEKTRISKU). To izsaka ar ELEKTRISKĀS PLŪSMAS blīvuma attiecību vidē un ELEKTRISKĀ LAUKA intensitāti, kas to izraisa. Vakuuma dielektriskā konstante...... Zinātniskā un tehniskā enciklopēdiskā vārdnīca
dielektriskā konstante- Vērtība, kas raksturo di elektriskās īpašības viela, skalārs izotropai vielai un tensors anizotropai vielai, kuras reizinājums pēc elektriskā lauka stipruma ir vienāds ar elektrisko pārvietojumu. [GOST R 52002, 2003]… … Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
Dielektriskā konstante- DIELEKTRISKĀ NEPĀRTRAUKTĪBA, vērtība e, kas parāda, cik reižu divu elektrisko lādiņu mijiedarbības spēks vidē ir mazāks nekā vakuumā. E vērtība ir ļoti atšķirīga: ūdeņradis 1,00026, transformatora eļļa 2,24, ... ... Ilustrētā enciklopēdiskā vārdnīca
Dielektriskā konstante- vielas dielektriskās īpašības raksturojošs lielums, izotropai vielai skalārs un anizotropai vielai tensors, kura reizinājums pēc elektriskā lauka intensitātes ir vienāds ar elektrisko nobīdi... Avots:... ... Oficiālā terminoloģija
dielektriskā konstante- absolūtā dielektriskā konstante; nozare dielektriskā konstante Skalārais daudzums, kas raksturo dielektriķa elektriskās īpašības un ir vienāds ar elektriskās nobīdes lieluma attiecību pret elektriskā lauka intensitātes lielumu... Politehnisko terminu skaidrojošā vārdnīca
Absolūtā dielektriskā konstante Relatīvā dielektriskā konstante Vakuuma dielektriskā konstante ... Wikipedia
dielektriskā konstante- dielektrinė skvarba statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektrinio srauto tankio tiriamojoje medžiagoje ir elektrinio lauko stiprio santykis. atitikmenys: engl. dielektriskā konstante; dielektriskā caurlaidība; caurlaidība rus. dielektrisks...... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Grāmatas
- Materiālu īpašības. Anizotropija, simetrija, struktūra. Per. no angļu valodas , Newnham R.E. Šī grāmata ir veltīta anizotropijai un attiecībām starp materiālu struktūru un to īpašībām. Tas aptver plašu tēmu loku un ir sava veida ievadkurss par fizikālajām īpašībām...
DIELEKTRISKĀ KONSTANTE
Vides dielektriskā konstanteε c ir lielums, kas raksturo vides ietekmi uz elektrisko lauku mijiedarbības spēkiem. Ir dažādas vides dažādas nozīmesε c .
Vakuuma absolūto dielektrisko konstanti sauc par elektrisko konstanti ε 0 =8,85 10 -12 f/m.
Vides absolūtās dielektriskās konstantes attiecību pret elektrisko konstanti sauc par relatīvo dielektrisko konstanti
tie. relatīvā dielektriskā konstante ε ir vērtība, kas norāda, cik reižu vides absolūtā dielektriskā konstante ir lielāka par elektrisko konstanti. Lielumam ε nav dimensijas.
1. tabula
Izolācijas materiālu relatīvā dielektriskā konstante
Kā redzams no tabulas, lielākajai daļai dielektriķu ε = 1-10 un maz ir atkarīgs no elektriskie apstākļi un apkārtējās vides temperatūru .
Ir dielektriķu grupa, ko sauc feroelektriķi, kurā ε var sasniegt vērtības līdz 10 000 un ε lielā mērā ir atkarīgs no ārējā lauka un temperatūras. Ferroelektrikā ietilpst bārija titanāts, svina titanāts, Rošella sāls utt.
