ОрцДиэлектрик тогтмол нь цахилгаан тогтмол юм. Диэлектрик тогтмол
Харьцангуй диэлектрик тогтмолε орчин нь тусгаарлагч (диэлектрик) орчны шинж чанарыг тодорхойлдог хэмжээсгүй физик хэмжигдэхүүн юм. Энэ нь цахилгаан талбайн нөлөөн дор диэлектрикийн туйлшралын нөлөө (мөн энэ нөлөөг тодорхойлдог орчны диэлектрик мэдрэмтгий байдлын утгатай) холбоотой юм. ε утга нь орчин дахь хоёр цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч вакуумаас хэд дахин бага байгааг харуулдаг. Хэвийн нөхцөлд агаар болон бусад ихэнх хийн харьцангуй диэлектрик тогтмол нь нэгдмэл байдалд ойрхон байна (нягтрал багатай тул). Ихэнх хатуу эсвэл шингэн диэлектрикийн хувьд харьцангуй нэвтрүүлэх чадвар нь 2-8 хооронд хэлбэлздэг (статик талбайн хувьд). Статик талбар дахь усны диэлектрик тогтмол нь нэлээд өндөр байдаг - ойролцоогоор 80. Түүний утга нь том цахилгаан дипольтой молекултай бодисын хувьд өндөр байдаг. Төмрийн цахилгааны харьцангуй диэлектрик тогтмол нь хэдэн арван, хэдэн зуун мянга юм.
Практик хэрэглээ
Диэлектрикийн диэлектрик тогтмол нь цахилгаан конденсаторын дизайны гол үзүүлэлтүүдийн нэг юм. Өндөр диэлектрик дамжуулалттай материалыг ашиглах нь конденсаторын физик хэмжээсийг эрс багасгадаг.
Хэвлэмэл хэлхээний самбарыг зохион бүтээхдээ диэлектрик тогтмол параметрийг харгалзан үздэг. Давхаргын хоорондох бодисын диэлектрик тогтмолын утга нь түүний зузаантай хослуулан цахилгаан давхаргын байгалийн статик багтаамжийн утгад нөлөөлж, самбар дээрх дамжуулагчийн өвөрмөц эсэргүүцэлд ихээхэн нөлөөлдөг.
Давтамжийн хамаарал
Диэлектрик тогтмол нь цахилгаан соронзон орны давтамжаас ихээхэн хамаардаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Лавлагаа хүснэгтүүд нь ихэвчлэн статик талбайн өгөгдөл эсвэл цөөн тооны нэгж кГц хүртэлх бага давтамжийн өгөгдлийг агуулдаг тул үүнийг үргэлж анхаарч үзэх хэрэгтэй. Үүний зэрэгцээ эллипсометр ба рефрактометр ашиглан хугарлын илтгэгч дээр үндэслэн харьцангуй диэлектрик тогтмолыг олж авах оптик аргууд байдаг. Оптик аргаар олж авсан утга (давтамж 10-14 Гц) нь хүснэгтийн өгөгдлөөс эрс ялгаатай байх болно.
Жишээлбэл, усны жишээг авч үзье. Статик талбайн хувьд (давтамж тэг) хэвийн нөхцөлд харьцангуй диэлектрик тогтмол нь ойролцоогоор 80. Энэ нь хэт улаан туяаны давтамж хүртэл тохиолддог. Ойролцоогоор 2 GHz-ээс эхэлнэ ε rунаж эхэлдэг. Оптик мужид ε rойролцоогоор 1.8 байна. Энэ нь оптик мужид усны хугарлын илтгэгч 1.33 байгаатай нэлээд нийцэж байна. Оптик гэж нэрлэгддэг нарийн давтамжийн мужид диэлектрик шингээлт тэг болж буурдаг бөгөөд энэ нь хүний усны уураар ханасан дэлхийн агаар мандалд харааны механизмыг өгдөг. Цаашид давтамж нэмэгдэх тусам орчны шинж чанар дахин өөрчлөгдөнө.
Зарим бодисын диэлектрик тогтмол утга
| Бодис | Химийн томъёо | Хэмжилтийн нөхцөл | ε r-ийн шинж чанарын утга |
|---|---|---|---|
| Хөнгөн цагаан | Ал | 1 кГц | -1300 + 1.3Загвар:Ei |
| Мөнгө | Аг | 1 кГц | -85 + 8Загвар:Ei |
| Вакуум | - | - | 1 |
| Агаар | - | Хэвийн нөхцөл, 0.9 МГц | 1.00058986 ± 0.00000050 |
| Нүүрстөрөгчийн давхар исэл | CO2 | Ердийн нөхцөл | 1,0009 |
| Teflon | - | - | 2,1 |
| Нейлон | - | - | 3,2 |
| Полиэтилен | [-CH 2 -CH 2 -] n | - | 2,25 |
| Полистирол | [-CH 2 -C(C 6 H 5)H-] n | - | 2,4-2,7 |
| Резин | - | - | 2,4 |
| Битум | - | - | 2,5-3,0 |
| Нүүрстөрөгчийн сульфид | CS 2 | - | 2,6 |
| Парафин | C 18 N 38 - C 35 N 72 | - | 2,0-3,0 |
| Цаас | - | - | 2,0-3,5 |
| Цахилгаан идэвхтэй полимерууд | − | − | 2-12 |
| Эбонит | (C 6 H 9 S) 2 | − | 2,5-3,0 |
| Plexiglas (plexiglass) | - | - | 3,5 |
| Кварц | SiO2 | - | 3,5-4,5 |
| Цахиур | SiO2 | − | 3,9 |
| Бакелит | - | - | 4,5 |
| Бетон | − | − | 4,5 |
| Шаазан | − | − | 4,5-4,7 |
| Шилэн | − | − | 4,7 (3,7-10) |
| Шилэн утас FR-4 | - | - | 4,5-5,2 |
| Гетинакс | - | - | 5-6 |
| Гялтгануур | - | - | 7,5 |
| Резин | − | − | 7 |
| Поликор | 98% Al 2 O 3 | - | 9,7 |
| Алмаз | − | − | 5,5-10 |
| Давс | NaCl | − | 3-15 |
| Графит | C | − | 10-15 |
| Керамик | − | − | 10-20 |
| Цахиур | Си | − | 11.68 |
| Бор | Б | − | 2.01 |
| Аммиак | NH 3 | 20°C | 17 |
| 0 ° C | 20 | ||
| -40 ° C | 22 | ||
| -80 ° C | 26 | ||
| Этанол | C 2 H 5 OH эсвэл CH 3 -CH 2 -OH | − | 27 |
| Метанол | CH3OH | − | 30 |
| Этилен гликол | HO-CH 2 -CH 2 -OH | − | 37 |
| Furfural | C5H4O2 | − | 42 |
Диэлектриќ химийн нэвтрэлт́ хүчин чадалорчин - тусгаарлагч (диэлектрик) орчны шинж чанарыг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн бөгөөд цахилгаан индукцийн цахилгаан талбайн хүчнээс хамаарах хамаарлыг харуулдаг.
Энэ нь цахилгаан талбайн нөлөөн дор диэлектрикийн туйлшралын нөлөөгөөр (мөн энэ нөлөөг тодорхойлдог орчны диэлектрик мэдрэмтгий байдлын утгаар) тодорхойлогддог.
Харьцангуй ба үнэмлэхүй диэлектрик тогтмол байдаг.
Харьцангуй диэлектрик тогтмол ε нь хэмжээсгүй бөгөөд орчин дахь хоёр цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь вакуумаас хэд дахин бага байгааг харуулдаг. Хэвийн нөхцөлд агаар болон бусад ихэнх хийн хувьд энэ утга нь нэгдмэл байдалтай ойролцоо байна (нягтрал багатай тул). Ихэнх хатуу эсвэл шингэн диэлектрикийн хувьд харьцангуй нэвтрүүлэх чадвар нь 2-8 хооронд хэлбэлздэг (статик талбайн хувьд). Статик талбар дахь усны диэлектрик тогтмол нь нэлээд өндөр байдаг - ойролцоогоор 80. Түүний утга нь их хэмжээний цахилгаан диполь момент бүхий молекултай бодисын хувьд их байдаг. Төмрийн цахилгааны харьцангуй диэлектрик тогтмол нь хэдэн арван, хэдэн зуун мянга юм.
