КОЈА ЈЕ ДИЕЛЕКТРИЧНА КОНСТАНТА? - ФИЗИЧКИ - 2025

Диелектрична константа је вредност повезан са материјалом који се поставља између плоча кондензатора (или кондензатор - слика 1) и која омогућава оптимизацију и повећање њене функције. (Гианцоли, 2006). Диелектрика је синоним за електрични изолатор, односно то су материјали који не дозвољавају пролазак електричне струје.

Ова вредност је важна из многих аспеката, јер је свима уобичајено да користе електричну и електроничку опрему у нашим домовима, рекреативним просторима, образовним или радним станицама, али сигурно нисмо свесни компликованих процеса који се догађају у овој опреми како би функционисали.

Слика 1: Различите врсте кондензатора.

На примјер, наши мини-компоненти, телевизори и мултимедијални уређаји користе директну струју за своје функције, али домаћа и индустријска струја која досеже до наших домова и радних мјеста су наизмјеничне струје. Како је то могуће?.

Слика 2: Електрични круг домаће опреме

Одговор на ово питање налази се унутар исте електричне и електронске опреме: кондензатори (или кондензатори). Ове компоненте омогућавају, између осталог, омогућавање исправљања наизменичне струје на једносмерну струју, а њихова функционалност зависи од геометрије или облика кондензатора и диелектричног материјала који је присутан у његовој конструкцији.

Диелектрични материјали играју важну улогу, јер омогућавају да плоче које чине кондензатор буду врло близу, без додира, и потпуно прекривају простор између наведених плоча диелектричним материјалом како би повећали функционалност кондензатора.

Поријекло диелектричне константе: кондензатори и диелектрични материјали

Вредност ове константе је експериментални резултат, односно долази из експеримената са различитим врстама изолационих материјала и који резултирају истим феноменом: повећаном функционалношћу или ефикасношћу кондензатора.

Кондензатори су повезани са физичком величином која се назива капацитивност "Ц", а која дефинише количину електричног набоја "К" коју кондензатор може да складишти давањем одређене разлике потенцијала "∆В" (једначина 1).

(Једначина 1)

Експерименти су закључили да потпуним прекривањем простора између плоча кондензатора диелектричним материјалом кондензатори повећавају свој капацитет фактором κ, названим "диелектрична константа". (Једначина 2).

(Једначина 2)

Слика равног кондензатора кондензатора Ц са паралелним плочама набијеног, а самим тим и равномерног електричног поља усмереног између његових плоча, приказана је на слици 3.

На врху слике је кондензатор с вакуумом између плоча (вакуум - пропусност ∊0). Затим је на дну представљен исти кондензатор са капацитетом Ц '> Ц, са диелектриком између његових плоча (пропусности ∊).

Слика 3: План-паралелни плочни кондензатор без диелектрика и са диелектриком.

Фигуероа (2005), набраја три функције за диелектричне материјале у кондензаторима:

1. Омогућују чврсту и компактну конструкцију с малим размаком између проводљивих плоча.
2. Омогућавају примену већег напона без изазивања пражњења (пробојно електрично поље је веће од ваздуха)
3. Повећава капацитет кондензатора за фактор κ познат као диелектрична константа материјала.

Дакле, аутор указује да се κ "назива диелектрична константа материјала и мери одговор његових молекуларних дипола на спољно магнетно поље". Односно, што је диелектрична константа већа што је већа поларитет молекула материјала.

Атомски модели диелектрика

Уопште, материјали имају специфичне молекуларне аранжмане који зависе од самих молекула и елемената који их чине у сваком материјалу. Међу молекуларним аранжманима који интервенирају у диелектричним процесима је и такозвани "поларни молекули" или поларизовани.

Код поларних молекула постоји раздвајање између средњег положаја негативних наелектрисања и средњег положаја позитивних наелектрисања, због чега имају електричне полове.