Kontroles jautājumi
1. Kāda ir alumīnija un vara atoma uzbūve?
2. Kādās vienībās mēra atomu un to daļiņu izmērus?
3. Kāds elektriskais lādiņš ir elektroniem?
4. Kāpēc vielas normālā stāvoklī ir elektriski neitrālas?
5. Ko sauc par elektrisko lauku un kā to nosacīti attēlo?
6. No kā ir atkarīgs elektrisko lādiņu mijiedarbības spēks?
7. Kāpēc daži materiāli ir vadītāji, bet citi izolatori?
8. Kurus materiālus klasificē kā vadītājus un kuri izolatorus?
9. Kā var uzlādēt savu ķermeni ar pozitīvu elektrību?
10. Ko sauc par relatīvo dielektrisko konstanti?
VIRTUĀLAIS LABORATORIJAS DARBS Nr.3 ON
CIETVIELAS FIZIKA
Ieviešanas vadlīnijas laboratorijas darbi Nr.3 fizikas sadaļā " Ciets» visu mācību formu tehnisko specialitāšu studentiem
Krasnojarska 2012
Recenzents
Fizikas un matemātikas zinātņu kandidāts, asociētais profesors O.N. Bandurina
(Sibīrijas Valsts aviācijas un kosmosa universitāte
nosaukts akadēmiķa M.F. Rešetņevs)
Publicēts ar IKT metodiskās komisijas lēmumu
Pusvadītāju dielektriskās konstantes noteikšana. Virtuālais laboratorijas darbs Nr.3 par cietvielu fiziku: Laboratorijas darbu veikšanas vadlīnijas Nr.3 “Cietvielu” fizikas sadaļā tehnikuma studentiem. speciālists. visas izglītības formas / sastādītājs: A.M. Harkova; Sib. Valsts aviācija univ. – Krasnojarska, 2012. – 21 lpp.
Sibīrijas valsts aviācija
Universitāte nosaukta akadēmiķa M.F. Rešetņeva, 2012
Ievads……………………………………………………………………………………………4
Uzņemšana laboratorijas darbā…………………………………………………………4
Laboratorijas darbu sagatavošana aizstāvēšanai…………………………………………4
Pusvadītāju dielektriskās konstantes noteikšana…………........5
Metodes teorija…………………………………………………………………………………......5
Dielektriskās konstantes mērīšanas metodika…………………..……..11
Mērījumu rezultātu apstrāde………………………………………………………16
Pārbaudes jautājumi…………………………………………………………….17
Pārbaude………………………………………………………………………………….17
Atsauces……………………………………………………………………………………20
Pielikums……………………………………………………………………………………………21
IEVADS
Dati vadlīnijas satur aprakstus laboratorijas darbiem, kuros virtuālie modeļi no kursa “Cietvielu fizika”.
Uzņemšana laboratorijas darbā:
Vada skolotājs grupās ar katra skolēna personīgu aptauju. Uzņemšanai:
1) Katrs students vispirms sagatavo savus personīgos pierakstus šim laboratorijas darbam;
2) Skolotājs individuāli pārbauda piezīmju noformējumu un uzdod jautājumus par teoriju, mērīšanas paņēmieniem, uzstādīšanu un rezultātu apstrādi;
3) students atbild uz uzdotajiem jautājumiem;
4) Skolotājs ļauj skolēnam strādāt un parakstās uz skolēna piezīmēm.
Laboratorijas darbu sagatavošana aizstāvēšanai:
Pilnībā pabeigtam un aizstāvēšanai sagatavotam darbam jāatbilst šādām prasībām:
Visu punktu aizpildīšana: visi nepieciešamo vērtību aprēķini, visas tabulas aizpildītas ar tinti, visi grafiki uzzīmēti utt.
Grafikiem jāatbilst visām skolotāja prasībām.
Visām tabulās norādītajām vērtībām ir jāuzraksta atbilstošā mērvienība.
Secinājumi par katru grafiku tika reģistrēti.
Atbilde tika uzrakstīta noteiktajā formā.
Secinājumi, kas balstīti uz atbildi, tika ierakstīti.
PUSVADĪTĀJU DIELEKTRISKĀS NEPĀRTRAUKTĪBAS NOTEIKŠANA
Metodes teorija
Polarizācija ir dielektriķa spēja polarizēties elektriskā lauka ietekmē, t.i. mainīt savienoto lādēto dielektrisko daļiņu atrašanās vietu telpā.
Vissvarīgākais īpašums dielektriķi ir to spēja elektriski polarizēties, t.i. elektriskā lauka ietekmē ierobežotā attālumā notiek lādētu daļiņu vai molekulu virzīta pārvietošanās. Elektriskā lauka ietekmē tiek pārvietoti lādiņi gan polārajās, gan nepolārajās molekulās.