Гадаадын уран зохиолд үнэмлэхүй диэлектрик тогтмолыг ε үсгээр тэмдэглэсэн бол дотоодын уран зохиолд энэ хослолыг ихэвчлэн ашигладаг, энд цахилгаан тогтмол байдаг. Үнэмлэхүй диэлектрик тогтмолыг зөвхөн олон улсын нэгжийн системд (SI) ашигладаг бөгөөд индукц ба цахилгаан орны хүчийг өөр өөр нэгжээр хэмждэг. SGS системд үнэмлэхүй диэлектрик тогтмолыг нэвтрүүлэх шаардлагагүй. Үнэмлэхүй диэлектрик тогтмол (цахилгаан тогтмол гэх мэт) нь L −3 M −1 T 4 I² хэмжээтэй байна. Олон улсын нэгжийн системд (SI) нэгж: =F/m.
Диэлектрик тогтмол нь цахилгаан соронзон орны давтамжаас ихээхэн хамаардаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Лавлагаа хүснэгтүүд нь ихэвчлэн статик талбайн өгөгдөл эсвэл цөөн тооны нэгж кГц хүртэлх бага давтамжийн өгөгдлийг агуулдаг тул үүнийг үргэлж анхаарч үзэх хэрэгтэй. Үүний зэрэгцээ эллипсометр ба рефрактометр ашиглан хугарлын илтгэгч дээр үндэслэн харьцангуй диэлектрик тогтмолыг олж авах оптик аргууд байдаг. Оптик аргаар олж авсан утга (давтамж 10-14 Гц) нь хүснэгтийн өгөгдлөөс эрс ялгаатай байх болно.
Жишээлбэл, усны асуудлыг авч үзье. Статик талбайн хувьд (давтамж тэг) хэвийн нөхцөлд харьцангуй диэлектрик тогтмол нь ойролцоогоор 80. Энэ нь хэт улаан туяаны давтамж хүртэл тохиолддог. Ойролцоогоор 2 GHz-ээс эхэлнэ ε rунаж эхэлдэг. Оптик мужид ε rойролцоогоор 1.8 байна. Энэ нь оптик мужид усны хугарлын илтгэгч 1.33 байгаатай нэлээд нийцэж байна. Оптик гэж нэрлэгддэг нарийн давтамжийн мужид диэлектрик шингээлт тэг болж буурдаг бөгөөд энэ нь хүнийг харааны механизмаар хангадаг. эх сурвалжийг тодорхойлоогүй 1252 хоног] усны уураар ханасан дэлхийн агаар мандалд. Цаашид давтамж нэмэгдэх тусам орчны шинж чанар дахин өөрчлөгдөнө. 0-ээс 10 12 (хэт улаан туяаны бүс) давтамжийн муж дахь усны харьцангуй диэлектрик тогтмол байдлын талаар та (Англи хэлээр) уншиж болно.
Диэлектрикийн диэлектрик тогтмол нь цахилгаан конденсаторыг хөгжүүлэх гол үзүүлэлтүүдийн нэг юм. Өндөр диэлектрик дамжуулалттай материалыг ашиглах нь конденсаторын физик хэмжээсийг эрс багасгадаг.
Конденсаторын багтаамжийг дараахь байдлаар тодорхойлно.
Хаана ε r- ялтсуудын хоорондох бодисын диэлектрик тогтмол; ε О- цахилгаан тогтмол, С- конденсаторын хавтангийн талбай, г- ялтсуудын хоорондох зай.
Хэвлэмэл хэлхээний хавтанг боловсруулахдаа диэлектрик тогтмол параметрийг харгалзан үздэг. Давхаргын хоорондох бодисын диэлектрик тогтмолын утга нь түүний зузаантай хослуулан цахилгаан давхаргын байгалийн статик багтаамжийн утгад нөлөөлж, самбар дээрх дамжуулагчийн өвөрмөц эсэргүүцэлд ихээхэн нөлөөлдөг.
ЭСЭРГҮҮЦЭЛ цахилгаан, цахилгаан эсэргүүцэлтэй тэнцүү физик хэмжигдэхүүн ( см. ЦАХИЛГААН ЭСЭРГҮҮЦЭЛ) Нэгж урттай (l = 1 м) цилиндр дамжуулагчийн R ба нэгжийн хөндлөн огтлолын талбай (S = 1 м 2).. r = R S/l. Si-д эсэргүүцлийн нэгж нь Ом юм. м Эсэргүүцлийг Омоор бас илэрхийлж болно. см Эсэргүүцэл нь гүйдэл гүйх материалын шинж чанар бөгөөд түүнийг хийсэн материалаас хамаарна. r = 1 Ом-тэй тэнцүү эсэргүүцэл. m гэдэг нь энэ материалаар хийгдсэн цилиндр хэлбэрийн дамжуулагч, урт l = 1 м, хөндлөн огтлолын талбай S = 1 м 2 бол R = 1 Ом эсэргүүцэлтэй байна. м.Металлын эсэргүүцлийн утга ( см. МЕТАЛ), сайн дамжуулагч ( см. ДАМЖУУЛАГЧИД), 10 - 8 - 10 - 6 Ом дарааллын утгатай байж болно. м (жишээлбэл, зэс, мөнгө, төмөр гэх мэт). Зарим хатуу диэлектрикийн эсэргүүцэл ( см. ДИЭЛЕКТРИК) 10 16 -10 18 Ом.м (жишээлбэл, кварцын шил, полиэтилен, цахилгаан шаазан гэх мэт) утгад хүрч болно. Олон материалын эсэргүүцлийн утга (ялангуяа хагас дамжуулагч материал ( см. ХАГАС ДАМЖУУЛАГЧ МАТЕРИАЛ)) тэдгээрийн цэвэршүүлэх зэрэг, хайлшлах нэмэлтүүд, дулааны болон механик эмчилгээ гэх мэтээс ихээхэн хамаардаг. Эсэргүүцлийн харилцан хамаарал бүхий s утгыг тусгай дамжуулалт гэж нэрлэдэг: s = 1/r Тусгай дамжуулалтыг siemens-д хэмждэг ( см. SIEMENS (дамжуулагчийн нэгж)) метр тутамд S/m. Цахилгаан эсэргүүцэл (дамжуулагч) нь изотроп бодисын хувьд скаляр хэмжигдэхүүн юм; ба тензор - анизотроп бодисын хувьд. Анизотроп дан талстуудад цахилгаан дамжуулах чанарын анизотропи нь урвуу үр дүнтэй массын анизотропийн үр дагавар юм ( см. ҮР ДҮНТЭЙ МАСС) электрон ба нүхнүүд.
1-6. ТУСГААРЛАЛТЫН ЦАХИЛГААН ДААМЖУУЛАЛТ
Кабель буюу утасны тусгаарлагчийг тогтмол U хүчдэлд залгахад түүгээр i гүйдэл дамждаг бөгөөд энэ нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг (Зураг 1-3). Энэ гүйдэл нь тогтмол бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй байдаг - дамжуулалтын гүйдэл (i ∞) ба шингээлтийн гүйдэл, энд γ нь шингээлтийн гүйдэлтэй харгалзах дамжуулах чанар; T нь одоогийн i abs нь анхны утгын 1/e хүртэл буурах хугацаа юм. Хязгааргүй урт хугацааны туршид i abs →0 ба i = i ∞. Диэлектрикийн цахилгаан дамжуулах чанарыг тэдгээрийн дотор тодорхой хэмжээний чөлөөт цэнэгтэй бөөмс: ион ба электронууд байгаагаар тайлбарладаг.
Ихэнх цахилгаан тусгаарлагч материалын хамгийн онцлог шинж чанар нь ионы цахилгаан дамжуулах чанар бөгөөд энэ нь тусгаарлагчид зайлшгүй агуулагдах бохирдуулагч (чийг, давс, шүлт гэх мэт) улмаас боломжтой байдаг. Ионы дамжуулалт бүхий диэлектрикийн хувьд Фарадейгийн хуулийг хатуу дагаж мөрддөг - тусгаарлагчаар дамжин өнгөрөх цахилгааны хэмжээ ба электролизийн үед ялгарах бодисын хэмжээ хоорондын пропорциональ байдал.
Температур нэмэгдэхийн хэрээр цахилгаан тусгаарлагч материалын эсэргүүцэл буурч, томъёогоор тодорхойлогддог.
энд_ρ o, A ба B нь өгөгдсөн материалын тогтмолууд; T - температур, ° К.