На пример, молекул воде (слика 4) је трајно поларизован јер је средиште дистрибуције позитивног наелектрисања на средини између атома водоника. (Серваи и Јеветт, 2005).

Слика 4: Дистрибуција молекула воде.

Док је у молекули БеХ2 (берилијум хидрид - слика 5), линеарни молекул, не долази до поларизације, пошто је центар расподјеле позитивних набоја (хидрогена) у центру расподјеле негативних набоја (берилијум) , отказујејући било какву поларизацију која може постојати. Ово је неполарни молекул.

Слика 5: Дистрибуција молекула берилијум хидрида.

На исти начин, када је диелектрични материјал у присуству електричног поља Е, молекули ће се поравнати као функција електричног поља, изазивајући површинску густоћу наелектрисања на лицима диелектрика која су окренута према кондензаторским плочама.

Због ове појаве, електрично поље унутар диелектрика је мање од спољног електричног поља које ствара кондензатор. Следећа илустрација (слика 6) приказује електрично поларизовани диелектриц унутар кондензатора плочне и паралелне плоче.

Важно је напоменути да се овај феномен лакше поводи у поларним материјалима него у неполарним, због постојања поларизованих молекула који ефикасније делују у присуству електричног поља. Мада, само присуство електричног поља изазива поларизацију неполарних молекула, што резултира истом појавом као и код поларних материјала.

Слика 6: Модели поларизованих молекула диелектрика због електричног поља настали у набијеном кондензатору.

Диелектричне константне вредности у неким материјалима

У зависности од функционалности, економичности и крајње корисности кондензатора, користе се различити изолациони материјали за оптимизацију њихових перформанси.

Материјали попут папира су веома јефтини, мада могу пасти на високим температурама или у додиру са водом. Иако је гума, она је и даље отпорна али отпорнија. Имамо и порцелан који одолева високим температурама иако се не може прилагодити различитим облицима по потреби.

Испод је табела у којој је наведена диелектрична константа неких материјала, где диелектричне константе немају јединице (оне су без димензија):

Табела 1: Диелектричне константе неких материјала на собној температури.

Неке примене диелектричних материјала

Диелектрични материјали важни су у глобалном друштву са широким спектром примена, од земаљских и сателитских комуникација, укључујући радио софтвер, ГПС, праћење животне средине преко сателита, између осталог. (Себастиан, 2010)

Надаље, Фиедзиусзко и други (2002) описују важност диелектричних материјала за развој бежичне технологије, укључујући и мобилну телефонију. У својој публикацији они описују важност ове врсте материјала у минијатуризацији опреме.

У овом редоследу идеја, модерност је створила велику потражњу за материјалима са високим и ниским диелектричним константама за развој технолошког живота. Ови материјали су битне компоненте за Интернет уређаје у погледу функција складиштења података, комуникације и перформанси преноса података. (Налва, 1999).

Референце

1. Фиедзиусзко, СЈ, Хунтер, ИЦ, Итох, Т., Кобаиасхи, И., Нисхикава, Т., Ститзер, СН, и Вакино, К. (2002). Диелектрични материјали, уређаји и склопови. ИЕЕЕ Трансакције у микроталасној теорији и техникама, 50 (3), 706-720.
2. Фигуероа, Д. (2001). Електрична интеракција. Царацас, Венецуела: Мигуел Ангел Гарциа анд Сон, СРЛ.
3. Гианцоли, Д. (2006). ФИЗИЧКО. Почевши од апликација. Мексико: ПЕАРСОН ЕДУЦАЦИОН.
4. Налва, ХС (ур.). (1999). Приручник са ниско и високим диелектричним константним материјалима и њихова примена, двосезонски сет. Елсевиер.
5. Себастиан, МТ (2010). Диелектрични материјали за бежичну комуникацију. Елсевиер.
6. Серваи, Р. и Јеветт, Ј. (2005). Физика за науку и инжењерство. Мексико: Међународни Тхомсон Едиторес.