Ir vairāk nekā ducis dažādi veidi polarizācija. Apskatīsim dažus no tiem:
1. Elektroniskā polarizācija ir elektronu orbītu nobīde attiecībā pret pozitīvi lādētu kodolu. Tas sastopams visos jebkuras vielas atomos, t.i. visos dielektriķos. Elektroniskā polarizācija tiek noteikta 10 -15 -10 -14 s laikā.
2. Jonu polarizācija– pretēji lādētu jonu pārvietošanās viens pret otru vielās ar jonu saitēm. Tās izveidošanas laiks ir 10 -13 -10 -12 s. Elektroniskā un jonu polarizācija ir momentāna vai deformācijas veidi polarizācija.
3. Dipola vai orientācijas polarizācija dipolu orientācijas dēļ elektriskā lauka virzienā. Polārajiem dielektriķiem ir dipola polarizācija. Tās izveidošanas laiks ir 10 -10 -10 -6 s. Dipola polarizācija ir viens no lēnas vai relaksācijas polarizācijas veidiem.
4. Migrācijas polarizācija novērots neviendabīgos dielektriķos, kuros elektriskie lādiņi uzkrājas uz neviendabīguma apgabala robežas. Migrācijas polarizācijas noteikšanas procesi ir ļoti lēni un var notikt dažu minūšu un pat stundu laikā.
5. Jonu relaksācijas polarizācija izraisa pārmērīga vāji saistītu jonu pārnešana elektriskā lauka ietekmē attālumos, kas pārsniedz režģa konstanti. Jonu relaksācijas polarizācija izpaužas dažos kristāliskas vielas ja tie satur piemaisījumus jonu veidā vai irdenu kristāliskā režģa iepakojumu. Tās izveidošanas laiks ir 10 -8 -10 -4 s.
6. Elektroniskā relaksācijas polarizācija rodas pārmērīgu "defektu" elektronu vai "caurumu" dēļ, ko ierosina siltumenerģija. Šāda veida polarizācija, kā likums, izraisa augstu dielektrisko konstanti.
7. Spontāna polarizācija– spontāna polarizācija, kas notiek dažās vielās (piemēram, Rošella sālī) noteiktā temperatūras diapazonā.
8. Elastīgā-dipola polarizācija saistīta ar dipolu elastīgo rotāciju mazos leņķos.
9. Atlikušā polarizācija– polarizācija, kas dažās vielās (elektretos) saglabājas ilgu laiku pēc elektriskā lauka noņemšanas.
10. Rezonanses polarizācija. Ja elektriskā lauka frekvence ir tuva dipolu svārstību dabiskajai frekvencei, tad var palielināties molekulu vibrācijas, kas novedīs pie rezonanses polarizācijas parādīšanās dipola dielektrikā. Rezonanses polarizācija tiek novērota frekvencēs, kas atrodas infrasarkanās gaismas reģionā. Īstam dielektriķim vienlaikus var būt vairāki polarizācijas veidi. Tiek noteikta viena vai cita veida polarizācijas rašanās fizikālās un ķīmiskās īpašības vielas un izmantoto frekvenču diapazonu.
Galvenie parametri:
ε – dielektriskā konstante– materiāla polarizācijas spējas mērs; tas ir lielums, kas parāda, cik reizes pārsniedz elektrisko lādiņu mijiedarbības spēku šo materiālu mazāk nekā vakuumā. Dielektriķa iekšpusē parādās lauks, kas vērsts pretī ārējam.
Ārējā lauka intensitāte, salīdzinot ar vienādu lādiņu lauku vakuumā, vājina ε reizes, kur ε ir relatīvā dielektriskā konstante.
Ja vakuumu starp kondensatora plāksnēm aizstāj ar dielektriķi, tad polarizācijas rezultātā kapacitāte palielinās. Tas ir pamats vienkāršai dielektriskās konstantes definīcijai:
kur C 0 ir kondensatora kapacitāte, starp kura plāksnēm ir vakuums.
C d ir tā paša kondensatora kapacitāte ar dielektriķi.
Izotropās vides dielektrisko konstanti ε nosaka sakarība:
(2)
kur χ ir dielektriskā jutība.