Тусгаарлагчийн эсэргүүцэл нь чийгээс ихээхэн хамааралтай байдаг нь гигроскопийн тусгаарлагч материал, гол төлөв утаслаг (цаас, хөвөн утас гэх мэт) байдаг. Тиймээс утаслаг материалыг хатааж, шингээж, чийгэнд тэсвэртэй бүрхүүлээр хамгаална.
Тусгаарлагч материалд зайны цэнэг үүссэнээс хүчдэл нэмэгдэх тусам тусгаарлагчийн эсэргүүцэл буурч болно. Энэ тохиолдолд үүссэн нэмэлт электрон дамжуулалт нь цахилгаан дамжуулах чадварыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Маш хүчтэй талбайн цахилгаан дамжуулах чанар нь хүчдэлээс хамааралтай байдаг (Я. И. Френкелийн хууль):
хаана γ o - сул талбарт дамжуулах чанар; a тогтмол байна. Бүх цахилгаан тусгаарлагч материал нь тусгаарлагчийн G-ийн тодорхой утгуудаар тодорхойлогддог. Тусгаарлагч материалын дамжуулах чанар нь 0 байх нь хамгийн тохиромжтой. Бодит тусгаарлагч материалын хувьд кабелийн нэгжийн урт дахь дамжуулалтыг томъёогоор тодорхойлно
Тусгаарлагчийн эсэргүүцэл нь 3-10 11 ом-м-ээс дээш кабель болон диэлектрикийн туйлшралын алдагдал нь дулааны алдагдлаас хамаагүй их байдаг холбооны кабельд дамжуулах чанарыг томъёогоор тодорхойлно.
Харилцаа холбооны технологи дахь тусгаарлагчийн дамжуулалт нь кабелийн судлын тусгаарлагч дахь эрчим хүчний алдагдлыг тодорхойлдог шугамын цахилгаан параметр юм. Дамжуулалтын утгын давтамжаас хамаарах хамаарлыг Зураг дээр үзүүлэв. 1-1. Дамжуулах чадварын харилцан хамаарал, тусгаарлагчийн эсэргүүцэл нь тусгаарлагчид (вольтоор) хэрэглэсэн тогтмол гүйдлийн хүчдэлийн алдагдал (ампераар) хүчдэлийн харьцаа юм.
энд R V нь тусгаарлагчийн зузаанаар гүйдэл дамжих үед үүссэн саадыг тоогоор тодорхойлдог эзэлхүүний тусгаарлагчийн эсэргүүцэл; R S - тусгаарлагчийн гадаргуугийн дагуу гүйдэл дамжуулахад саад тотгорыг тодорхойлдог гадаргуугийн эсэргүүцэл.
Ашигласан тусгаарлагч материалын чанарын практик үнэлгээ нь ом-сантиметрээр (ом*см) илэрхийлсэн тодорхой эзэлхүүний эсэргүүцэл ρ V юм. Тоон утгаараа ρ V нь тухайн материалаар хийсэн 1 см ирмэгтэй кубын эсэргүүцэлтэй (омоор) тэнцүү бөгөөд хэрэв гүйдэл нь кубын эсрэг хоёр нүүрээр дамждаг. Хэрэв энэ квадратын эсрэг хоёр талыг зааглаж буй электродуудад гүйдэл гүйж байгаа бол гадаргуугийн тусгай эсэргүүцэл ρ S нь квадратын гадаргуугийн эсэргүүцэлтэй (омоор) тоогоор тэнцүү байна.
Нэг судалтай кабель эсвэл утасны тусгаарлагчийн эсэргүүцлийг томъёогоор тодорхойлно
Диэлектрикийн чийгшлийн шинж чанар
Чийгийн эсэргүүцэл -Энэ нь ханасан байдалд ойрхон усны уурын уур амьсгалд байх үед тусгаарлагчийн найдвартай байдал юм. Материал нь өндөр, өндөр чийгшил бүхий агаар мандалд орсны дараа чийгийн эсэргүүцлийг цахилгаан, механик болон бусад физик шинж чанарын өөрчлөлтөөр үнэлдэг; чийг ба ус нэвтрүүлэх чанар дээр; чийг ба ус шингээлтийн талаар.
Чийг нэвтрүүлэх чадвар -материалын хоёр тал дахь агаарын харьцангуй чийгшлийн зөрүүтэй материалын чийгийн уурыг дамжуулах чадвар.
Чийг шингээх чадвар -ханасан байдалд ойрхон чийглэг орчинд удаан хугацаагаар байх үед материалын усыг шингээх чадвар.
Ус шингээлт -материалын усанд удаан хугацаагаар дүрэх үед ус шингээх чадвар.
Халуун орны эсэргүүцэл ба халуун орны байдалтоног төхөөрөмж – цахилгаан тоног төхөөрөмжийг чийг, хөгц, мэрэгч амьтдаас хамгаалах.
Диэлектрикийн дулааны шинж чанар
Диэлектрикийн дулааны шинж чанарыг тодорхойлохын тулд дараах хэмжигдэхүүнүүдийг ашиглана.
Дулааны эсэргүүцэл– цахилгаан тусгаарлагч материал, бүтээгдэхүүний өндөр температур, гэнэтийн температурын өөрчлөлтийг тэдэнд хор хөнөөлгүйгээр тэсвэрлэх чадвар. Механик болон цахилгаан шинж чанарт мэдэгдэхүйц өөрчлөлт ажиглагдаж буй температураар тодорхойлогддог, жишээлбэл, органик диэлектрикүүдэд ачааллын дор суналтын эсвэл гулзайлтын деформаци эхэлдэг.
Дулаан дамжуулалтын- материал дахь дулаан дамжуулах үйл явц. Энэ нь туршилтаар тодорхойлсон дулаан дамжилтын илтгэлцүүрээр тодорхойлогддог λ t. 1 ° К-ийн давхарга. Диэлектрикийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь өргөн хүрээнд харилцан адилгүй байдаг. Хий, сүвэрхэг диэлектрик ба шингэн нь λ t-ийн хамгийн бага утгатай (агаарын хувьд λ t = 0.025 Вт / (м К), усны хувьд λ t = 0.58 Вт / (м К)), талст диэлектрик нь өндөр утгатай байдаг. (талст кварцын хувьд λ t = 12.5 Вт / (м К)). Диэлектрикийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь тэдгээрийн бүтэц (хайлсан кварцын хувьд λ t = 1.25 Вт/(м К)) ба температураас хамаарна.
Дулааны тэлэлтДиэлектрикийг шугаман тэлэлтийн температурын коэффициентээр үнэлдэг. 
. Дулааны тэлэлт багатай материалууд нь дүрмээр бол өндөр дулаан эсэргүүцэлтэй байдаг ба эсрэгээр. Органик диэлектрикийн дулааны тэлэлт нь органик бус диэлектрикийн тэлэлтээс ихээхэн (арав, зуу дахин) давж гардаг. Тиймээс температурын хэлбэлзлийн үед органик бус диэлектрикээр хийсэн хэсгүүдийн хэмжээсийн тогтвортой байдал нь органиктай харьцуулахад мэдэгдэхүйц өндөр байдаг.
1. Шингээх гүйдэл
Шингээх гүйдэл нь янз бүрийн төрлийн удаан туйлшралын шилжилтийн гүйдэл юм. Тогтмол хүчдэлийн үед шингээлтийн гүйдэл нь диэлектрик дэх тэнцвэрт байдал үүсэх хүртэл урсаж, хүчдэлийг асаах, унтраах үед чиглэлээ өөрчилдөг. Хувьсах хүчдэлтэй бол шингээлтийн гүйдэл нь диэлектрик цахилгаан талбарт байх бүх хугацаанд урсдаг.
Ерөнхийдөө цахилгаан гүйдэл j диэлектрик дэх гүйдлийн нийлбэр юм j sk ба шингээлтийн гүйдэл j ab
j = j sk + j ab.
Шингээх гүйдлийг хэвийсэн гүйдлээр тодорхойлж болно j см - цахилгаан индукцийн векторын өөрчлөлтийн хурд Д
Дамжуулах гүйдэл нь цахилгаан талбар дахь янз бүрийн цэнэгийн тээвэрлэгчдийн дамжуулалт (хөдөлгөөн) -ээр тодорхойлогддог.
2. Цахимцахилгаан дамжуулах чанар нь талбайн нөлөөн дор электронуудын хөдөлгөөнөөр тодорхойлогддог. Металлуудаас гадна нүүрстөрөгч, металлын исэл, сульфид болон бусад бодисууд, түүнчлэн олон хагас дамжуулагч бодисуудад байдаг.
3. Ионик -ионуудын хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй. Энэ нь электролитийн уусмал, хайлмал - давс, хүчил, шүлт, түүнчлэн олон диэлектрикт ажиглагддаг. Энэ нь дотоод болон хольцгүй дамжуулах чанарт хуваагддаг. Дотоод дамжуулалт нь диссоциацийн явцад олж авсан ионуудын хөдөлгөөнөөс шалтгаална молекулууд. Цахилгаан орон дахь ионуудын хөдөлгөөнийг электролиз дагалддаг – электродуудын хооронд бодис шилжих ба электродууд дээр ялгарах. Туйлт шингэн нь туйлшралгүй шингэнээс илүү задралтай, цахилгаан дамжуулах чанар өндөртэй байдаг.
Поляр бус ба сул туйлт шингэн диэлектрик (эрдэс тос, силикон шингэн) -д цахилгаан дамжуулах чанарыг хольцоор тодорхойлно.
4. Молионы цахилгаан дамжуулах чанар -гэж нэрлэгддэг цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хөдөлгөөнөөс үүссэн молионууд. Энэ нь коллоид систем, эмульсээр ажиглагддаг , түдгэлзүүлэх . Цахилгаан орны нөлөөн дор молионы хөдөлгөөнийг нэрлэдэг электрофорез. Электрофорезын явцад электролизээс ялгаатай нь шинэ бодис үүсдэггүй, шингэний янз бүрийн давхарга дахь тархсан фазын харьцангуй концентраци өөрчлөгддөг. Жишээлбэл, эмульсжүүлсэн ус агуулсан тосонд электрофоретик дамжуулалт ажиглагддаг.
Диэлектрик тогтмол диэлектрик тогтмол
ε утга нь орчин дахь хоёр цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч вакуумаас хэд дахин бага болохыг харуулж байна. Изотроп орчинд ε нь диэлектрикийн мэдрэмтгий чанар χ-тай: ε = 1 + 4π χ хамааралтай байна. Анизотроп орчны диэлектрик тогтмол нь тензор юм. Диэлектрик тогтмол нь талбайн давтамжаас хамаарна; хүчтэй цахилгаан талбайн диэлектрик тогтмол нь талбайн хүчнээс хамаарч эхэлдэг.
Диэлектрик тогтмолӨгөгдсөн орчин дахь цахилгаан цэнэгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч F нь вакуум дахь F o харилцан үйлчлэлийн хүчнээс хэд дахин бага болохыг харуулсан диэлектрик тасралтгүй байдал, хэмжээгүй хэмжигдэхүүн e:
e =F o /F.
Диэлектрик тогтмол нь талбайг диэлектрикээр хэдэн удаа сулруулж байгааг харуулдаг (см.ДИЭЛЕКТРИК), цахилгаан талбарт туйлшрах диэлектрикийн шинж чанарыг тоон байдлаар тодорхойлдог.
Бодисын туйлшрах чадварыг тодорхойлдог харьцангуй диэлектрик тогтмолын утгыг туйлшралын механизмаар тодорхойлно. (см.Туйлшрал). Гэсэн хэдий ч үнэ цэнэ нь бодисын нэгтгэх төлөв байдлаас ихээхэн хамаардаг, учир нь нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих үед бодисын нягтрал, зуурамтгай чанар, изотропи ихээхэн өөрчлөгддөг. (см. ISOTROPY).
Хийн диэлектрик тогтмол
Хийн бодисууд нь молекулуудын хоорондох зай ихтэй тул маш бага нягтралтай байдаг. Үүнээс шалтгаалан бүх хийн туйлшрал нь ач холбогдолгүй бөгөөд тэдгээрийн диэлектрик тогтмол нь нэгдмэл байдалд ойрхон байна. Хийн молекулууд туйлтай бол хийн туйлшрал нь цэвэр электрон эсвэл диполь байж болно, гэхдээ энэ тохиолдолд электрон туйлшрал нь чухал ач холбогдолтой юм. Төрөл бүрийн хийн туйлшрал их байх тусам хийн молекулын радиус том байх тусам энэ хийн хугарлын илтгэгчийн квадраттай тоон хувьд ойр байдаг.
Хийн температур ба даралтаас хамаарах хамаарлыг хийн нэгж эзэлхүүн дэх молекулуудын тоогоор тодорхойлдог бөгөөд энэ нь даралттай пропорциональ, үнэмлэхүй температуртай урвуу хамааралтай байдаг.
Хэвийн нөхцөлд агаар нь e = 1.0006, температурын коэффициент нь 2 орчим утгатай байна. 10 -6 К -1 .
Шингэн диэлектрикийн диэлектрик тогтмол
Шингэн диэлектрик нь туйлшралгүй эсвэл туйлшралгүй молекулуудаас бүрдэж болно. Туйлтгүй шингэний e утгыг электрон туйлшралаар тодорхойлдог тул бага хэмжээтэй, гэрлийн хугарлын квадратын утгатай ойролцоо, ихэвчлэн 2.5-аас ихгүй байдаг. Туйл бус шингэний e-ийн температураас хамаарах хамаарал нь нэгж эзэлхүүн дэх молекулын тоо буурах, өөрөөр хэлбэл нягтрал буурахтай холбоотой бөгөөд түүний температурын коэффициент нь шингэний эзэлхүүний тэлэлтийн температурын коэффициенттэй ойролцоо байна, гэхдээ тэмдгээр ялгаатай.
Диполь молекул агуулсан шингэний туйлшралыг электрон болон диполь-тайвшруулах бүрэлдэхүүн хэсгүүд нэгэн зэрэг тодорхойлно. Ийм шингэн нь диэлектрик тогтмол өндөр байх тусам диполын цахилгаан моментийн утга их байх болно. (см.ДИПОЛ)нэгж эзэлхүүн дэх молекулуудын тоо их байх болно. Туйлын шингэний температурын хамаарал нь нарийн төвөгтэй байдаг.
Хатуу диэлектрикийн диэлектрик тогтмол
Хатуу бодисын хувьд энэ нь хатуу диэлектрикийн бүтцийн олон янз байдлын дагуу янз бүрийн тоон утгыг авч болно. Хатуу диэлектрикийн хувьд бүх төрлийн туйлшрал боломжтой.
e-ийн хамгийн бага утга нь туйлшралгүй молекулуудаас бүрдэх, зөвхөн электрон туйлшралтай хатуу диэлектрикт байдаг.
Хатуу диэлектрикүүд нь нягт бөөмс бүхий ионы талстууд бөгөөд электрон ба ионы туйлшралтай бөгөөд өргөн хүрээний дотор оршдог e утгатай байдаг (чулууны давс - 6; корунд - 10; рутил - 110; кальцийн титанат). - 150).
Аморф диэлектрикийн бүтцэд ойртож буй янз бүрийн органик бус шилний e нь 4-20 хооронд харьцангуй нарийхан зайд оршдог.
Туйлын органик диэлектрик нь хатуу төлөвт диполь-тайвшрах туйлшралтай байдаг. Эдгээр материалын e нь диполь шингэнтэй ижил хуулийг дагаж мөрддөг хүчдэлийн температур ба давтамжаас ихээхэн хамаардаг.
нэвтэрхий толь бичиг. 2009 .
Бусад толь бичигт "диэлектрик тогтмол" гэж юу болохыг харна уу.