D = tan δ – dielektrisko zudumu tangenss
Dielektriskie zudumi - zaudējumiem elektriskā enerģija, ko izraisa strāvu plūsma dielektriķos. Izšķir caurvadīšanas strāvu I sc.pr, ko izraisa neliels skaits viegli kustīgu jonu dielektriķos, un polarizācijas strāvas. Ar elektronisko un jonu polarizāciju polarizācijas strāvu sauc par nobīdes strāvu I cm, tā ir ļoti īslaicīga, un to nereģistrē instrumenti. Strāvas, kas saistītas ar lēniem (relaksācijas) polarizācijas veidiem, sauc par absorbcijas strāvām I abs. Vispārīgā gadījumā kopējo strāvu dielektrikā nosaka šādi: I = I abs + I sk.pr. Pēc polarizācijas noteikšanas kopējā strāva būs vienāda ar: I=I rms. Ja pastāvīgā laukā sprieguma ieslēgšanas un izslēgšanas brīdī rodas polarizācijas strāvas, un kopējo strāvu nosaka saskaņā ar vienādojumu: I = I sk.pr, tad mainīgā laukā polarizācijas strāvas rodas brīdī sprieguma polaritātes izmaiņas. Tā rezultātā zudumi dielektrikā mainīgā laukā var būt ievērojami, īpaši, ja pielietotā sprieguma puscikls tuvojas polarizācijas izveidošanas laikam.
Attēlā 1(a) parāda ķēdi, kas līdzvērtīga kondensatoram ar dielektrisku, kas atrodas maiņstrāvas ķēdē. Šajā shēmā kondensators ar reālu dielektriķi, kuram ir zudumi, tiek aizstāts ar ideālu kondensatoru C ar paralēlu aktīvo pretestību R. Attēlā. Attēlā 1(b) parādīta aplūkojamās ķēdes strāvu un spriegumu vektordiagramma, kur U ir ķēdes spriegums; I ak – aktīvā strāva; I r – reaktīvā strāva, kas fāzē ir par 90° priekšā aktīvajai komponentei; I ∑ - kopējā strāva. Šajā gadījumā: I а =I R =U/R un I р =I C =ωCU, kur ω ir mainīgā lauka cirkulārā frekvence.
Rīsi. 1. (a) – diagramma; (b) – strāvu un spriegumu vektoru diagramma
Dielektriskā zuduma leņķis ir leņķis δ, kas līdz 90° papildina fāzes nobīdes leņķi φ starp strāvu I ∑ un spriegumu U kapacitatīvā ķēdē. Zudumus dielektriķos mainīgā laukā raksturo dielektrisko zudumu tangenss: tan δ=I a /I r.
Dielektrisko zudumu pieskares robežvērtības augstfrekvences dielektriķiem nedrīkst pārsniegt (0,0001 - 0,0004), bet zemfrekvences dielektriķiem - (0,01 - 0,02).
ε un tan δ atkarības no temperatūras T un frekvences ω
Materiālu dielektriskie parametri dažādās pakāpēs ir atkarīgi no temperatūras un frekvences. Liels skaits dielektriskie materiāli neļauj aptvert visu atkarību no šiem faktoriem pazīmes.
Tāpēc attēlā. 2 (a, b) attēlo vispārīgas tendences, kas raksturīgas dažām galvenajām grupām, t.i. Dotas tipiskās dielektriskās konstantes ε atkarības no temperatūras T (a) un frekvences ω (b).
Rīsi. 2. Dielektriskās konstantes reālās (εʹ) un iedomātās (εʺ) daļas frekvences atkarība orientācijas relaksācijas mehānisma klātbūtnē.
Kompleksā dielektriskā konstante. Relaksācijas procesu klātbūtnē ir ērti rakstīt dielektrisko konstanti kompleksā formā. Ja Debye formula ir derīga polarizējamībai:
(3)
kur τ ir relaksācijas laiks, α 0 ir statistiskā orientācijas polarizējamība. Tad, pieņemot, ka vietējais lauks ir vienāds ar ārējo, mēs iegūstam (SGS):
εʹ un εʺ atkarības no reizinājuma ωτ grafiki ir parādīti attēlā. 2. Ņemiet vērā, ka εʹ (ε reālā daļa) samazināšanās notiek tuvu εʺ maksimumam (ε iedomātā daļa).