е-ийн утга нь орчин дахь хоёр цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч вакуумтай харьцуулахад хэд дахин бага байгааг харуулж байна. Изотроп орчинд e нь диэлектрикийн мэдрэмжтэй холбоотой: e = 1 + 4pc. Диэлектрик тогтмол …… Том нэвтэрхий толь бичиг
Цахилгааны нөлөөн дор диэлектрикийн туйлшралыг тодорхойлдог e утга. талбайн E.D.p. нь диэлектрик дэх хоёр чөлөөт цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч вакуумаас хэд дахин бага болохыг харуулсан хэмжигдэхүүн болгон Кулоны хуульд багтсан болно. Сулрах ...... Физик нэвтэрхий толь бичиг
ДИЭЛЕКТРИЙН ЗАГВАРЛАЛ, Дунд дахь хоёр цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь вакуум дахь цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүчнээс хэд дахин бага болохыг харуулсан утга e. e-ийн утга маш их ялгаатай: устөрөгч 1.00026, трансформаторын тос 2.24, ... ... Орчин үеийн нэвтэрхий толь бичиг
- (тэмдэглэгээ e), физикийн хувьд янз бүрийн материалын шинж чанаруудын нэг (DIELECTRIC-ийг үзнэ үү). Энэ нь орчин дахь ЦАХИЛГААН УРСГАЛЫН нягтыг түүнийг үүсгэгч ЦАХИЛГААН ХЭЛБЭРИЙН эрчимтэй харьцуулсан харьцаагаар илэрхийлэгдэнэ. Вакуум диэлектрик тогтмол...... Шинжлэх ухаан, техникийн нэвтэрхий толь бичиг
диэлектрик тогтмол- Бодисын диэлектрик шинж чанарыг тодорхойлсон хэмжигдэхүүн, изотроп бодисын хувьд скаляр, анизотроп бодисын хувьд тензор, цахилгаан орны хүчдлийн үржвэр нь цахилгаан шилжилттэй тэнцүү байна. [ГОСТ R 52002 2003]…… Техникийн орчуулагчийн гарын авлага
Диэлектрик тогтмол- ДИЭЛЕКТРИЙН ЗАГВАРЛАЛ, е утга нь орчин дахь хоёр цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч вакуум дахьхээс хэд дахин бага болохыг харуулдаг. e-ийн утга маш их ялгаатай: устөрөгч 1.00026, трансформаторын тос 2.24, ... ... Зурагт нэвтэрхий толь бичиг
Диэлектрик тогтмол- бодисын диэлектрик шинж чанарыг тодорхойлох хэмжигдэхүүн, изотроп бодисын хувьд скаляр, анизотроп бодисын хувьд тензор, цахилгаан орны хүчдлийн үржвэр нь цахилгаан шилжилттэй тэнцүү байна... Эх сурвалж:... ... Албан ёсны нэр томъёо
диэлектрик тогтмол- үнэмлэхүй диэлектрик тогтмол; аж үйлдвэр диэлектрик тогтмол Диэлектрикийн цахилгаан шинж чанарыг тодорхойлдог скаляр хэмжигдэхүүн нь цахилгаан шилжилтийн хэмжээг цахилгаан орны хүч чадлын хэмжээтэй харьцуулсан харьцаатай тэнцүү ... Политехникийн нэр томъёоны тайлбар толь бичиг
Үнэмлэхүй диэлектрик тогтмол Харьцангуй диэлектрик тогтмол Вакуум диэлектрик тогтмол ... Википедиа
диэлектрик тогтмол- dielektrinė skvarba statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektrinio srauto tankio tiriamojoje medžiagoje ir elektrinio lauko stiprio santykis. attikmenys: англи хэл. диэлектрик тогтмол; диэлектрик нэвтрүүлэх чадвар; нэвтрүүлэх чадвар орос. диэлектрик...... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Номууд
- Материалын шинж чанар. Анизотропи, тэгш хэм, бүтэц. Пер. англи хэлнээс , Newnham R.E. Энэхүү ном нь анизотропи ба материалын бүтэц, тэдгээрийн шинж чанаруудын хоорондын хамааралд зориулагдсан болно. Энэ нь өргөн хүрээний сэдвүүдийг хамардаг бөгөөд физик шинж чанаруудын нэг төрлийн анхан шатны хичээл юм...
Диэлектрик тогтмол
Орчны диэлектрик тогтмолε c нь цахилгаан талбайн харилцан үйлчлэлийн хүчинд орчны нөлөөллийг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн юм. Өөр өөр орчинд ε c өөр өөр утгатай байдаг.
Вакуумын үнэмлэхүй диэлектрик тогтмолыг цахилгаан тогтмол ε 0 =8.85 10 -12 ф/м гэнэ.
Дунд зэргийн үнэмлэхүй диэлектрик дамжуулалтыг цахилгаан тогтмолд харьцуулсан харьцааг харьцангуй диэлектрик дамжуулалт гэнэ
тэдгээр. харьцангуй диэлектрик тогтмол ε нь орчны үнэмлэхүй диэлектрик тогтмол нь цахилгаан тогтмолоос хэд дахин их байгааг харуулсан утга юм. ε хэмжигдэхүүн нь хэмжээсгүй байна.
Хүснэгт 1
Тусгаарлагч материалын харьцангуй диэлектрик тогтмол
Ихэнх диэлектрикийн хувьд хүснэгтээс харж болно ε = 1-10 бөгөөд цахилгаан нөхцөл, орчны температураас бага зэрэг хамаарна .
гэж нэрлэгддэг диэлектрикийн бүлэг байдаг төмөр цахилгаан, аль нь ε 10,000 хүртэлх утгад хүрч болно, мөн ε гадаад талбай ба температураас ихээхэн хамаардаг. Төмрийн цахилгаануудад барийн титанат, хар тугалга титанат, Рошель давс гэх мэт орно.
Хяналтын асуултууд
1. Хөнгөн цагаан, зэсийн атом ямар бүтэцтэй вэ?
2. Атом, тэдгээрийн бөөмсийн хэмжээг ямар нэгжээр хэмжих вэ?
3. Электронууд ямар цахилгаан цэнэгтэй вэ?
4. Бодис яагаад хэвийн төлөвтөө цахилгаан саармаг байдаг вэ?
5. Цахилгаан орон гэж юу вэ, түүнийг ердийн байдлаар хэрхэн дүрсэлсэн бэ?
6. Цахилгаан цэнэгүүдийн харилцан үйлчлэх хүч юунаас хамаардаг вэ?
7. Яагаад зарим материал нь дамжуулагч, бусад нь тусгаарлагч болдог вэ?
8. Ямар материалыг дамжуулагч, аль нь тусгаарлагч гэж ангилах вэ?
9. Биеэ хэрхэн эерэг цахилгаанаар цэнэглэх вэ?
10. Харьцангуй диэлектрик тогтмол гэж юу вэ?
ВИРТУАЛ ЛАБОРАТОРИЙН АЖИЛ №3 ДЭЭР
ХАТУУ ТӨРИЙН ФИЗИК
Боловсролын бүх хэлбэрийн техникийн чиглэлээр суралцаж буй оюутнуудад зориулсан “Хатуу төлөв” физикийн хэсгийн 3-р лабораторийн ажил гүйцэтгэх заавар.
Красноярск 2012
Шүүмжлэгч
Физик-математикийн шинжлэх ухааны нэр дэвшигч, дэд профессор О.Н. Бандурина
(Сибирийн улсын сансар судлалын их сургууль
академич М.Ф. Решетнев)
МХХТ-ийн арга зүйн комиссын шийдвэрээр хэвлэгдсэн
Хагас дамжуулагчийн диэлектрик дамжуулалтыг тодорхойлох. Хатуу биеийн физикийн №3 виртуал лабораторийн ажил: Техникийн ангийн оюутнуудад зориулсан “Хатуу төлөв” физикийн 3-р лабораторийн ажлыг гүйцэтгэх заавар. мэргэжилтэн. боловсролын бүх хэлбэр / Эмхэтгэсэн: A.M. Харьков; Сиб. муж сансар огторгуй их сургууль. – Красноярск, 2012. – 21 х.
Сибирийн улсын сансар судлал
Академич М.Ф.-ийн нэрэмжит их сургууль. Решетнева, 2012 он
Introduction………………………………………………………………………………………...4
Лабораторийн ажилд элсэлт …………………………………………………4
Лабораторийн ажлыг хамгаалалтад бэлтгэх…………………………………4
Хагас дамжуулагчийн диэлектрик дамжуулалтыг тодорхойлох ……………………………………………………………………………………………
Аргын онол……………………………………………………………………………………5
Диэлектрик тогтмолыг хэмжих арга зүй…………………..……..11
Хэмжилтийн үр дүнг боловсруулах ................................................................................................. 16
Тестийн асуултууд…………………………………………………………….17
Тест…………………………………………………………………………….17
Ашигласан материал………………………………………………………………………………20
Хавсралт………………………………………………………………………………………21
ОРШИЛ
Эдгээр удирдамж нь "Хатуу биеийн физик" хичээлийн виртуал загваруудыг ашигладаг лабораторийн ажлын тодорхойлолтыг агуулдаг.
Лабораторийн ажилд элсэлт:
Багш сурагч бүрээс хувийн судалгаа авч бүлгээр явуулна. Элсэхэд:
1) Оюутан бүр эхлээд энэ лабораторийн ажилд хувийн тэмдэглэлээ бэлддэг;
2) Багш нь тэмдэглэлийн хэлбэрийг дангаар нь шалгаж, онол, хэмжилтийн техник, суурилуулах, үр дүнг боловсруулах талаар асуулт асуух;
3) Оюутан асуусан асуултанд хариулдаг;
4) Багш сурагчийг ажиллахыг зөвшөөрч, оюутны тэмдэглэл дээр гарын үсэг зурна.
Лабораторийн ажлыг хамгаалахад бэлтгэх:
Бүрэн гүйцэд хийж, хамгаалахад бэлтгэсэн ажил нь дараахь шаардлагыг хангасан байх ёстой.
Бүх цэгүүдийг бөглөх: шаардлагатай утгын бүх тооцоо, бэхээр бөглөсөн бүх хүснэгт, зурсан бүх график гэх мэт.
Хуваарь нь багшийн бүх шаардлагыг хангасан байх ёстой.
Хүснэгт дэх бүх утгын хувьд тохирох хэмжилтийн нэгжийг бичих ёстой.
График бүрийн дүгнэлтийг тэмдэглэв.
Хариултыг тогтоосон хэлбэрээр бичсэн.
Хариултанд үндэслэсэн дүгнэлтийг тэмдэглэв.
Хагас дамжуулагчийн диэлектрик тасралтгүй чанарыг тодорхойлох
Аргын онол
Туйлшралцахилгаан талбайн нөлөөн дор диэлектрикийн туйлшрах чадвар, i.e. орон зайд холбогдсон цэнэгтэй диэлектрик бөөмсийн байршлыг өөрчлөх.
Диэлектрикийн хамгийн чухал шинж чанар нь цахилгаан туйлшралд өртөх чадвар юм. цахилгаан талбайн нөлөөн дор хязгаарлагдмал зайд цэнэглэгдсэн тоосонцор эсвэл молекулуудын чиглэсэн шилжилт хөдөлгөөн үүсдэг. Цахилгаан орны нөлөөгөөр туйл ба туйлшгүй молекулуудын цэнэгүүд шилждэг.
Арав гаруй төрлийн туйлшрал байдаг. Тэдгээрийн заримыг нь харцгаая:
1. Цахим туйлшралэерэг цэнэгтэй цөмтэй харьцуулахад электрон тойрог замуудын шилжилт хөдөлгөөн юм. Энэ нь аливаа бодисын бүх атомд тохиолддог, өөрөөр хэлбэл. бүх диэлектрикүүдэд. Цахим туйлшрал нь 10 -15 -10 -14 секундын дотор үүсдэг.
2. Ионы туйлшрал– Ионы холбоо бүхий бодис дахь эсрэг цэнэгтэй ионуудын бие биентэйгээ харьцуулахад шилжилт хөдөлгөөн. Үүсгэх хугацаа нь 10 -13 -10 -12 секунд байна. Цахим ба ионы туйлшрал нь агшин зуурын буюу деформацийн туйлшралын төрлүүдийн нэг юм.
3. Диполь буюу чиглэлийн туйлшралцахилгаан талбайн чиглэлд диполын чиглэлээс шалтгаална. Туйлын диэлектрик нь диполийн туйлшралтай байдаг. Үүсгэх хугацаа нь 10 -10 -10 -6 секунд байна. Диполийн туйлшрал нь туйлшралын удаан буюу сулралт төрлүүдийн нэг юм.
4. Шилжилтийн туйлшралнэгэн төрлийн бус диэлектрикт ажиглагдаж, нэг төрлийн бус бүсийн хил дээр цахилгаан цэнэг хуримтлагддаг. Шилжилтийн туйлшралыг бий болгох үйл явц нь маш удаан бөгөөд хэдэн минут, тэр ч байтугай хэдэн цаг үргэлжилж болно.
5. Ионы тайвшралын туйлшралцахилгаан орны нөлөөгөөр сул холбогддог ионуудын сүлжээний тогтмол хэмжээнээс хэтэрсэн зайд хэт их шилжсэнээс үүсдэг. Ионы сулралт туйлшрал нь зарим талст бодисуудад ион хэлбэрийн хольц эсвэл болор торны сул савлагааны үед илэрдэг. Үүсгэх хугацаа нь 10 -8 -10 -4 сек байна.
6. Цахим амралтын туйлшралилүүдэл "гажиг" электронууд эсвэл дулааны энергиээр өдөөгдсөн "нүх" -ийн улмаас үүсдэг. Энэ төрлийн туйлшрал нь дүрмээр бол өндөр диэлектрик дамжуулалтыг үүсгэдэг.
7. Аяндаа туйлшрах– тодорхой температурын мужид зарим бодис (жишээлбэл, Рошель давс) -д тохиолддог аяндаа туйлшрал.
8. Уян-диполь туйлшралжижиг өнцгөөр диполын уян хатан эргэлттэй холбоотой.
9. Үлдэгдэл туйлшрал– цахилгаан орон зайлуулсны дараа зарим бодис (электрет)-д удаан хугацаагаар үлдэх туйлшрал.
10. Резонансын туйлшрал. Хэрэв цахилгаан талбайн давтамж нь диполийн хэлбэлзлийн байгалийн давтамжтай ойролцоо байвал молекулуудын чичиргээ нэмэгдэж, энэ нь диполь диэлектрик дэх резонансын туйлшрал үүсэхэд хүргэдэг. Хэт улаан туяаны гэрлийн бүсэд байрлах давтамжид резонансын туйлшрал ажиглагдаж байна. Жинхэнэ диэлектрик нь нэгэн зэрэг хэд хэдэн төрлийн туйлшралтай байж болно. Нэг буюу өөр төрлийн туйлшрал үүсэх нь тухайн бодисын физик-химийн шинж чанар, ашигласан давтамжийн хүрээгээр тодорхойлогддог.
Үндсэн параметрүүд:
ε – диэлектрик тогтмол- материалын туйлшрах чадварыг хэмжих хэмжүүр; Энэ нь тухайн материал дахь цахилгаан цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч вакуумтай харьцуулахад хэд дахин бага байгааг харуулсан хэмжигдэхүүн юм. Диэлектрик дотор гадна талын эсрэг чиглэсэн талбар гарч ирнэ.
Вакуум дахь ижил цэнэгийн талбайтай харьцуулахад гадаад талбайн хүч нь ε дахин суларч, ε нь харьцангуй диэлектрик тогтмол юм.
Хэрэв конденсаторын ялтсуудын хоорондох вакуум нь диэлектрикээр солигдвол туйлшралын үр дүнд багтаамж нэмэгдэнэ. Энэ нь диэлектрик тогтмолыг энгийнээр тодорхойлох үндэс суурь юм.
Энд C 0 нь ялтсуудын хооронд вакуум байдаг конденсаторын багтаамж юм.
C d нь диэлектриктэй ижил конденсаторын багтаамж юм.
Изотроп орчны диэлектрик тогтмол ε нь дараахь хамаарлаар тодорхойлогдоно.
(2)
Энд χ нь диэлектрикийн мэдрэмж юм.
D = tan δ – диэлектрик алдагдлын тангенс
Диэлектрик алдагдал -диэлектрик дэх гүйдлийн урсгалаас үүссэн цахилгаан энергийн алдагдал. Диэлектрик дэх цөөн тооны хялбар хөдөлгөөнт ионуудаас үүдэлтэй I sc.pr дамжуулалтын гүйдэл ба туйлшралын гүйдлийн хооронд ялгаа бий. Электрон ба ионы туйлшралын үед туйлшралын гүйдлийг шилжилтийн гүйдэл I см гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь маш богино хугацаанд үйлчилдэг бөгөөд багажаар бүртгэгддэггүй. Удаан (тайвшрах) төрлийн туйлшралтай холбоотой гүйдлийг шингээлтийн гүйдэл гэж нэрлэдэг I abs. Ерөнхий тохиолдолд диэлектрик дэх нийт гүйдлийг дараах байдлаар тодорхойлно: I = I abs + I sk.pr. Туйлшрал тогтоосны дараа нийт гүйдэл нь дараахтай тэнцүү болно: I=I rms. Хэрэв тогтмол талбайн туйлшралын гүйдэл нь хүчдэлийг асаах, унтраах агшинд үүсч, нийт гүйдлийг I = I sk.pr тэгшитгэлийн дагуу тодорхойлно, тэгвэл хувьсах талбарт туйлшралын гүйдэл үүсдэг. хүчдэлийн туйлын өөрчлөлт. Үүний үр дүнд, хувьсах талбар дахь диэлектрикийн алдагдал ихээхэн байж болно, ялангуяа хэрэглэсэн хүчдэлийн хагас мөчлөг нь туйлшрал үүсэх цаг руу ойртож байвал.