Šī εʹ un εʺ variācija ar frekvenci ir biežs piemērs vispārīgākam rezultātam, saskaņā ar kuru εʹ(ω) no frekvences ietver arī εʺ(ω) atkarību no frekvences. SI sistēmā 4π jāaizstāj ar 1/ε 0.
Pielietotā lauka ietekmē molekulas nepolārā dielektrikā tiek polarizētas, kļūstot par dipoliem ar inducētu dipola momentu μ Un, proporcionāls lauka intensitātei:
(5)
Polārajā dielektrikā polārās molekulas dipola moments μ parasti ir vienāds ar vektora summa pašu μ 0 un inducēto μ Un mirkļi:
(6)
Šo dipolu radītā lauka intensitāte ir proporcionāla dipola momentam un apgriezti proporcionāla attāluma kubam.
Nepolāriem materiāliem parasti ε = 2 – 2,5 un nav atkarīgs no frekvences līdz ω ≈10 12 Hz. ε atkarība no temperatūras ir saistīta ar to, ka tai mainoties, mainās cietvielu lineārie izmēri un šķidro un gāzveida dielektriķu tilpumi, kas maina molekulu skaitu n uz tilpuma vienību.
un attālumus starp tiem. Izmantojot dielektriķu teorijā zināmās attiecības F=n\μ Un Un F=ε 0 (ε - 1)E, Kur F– materiāla polarizācija, nepolāriem dielektriķiem mums ir:
(7)
Kad E=const arī μ Un= const un temperatūras izmaiņas ε ir saistītas tikai ar n izmaiņām, kas ir temperatūras Θ lineāra funkcija, arī atkarība ε = ε(Θ) ir lineāra. Polārajiem dielektriķiem nav analītiskas atkarības, un parasti tiek izmantotas empīriskas.
1) Paaugstinoties temperatūrai, dielektriķa tilpums palielinās un dielektriskā konstante nedaudz samazinās. ε samazinājums ir īpaši jūtams nepolāro dielektriķu mīkstināšanas un kušanas periodā, kad to tilpums ievērojami palielinās. Tā kā elektronu cirkulācija orbītās ir augsta frekvence (apmēram 10 15 – 10 16 Hz), elektroniskās polarizācijas līdzsvara stāvokļa izveidošanās laiks ir ļoti īss un nepolāro dielektriķu caurlaidība ε nav atkarīga no lauka frekvences. parasti izmantotais frekvenču diapazons (līdz 10 12 Hz).
2) Paaugstinoties temperatūrai, vājinās saites starp atsevišķiem joniem, kas atvieglo to mijiedarbību ārējā lauka ietekmē un tas noved pie jonu polarizācijas un dielektriskās konstantes ε palielināšanās. Īsā laika dēļ, kas nepieciešams, lai noteiktu jonu polarizācijas stāvokli (apmēram 10 13 Hz, kas atbilst jonu vibrāciju dabiskajai frekvencei kristāla režģis) ārējā lauka frekvences izmaiņām parastajos darbības diapazonos praktiski nav ietekmes uz ε vērtību jonu materiālos.
3) Polāro dielektriķu dielektriskā konstante ir ļoti atkarīga no ārējā lauka temperatūras un frekvences. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās daļiņu kustīgums un samazinās to savstarpējās mijiedarbības enerģija, t.i. to orientācija tiek atvieglota ārējā lauka ietekmē - palielinās dipola polarizācija un dielektriskā konstante. Tomēr šis process turpinās tikai līdz noteiktai temperatūrai. Ar turpmāku temperatūras paaugstināšanos caurlaidība ε samazinās. Tā kā dipolu orientācija lauka virzienā tiek veikta termiskās kustības procesā un caur termisko kustību, polarizācijas noteikšana prasa ievērojamu laiku. Šis laiks ir tik ilgs, ka mainīgos augstas frekvences laukos dipoliem nav laika orientēties pa lauku, un caurlaidība ε samazinās.