Зураг дээр. 1(а)-д хувьсах хүчдэлийн хэлхээнд байрлах диэлектрик бүхий конденсатортой тэнцэх хэлхээг үзүүлэв. Энэ хэлхээнд алдагдалтай бодит диэлектрик бүхий конденсаторыг R параллель идэвхтэй эсэргүүцэлтэй хамгийн тохиромжтой конденсатор С-ээр сольсон. Зураг дээр. Зураг 1(б)-д авч үзэж буй хэлхээний гүйдэл ба хүчдэлийн вектор диаграммыг харуулсан ба U нь хэлхээний хүчдэл; I ak - идэвхтэй гүйдэл; I r – реактив гүйдэл, фазын идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгээс 90°-аар илүү; I ∑ - нийт гүйдэл. Энэ тохиолдолд: I а =I R =U/R ба I р =I C =ωCU, энд ω нь хувьсах талбайн дугуй давтамж юм.
Цагаан будаа. 1. (а) - диаграмм; (б) – гүйдэл ба хүчдэлийн вектор диаграмм
Диэлектрик алдагдлын өнцөг нь δ өнцөг бөгөөд энэ нь багтаамжийн хэлхээний одоогийн I ∑ ба U хүчдэлийн хоорондох фазын шилжилтийн өнцөг φ-ийг 90 ° хүртэл нөхдөг. Хувьсах талбар дахь диэлектрикийн алдагдал нь диэлектрикийн алдагдлын тангенсаар тодорхойлогддог: tan δ=I a /I r.
Өндөр давтамжийн диэлектрикийн диэлектрик алдагдлын тангенсийн хязгаарын утга нь (0.0001 - 0.0004), бага давтамжийн диэлектрикийн хувьд (0.01 - 0.02) -аас хэтрэхгүй байх ёстой.
ε ба tan δ-ийн T температур ба ω давтамжаас хамаарах хамаарал
Материалын диэлектрик үзүүлэлтүүд нь температур, давтамжаас янз бүрийн хэмжээгээр хамаардаг. Олон тооны диэлектрик материалууд нь эдгээр хүчин зүйлсээс хамаарах бүх хамаарлын шинж чанарыг хамрах боломжийг бидэнд олгодоггүй.
Тиймээс, Зураг дээр. 2 (a, b) нь зарим үндсэн бүлгүүдийн онцлог шинж чанартай ерөнхий чиг хандлагыг дүрсэлсэн болно. Диэлектрик тогтмол ε температурын T (a) ба давтамж ω (b) -ийн ердийн хамаарлыг өгөв.
Цагаан будаа. 2. Диэлектрик тогтмолын бодит (εʹ) ба төсөөлөл (εʺ) хэсгүүдийн давтамжийн хамаарал нь чиг баримжаа сулрах механизм байгаа үед
Нарийн төвөгтэй диэлектрик тогтмол.Тайвшруулах процесс байгаа тохиолдолд диэлектрик тогтмолыг нарийн төвөгтэй хэлбэрээр бичих нь тохиромжтой. Хэрэв Дебай томъёо нь туйлшралын хувьд хүчинтэй байвал:
(3)
Энд τ нь амрах хугацаа, α 0 нь статистикийн чиглэлийн туйлшрал юм. Дараа нь локал талбарыг гадаад талтай тэнцүү гэж үзвэл бид (SGS-д) авна.
εʹ ба εʺ-ийн ωτ бүтээгдэхүүнээс хамаарлын графикийг Зураг дээр үзүүлэв. 2. εʹ (ε-ийн бодит хэсэг)-ийн бууралт нь εʺ (ε-ийн төсөөллийн хэсэг)-ийн ойролцоо явагддагийг анхаарна уу.
εʹ ба εʺ-ийн давтамжтай энэ өөрчлөлт нь илүү ерөнхий үр дүнгийн байнгын жишээ бөгөөд үүний дагуу давтамж дээрх εʹ(ω) нь мөн εʺ(ω) давтамжаас хамааралтай байдаг. SI системд 4π-ийг 1/ε 0-ээр солих шаардлагатай.
Хэрэглэсэн талбайн нөлөөгөөр туйлшралгүй диэлектрик дэх молекулууд туйлширч, индукцсан диполь момент μ бүхий диполь болж хувирдаг. Тэгээд, талбайн хүчтэй пропорциональ:
(5)
Туйл диэлектрикийн хувьд туйлын молекулын μ диполь момент ерөнхийдөө өөрийн μ 0 ба индукцлагдсан μ-ийн векторын нийлбэртэй тэнцүү байна. Тэгээдмөчүүд:
(6)
Эдгээр дипольуудын үүсгэсэн талбайн хүч нь диполь моменттой пропорциональ ба зайны шоотой урвуу пропорциональ байна.
Туйлтгүй материалын хувьд ихэвчлэн ε = 2 – 2.5 байх ба ω ≈10 12 Гц хүртэлх давтамжаас хамаардаггүй. ε-ийн температураас хамаарал нь өөрчлөгдөхөд хатуу биетүүдийн шугаман хэмжээсүүд, шингэн ба хийн диэлектрикүүдийн эзэлхүүн өөрчлөгддөг тул нэгж эзэлхүүн дэх молекулуудын тоо n өөрчлөгддөгтэй холбоотой юм.
ба тэдгээрийн хоорондох зай. Диэлектрикийн онолоос мэдэгдэж буй хамаарлыг ашиглах F=n\μ ТэгээдТэгээд F=ε 0 (ε - 1)E,Хаана Ф- материалын туйлшрал, туйлшралгүй диэлектрикийн хувьд бидэнд:
(7)
E=const үед мөн μ Тэгээд= const ба температурын өөрчлөлт ε нь зөвхөн n-ийн өөрчлөлтөөс үүдэлтэй бөгөөд энэ нь Θ температурын шугаман функц бөгөөд ε = ε(Θ) хамаарал нь мөн шугаман байна. Туйлын диэлектрикийн хувьд аналитик хамаарал байдаггүй бөгөөд эмпирикийг ихэвчлэн ашигладаг.
1) Температур нэмэгдэхийн хэрээр диэлектрикийн эзэлхүүн нэмэгдэж, диэлектрик тогтмол бага зэрэг буурдаг. ε-ийн бууралт нь туйлт бус диэлектрикийг зөөлрүүлэх, хайлах үед тэдгээрийн эзэлхүүн мэдэгдэхүйц нэмэгдэх үед мэдэгдэхүйц юм. Орбит дахь электрон эргэлтийн давтамж өндөр (ойролцоогоор 10 15-10 16 Гц) байдаг тул электрон туйлшралын тэнцвэрт төлөвийг бий болгох хугацаа маш богино бөгөөд туйлшралгүй диэлектрикүүдийн ε нэвчилт нь талбайн давтамжаас хамаардаггүй. түгээмэл хэрэглэгддэг давтамжийн хүрээ (10 12 Гц хүртэл).
2) Температур нэмэгдэхийн хэрээр бие даасан ионуудын хоорондын холбоо сулардаг бөгөөд энэ нь гадны орны нөлөөн дор тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийг хөнгөвчлөх бөгөөд энэ нь ионы туйлшрал ба диэлектрик тогтмол ε нэмэгдэхэд хүргэдэг. Ионы туйлшралын төлөвийг тогтооход богино хугацаа шаардагддаг (ойролцоогоор 10 13 Гц, энэ нь болор тор дахь ионуудын байгалийн чичиргээний давтамжтай тохирч байна) ердийн үйл ажиллагааны мужид гадаад талбайн давтамжийн өөрчлөлт бараг байхгүй байна. ионы материал дахь ε-ийн утгад үзүүлэх нөлөө.
3) Туйлын диэлектрикийн диэлектрик тогтмол нь гадаад талбайн температур ба давтамжаас ихээхэн хамаардаг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр бөөмсийн хөдөлгөөн нэмэгдэж, тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн энерги буурдаг, өөрөөр хэлбэл. Тэдний чиг баримжаа нь гадаад талбайн нөлөөн дор хөнгөвчилдөг - диполийн туйлшрал ба диэлектрик тогтмол нэмэгддэг. Гэхдээ энэ процесс зөвхөн тодорхой температур хүртэл үргэлжилнэ. Температур нэмэгдэх тусам нэвчилт ε буурдаг. Талбайн чиглэлд диполуудыг чиглүүлэх нь дулааны хөдөлгөөний процесс ба дулааны хөдөлгөөнөөр явагддаг тул туйлшралыг бий болгоход ихээхэн хугацаа шаардагдана. Энэ хугацаа маш урт тул өндөр давтамжийн ээлжлэн талбарт диполууд талбайн дагуу өөрсдийгөө чиглүүлэх цаг байхгүй бөгөөд нэвчилт ε буурдаг.