Dielektriskās konstantes mērīšanas metodika
Kondensatora jauda. Kondensators ir divu ar dielektriķi atdalītu vadītāju (plākšņu) sistēma, kuras biezums ir mazs, salīdzinot ar vadītāju lineārajiem izmēriem. Piemēram, divas plakanas metāla plāksnes, kas novietotas paralēli un atdalītas ar dielektrisko slāni, veido kondensatoru (3. att.).
Ja plakanā kondensatora plāksnēm ir vienāda lieluma un pretēju zīmju lādiņi, tad elektriskā lauka stiprums starp plāksnēm būs divas reizes lielāks par vienas plāksnes lauka intensitāti:
(8)
kur ε ir dielektriskā dielektriskā konstante, kas aizpilda telpu starp plāksnēm.
Fiziskais daudzums, ko nosaka uzlādes koeficients q vienu no kondensatora plāksnēm uz potenciālu starpību Δφ starp kondensatora plāksnēm sauc kondensatora kapacitāte:
(9)
SI elektriskās jaudas mērvienība - Farads(F). Kondensatoram ar jaudu 1 F ir potenciālu starpība starp tā plāksnēm, kas vienāda ar 1 V, ja uz plāksnēm tiek pievadīti atšķirīgi lādiņi 1 C: 1 F = 1 C/1 V.
Paralēlā plākšņu kondensatora kapacitāte. Plakanā kondensatora elektriskās jaudas aprēķināšanas formulu var iegūt, izmantojot izteiksmi (8). Faktiski lauka stiprums ir: E= φ/εε 0 = q/εε 0 S, Kur S- plāksnes laukums. Tā kā lauks ir vienmērīgs, potenciālu starpība starp kondensatora plāksnēm ir vienāda ar: φ 1 – φ 2 = Ed = qd/εε 0 S, Kur d- attālums starp plāksnēm. Aizvietojot formulu (9), iegūstam plakana kondensatora elektriskās jaudas izteiksmi:
(10)
Kur ε 0 - gaisa dielektriskā konstante; S- kondensatora plāksnes laukums, S=hl, Kur h- plāksnes platums, l- tā garums; d- attālums starp kondensatora plāksnēm.
Izteiksme (10) parāda, ka kondensatora elektrisko kapacitāti var palielināt, palielinot laukumu S tā pārsegus, samazinot attālumu d starp tiem un dielektriķu izmantošanu ar lielām dielektriskās konstantes ε vērtībām.
Rīsi. 3. Kondensators ar tajā ievietotu dielektriķi
Ja starp kondensatora plāksnēm ievieto dielektrisko plāksni, kondensatora kapacitāte mainīsies. Jāapsver iespēja starp kondensatora plāksnēm novietot dielektrisko plāksni.
Apzīmēsim: d c – gaisa spraugas biezums, d m – dielektriskās plāksnes biezums, l B ir kondensatora gaisa daļas garums, l m ir ar dielektriķi piepildītās kondensatora daļas garums, ε m ir materiāla dielektriskā konstante. Ņemot vērā, ka l = l in + l m, a d = d in + d m, tad šīs iespējas var apsvērt šādos gadījumos:
Kad l in = 0, d pie = 0 mums ir kondensators ar cietu dielektriķi:
(11)
No klasiskās makroskopiskās elektrodinamikas vienādojumiem, kas balstīti uz Maksvela vienādojumiem, izriet, ka, ievietojot dielektriķi vājā mainīgā laukā, kas mainās atbilstoši harmonikas likumam ar frekvenci ω, kompleksās caurlaidības tensors iegūst šādu formu:
(12)
kur σ ir vielas optiskā vadītspēja, εʹ ir vielas dielektriskā konstante, kas saistīta ar dielektriķa polarizāciju. Izteiksmi (12) var samazināt līdz nākamais skats:
(13)
kur iedomātais termins ir atbildīgs par dielektriskajiem zudumiem.
Praksē tiek mērīts C - plakana kondensatora formas parauga kapacitāte. Šim kondensatoram ir raksturīgs dielektrisko zudumu tangenss:
tgδ=ωCR c (14)
vai kvalitātes faktors:
Q c = 1/ tanδ (15)
kur R c ir pretestība, galvenokārt atkarīga no dielektriskajiem zudumiem. Šo raksturlielumu mērīšanai ir vairākas metodes: dažādas tiltu metodes, mērījumi ar izmērītā parametra pārvēršanu laika intervālā utt. .