Диэлектрик тогтмолыг хэмжих арга зүй
Конденсаторын багтаамж. Конденсаторнь диэлектрикээр тусгаарлагдсан хоёр дамжуулагч (хавтан) систем бөгөөд тэдгээрийн зузаан нь дамжуулагчийн шугаман хэмжээстэй харьцуулахад бага байдаг. Жишээлбэл, зэрэгцээ байрлуулсан, диэлектрик давхаргаар тусгаарлагдсан хоёр хавтгай металл хавтан нь конденсатор үүсгэдэг (Зураг 3).
Хавтгай конденсаторын ялтсууд нь ижил хэмжээтэй, эсрэг тэмдэгтэй цэнэгтэй бол ялтсуудын хоорондох цахилгаан талбайн хүч нь нэг хавтангийн талбайн хүчнээс хоёр дахин хүчтэй байх болно.
(8)
Энд ε нь ялтсуудын хоорондох зайг дүүргэх диэлектрикийн диэлектрик тогтмол юм.
Физик хэмжигдэхүүнийг цэнэгийн харьцаагаар тодорхойлно qконденсаторын ялтсуудын аль нэгийг конденсаторын ялтсуудын хоорондох потенциалын зөрүү Δφ гэж нэрлэдэг. конденсаторын багтаамж:
(9)
SI цахилгаан чадлын нэгж - Фарад(F). 1 F багтаамжтай конденсатор ялтсуудад 1 С-ийн ялгаатай цэнэг өгөх үед ялтсуудын хоорондох потенциалын зөрүү 1 В-тэй тэнцүү байна: 1 F = 1 C/1 В.
Зэрэгцээ хавтан конденсаторын багтаамж.Хавтгай конденсаторын цахилгаан багтаамжийг тооцоолох томъёог (8) илэрхийллийг ашиглан авч болно. Үнэндээ талбайн хүч нь: Э= φ/εε 0 = q/εε 0 С, Хаана С- хавтангийн талбай. Талбар нь жигд байгаа тул конденсаторын ялтсуудын хоорондох потенциалын зөрүү нь: φ 1 – φ 2 = Эд = qd/εε 0 С, Хаана г- хавтангийн хоорондох зай. Томьёог (9) орлуулснаар бид хавтгай конденсаторын цахилгаан багтаамжийн илэрхийлэлийг олж авна.
(10)
Хаана ε 0 - агаарын диэлектрик тогтмол; С- конденсатор хавтангийн талбай; S=hl, Хаана h- хавтангийн өргөн, л- түүний урт; г- конденсаторын хавтангийн хоорондох зай.
Илэрхийлэл (10) нь талбайг нэмэгдүүлэх замаар конденсаторын цахилгаан багтаамжийг нэмэгдүүлэх боломжтойг харуулж байна Стүүний бүрхэвч нь зайг багасгадаг гтэдгээрийн хооронд болон диэлектрик тогтмол ε их утгатай диэлектрик ашиглах.
Цагаан будаа. 3. Диэлектрик байрлуулсан конденсатор
Хэрэв конденсаторын ялтсуудын хооронд диэлектрик хавтанг байрлуулсан бол конденсаторын багтаамж өөрчлөгдөнө. Конденсаторын хавтангийн хооронд диэлектрик хавтанг байрлуулах сонголтыг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
гэж тэмдэглэе: г c - агаарын цоорхойн зузаан, гм - диэлектрик хавтангийн зузаан, л B нь конденсаторын агаарын хэсгийн урт, л m нь диэлектрикээр дүүргэсэн конденсаторын хэсгийн урт, ε m нь материалын диэлектрик дамжуулалт юм. Үүнийг харгалзан үзвэл л = л+ дотор лм, а г = г+ дотор г m, дараа нь дараах тохиолдлуудад эдгээр сонголтыг авч үзэж болно.
Хэзээ л= 0, г= 0 үед бид хатуу диэлектрик бүхий конденсатортай:
(11)
Максвеллийн тэгшитгэл дээр үндэслэсэн сонгодог макроскопийн электродинамикийн тэгшитгэлээс харахад диэлектрикийг ω давтамжтай гармоник хуулийн дагуу өөрчлөгддөг сул хувьсах талбарт байрлуулахад нийлмэл нэвтрүүлэх тензор дараах хэлбэртэй байна.
(12)
Энд σ нь бодисын оптик дамжуулалт, εʹ нь диэлектрикийн туйлшралтай холбоотой бодисын диэлектрик дамжуулалт юм. Илэрхийллийг (12) дараах хэлбэрт оруулж болно.
(13)
энд төсөөлсөн нэр томъёо нь диэлектрикийн алдагдлыг хариуцдаг.
Практикт C хэмждэг - хавтгай конденсатор хэлбэртэй дээжийн багтаамж. Энэ конденсатор нь диэлектрик алдагдлын тангенсаар тодорхойлогддог.
tgδ=ωCR c (14)
эсвэл чанарын хүчин зүйл:
Q c =1/ tanδ (15)
Энд R c нь голчлон диэлектрикийн алдагдлаас хамаарах эсэргүүцэл юм. Эдгээр шинж чанарыг хэмжих хэд хэдэн арга байдаг: янз бүрийн гүүрний аргууд, хэмжсэн параметрийг хугацааны интервал болгон хувиргах хэмжилт гэх мэт. .
Энэ ажилд бид C багтаамж ба диэлектрик алдагдлын тангенс D = tanδ хэмжихдээ GOOD WILL INSTRUMENT Co Ltd компанийн боловсруулсан техникийг ашигласан. Хэмжилтийг LCR-819-RLC-ийн нарийвчлалтай долгионы хэмжигч дээр хийсэн. Энэхүү төхөөрөмж нь багтаамжийг 20 pF–2.083 мФ, алдагдлын тангенсыг 0.0001–9999 хооронд хэмжиж, хэвийсэн талбарыг ашиглах боломжийг танд олгоно. 2 В хүртэл дотоод хэвийлт, 30 В хүртэл гадаад хэвийлт. Хэмжилтийн нарийвчлал 0.05% байна. Туршилтын дохионы давтамж 12 Гц -100 кГц.
Энэ ажилд хэмжилтийг 77 К температурын хязгаарт 1 кГц давтамжтайгаар хийсэн< 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 .
Температурын хамаарлыг олж авахын тулд дээж бүхий эсийг дулаан солилцуураар дамжуулж, температурыг халаагчаар тохируулдаг хөргөлтийн (азот) урсгалд байрлуулна. Халаагчийн температурыг термостатаар хянадаг. Температур хэмжигчээс термостат руу өгсөн санал хүсэлт нь температурыг хэмжих хурдыг тохируулах эсвэл тогтворжуулах боломжийг олгодог. Температурыг хянахын тулд термопар ашигладаг. Энэ ажилд температур 1 градус / мин хурдтай өөрчлөгдсөн. Энэ арга нь 0.1 градусын алдаатай температурыг хэмжих боломжийг олгодог.
Түүнд залгагдсан дээж бүхий хэмжих нүдийг урсгалын криостатад байрлуулна. Уг үүр нь криостатын таг дахь холбогчоор хамгаалагдсан утсаар LCR тоолууртай холбогддог. Криостатыг FL-1 цахилгаан соронзонгийн туйлуудын хооронд байрлуулна. Соронзон тэжээлийн хангамж нь 15 кОе хүртэлх соронзон орон авах боломжийг олгодог. H соронзон орны хүчийг хэмжихийн тулд электрон нэгж бүхий дулааны тогтворжсон Hall мэдрэгчийг ашигладаг. Соронзон талбарыг тогтворжуулахын тулд цахилгаан хангамж ба соронзон орны тоолуурын хооронд эргэх холбоо байдаг.
C багтаамжийн хэмжсэн утгууд ба D = tan δ тангенсийн алдагдал нь хүссэн физик хэмжигдэхүүний εʹ ба εʺ-ийн утгуудтай дараах харьцаагаар холбогдоно.
(16)
(17)
| № | C(pF) | Дахин(ε') | Т (°К) | бор δ | Qc | Im(ε") | ω (Гц) | 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 |
Хүснэгт №1. Gd x Mn 1-x S, (x=0.1).