Mērot šajā darbā kapacitāti C un dielektrisko zudumu tangensu D = tanδ, mēs izmantojām uzņēmuma GOOD WILL INSTRUMENT Co Ltd izstrādāto paņēmienu. Mērījumi tika veikti ar precīzas immitances mērītāju - LCR-819-RLC. Ierīce ļauj izmērīt kapacitāti diapazonā no 20 pF līdz 2,083 mF, zudumu tangensu diapazonā no 0,0001 līdz 9999 un izmantot novirzes lauku. Iekšējā nobīde līdz 2 V, ārējā nobīde līdz 30 V. Mērījumu precizitāte ir 0,05%. Testa signāla frekvence 12 Hz -100 kHz.
Šajā darbā mērījumi tika veikti ar frekvenci 1 kHz temperatūras diapazonā 77 K< T < 270 К в нулевом магнитном поле и в поле 5 kOe. Образцы для измерений имели форму параллелепипеда с размерами 2*3*4 мм (х=0.1), где d = 2 мм – толщина образца, площадь грани S = 3*4 мм 2 .
Saņemšanas nolūkos temperatūras atkarībasšūnu ar paraugu ievieto dzesēšanas šķidruma (slāpekļa) plūsmā, kas izlaista caur siltummaini, kuras temperatūru iestata sildītājs. Sildītāja temperatūru kontrolē termostats. Atsauksmes no temperatūras mērītāja līdz termostatam ļauj iestatīt temperatūras mērīšanas ātrumu vai to stabilizēt. Temperatūras kontrolei izmanto termopāri. Šajā darbā temperatūra mainījās ar ātrumu 1 grāds/min. Šī metode ļauj izmērīt temperatūru ar kļūdu 0,1 grādi.
Mērelementu ar tai pievienoto paraugu ievieto plūsmas kriostatā. Šūna ir savienota ar LCR mērītāju ar ekranētiem vadiem caur savienotāju kriostata vāciņā. Kriostats ir novietots starp FL-1 elektromagnēta poliem. Magnēta barošanas avots ļauj iegūt magnētiskos laukus līdz 15 kOe. Magnētiskā lauka intensitātes H mērīšanai tiek izmantots termiski stabilizēts Hola sensors ar elektronikas bloku. Lai stabilizētu magnētisko lauku, starp barošanas avotu un magnētiskā lauka mērītāju ir atgriezeniskā saite.
Izmērītās kapacitātes C un zudumu tangensas D = tan δ vērtības ir saistītas ar vēlamo fizisko lielumu εʹ un εʺ vērtībām ar šādām sakarībām:
(16)
(17)
| № | C(pF) | Re(ε’) | T (°K) | iedegums δ | Qc | Es (ε) | ω (Hz) | σ (ω) |
| 3,805 | 71,66 | 0,075 | 13,33 | 5,375 | 10 3 | |||
| 3,838 | 0,093 | |||||||
| 3,86 | 0,088 | |||||||
| 3,849 | 0,094 | |||||||
| 3,893 | 0,106 | |||||||
| 3,917 | 0,092 | |||||||
| 3,951 | 0,103 | |||||||
| 3,824 | 0,088 | |||||||
| 3,873 | 0,105 | |||||||
| 3,907 | 0,108 | |||||||
| 3,977 | 0,102 | |||||||
| 4,031 | 0,105 | |||||||
| 4,062 | 0,132 | |||||||
| 4,144 | 0,109 | |||||||
| 4,24 | 0,136 | |||||||
| 4,435 | 0,175 | |||||||
| 4,553 | 0,197 | |||||||
| 4,698 | 0,233 | |||||||
| 4,868 | 0,292 | |||||||
| 4,973 | 0,361 | |||||||
| 5,056 | 0,417 | |||||||
| 5,164 | 0,491 | |||||||
| 5,246 | 0,552 | |||||||
| 5,362 | 0,624 | |||||||
| 5,453 | 0,703 | |||||||
| 5,556 | 0,783 | |||||||
| 5,637 | 0,867 | |||||||
| 5,738 | 0,955 | |||||||
| 5,826 | 1,04 | |||||||
| 5,902 | 1,136 |
Tabula Nr.1. Gd x Mn 1-x S, (x=0,1).