- Диелектрика и кондензатори
- Диелектрик у спољном електричном пољу
- Мерење електричне пропусности
- Експериментирајте за мерење електричне пропусности ваздуха
- -Материјали
- -Процес
- Важно
- Референце
Електрична пермитивност је параметар који квантификује одговор медија у присуству електричног поља. Означено је грчким словом ε, а вредност вакуума, која служи као референца за остале медије, је следећа: ε о = 8.8541878176 к 10 -12 Ц 2 / Нм 2
Природа медија даје посебан одговор на електрична поља. На тај начин температура, влага, молекуларна тежина, геометрија саставних молекула, механички напони утичу на унутрашњост или да постоји неки преференцијални правац у простору у којем је олакшано постојање поља.
Слика 1. Зрак постаје проводљив изнад одређеног напона. Извор: Пикабаи.
У последњем случају, за материјал се каже да има анизотропију. А када ни један правац није пожељан, материјал се сматра изотропним. Пропустљивост било којег хомогеног медијума може се изразити функцијом пропустљивости вакуума ε или изразом:
ε = κε или
Где је релативна пропустљивост материјала, која се назива и диелектрична константа, бездимензионална количина која је експериментално одређена за многе материјале. Начин спровођења овог мерења биће објашњен касније.
Диелектрика и кондензатори
Диелектрик је материјал који не проводи електричну енергију, па се може користити као изолатор. Међутим, то не спречава материјал да може да реагује на спољно електрично поље, стварајући сопствено.
У даљем тексту анализираћемо реакцију изотропних диелектричних материјала као што су стакло, восак, папир, порцулан и неке масти које се обично користе у електроници.
Између два метална лима равног паралелног кондензатора плоче може се створити електрично поље изван диелектрика.
За диелектрике, за разлику од проводника попут бакра, нема бесплатних набоја који се могу кретати унутар материјала. Њихови саставни молекули су електрично неутрални, али набоји могу мало да се помере. На тај начин могу се моделирати као електрични диполи.
Дипол је електрично неутралан, али позитивно наелектрисање је мало удаљено од негативног набоја. Унутар диелектричног материјала и у одсуству спољног електричног поља, диполи су обично насумично распоређени, као што је приказано на слици 2.
Слика 2. У диелектричном материјалу су диполи оријентисани насумично. Извор: селф маде.
Диелектрик у спољном електричном пољу
Када се диелектриц уводи у средину спољног поља, на пример онога створеног унутар два проводљива лима, диполи се реорганизују, а набоји раздвајају, стварајући унутрашње електрично поље у материјалу у супротном смеру од спољног поља. .
Када дође до овог померања, за материјал се каже да је поларизован.
Слика 3. Поларизовани диелектрични материјал. Извор: селф маде.
Ова индукована поларизација узрокује смањење мрежног или резултирајућег електричног поља Е, ефекат приказан на слици 3, јер спољно и унутрашње поље генерисано поменутом поларизацијом имају исти правац, али су супротни смерови. Јачина Е је дата од:
Спољно поље се подвргава редукцији захваљујући интеракцији са материјалом у фактору званом κ или диелектрична константа материјала, макроскопског својства истог. У погледу ове количине, добијено или нето поље је:
Диелектрична константа κ је релативна пропусност материјала, бездимензионална количина увек већа од 1 и једнака 1 у вакууму.
Или ε = κε или како је описано на почетку. Јединице ε су исте као оне ε о : Ц 2 / Нм 2 или Ф / М.
Мерење електричне пропусности
Ефекат уметања диелектрика између плоча кондензатора омогућава омогућавање складиштења додатних набоја, односно повећање капацитета. Ову је чињеницу открио Мицхаел Фарадаи у 19. веку.
Могуће је измерити диелектричну константу материјала користећи равни кондензатор паралелне плоче на следећи начин: када између плоча постоји само ваздух, може се показати да је капацитет дат помоћу:
Где је Ц о капацитет кондензатора, А је површина плоча и д је удаљеност између њих. Али када убаците диелектриц, капацитет се повећава за фактор κ, као што се види у претходном одељку, и тада је нови капацитет Ц пропорционалан оригиналу:
Ц = κε или . А / д = ε. А / д
Однос између коначног и почетног капацитета је диелектрична константа материјала или релативна пропусност:
κ = Ц / Ц или
А апсолутна електрична пропусност материјала о којем је реч позната је кроз:
ε = ε о . (Ц / Ц о )
Мерења се могу лако извршити ако имате мултиметар који може да мери капацитивност. Алтернатива је мерење напона Во између плоча кондензатора без диелектрика и изолованих од извора. Тада се уводи диелектриц и примећује смањење напона чија ће вредност бити В.
Тада је κ = В или / В
Експериментирајте за мерење електричне пропусности ваздуха
-Материјали
- Подесиви размак паралелни кондензатор плоснатог облика.
- Микрометријски или верниер вијак.
- Мултиметар који има функцију мерења капацитета.
- Папир на коцкице.
-Процес
- Одаберите раздвајање д између плоча кондензатора и уз помоћ мултиметра измерите капацитет Ц о . Забиљежите пар података у таблицу вриједности.
- Поновите горњи поступак за најмање 5 раздвајања плоча.
- Пронађите квоцијент (А / д) за сваку од измерених раздаљина.
- Захваљујући изразу Ц о = ε о . А / д зна се да је Ц о пропорционалан квоцијенту (А / д). На граф папиру исцртајте сваку вредност Ц или одговарајућу А / д вредност .
- Визуелно подесите најбољу линију и одредите њен нагиб. Или пронађите нагиб помоћу линеарне регресије. Вредност нагиба је пропусност ваздуха.
Важно
Размак између плоча не сме бити већи од око 2 мм, јер једначина за капацитет паралелног кондензатора равне плоче претпоставља бесконачне плоче. Међутим, ово је прилично добра апроксимација, будући да је страна плоча увек много већа од раздвајања између њих.
У овом експерименту утврђује се пропусност ваздуха, што је прилично блиско вакууму. Диелектрична константа вакуума је κ = 1, док је сува ваздуха κ = 1.00059.
Референце
- Диелецтриц. Диелектрична константа. Опоравак од: електрична компанија.цл.
- Фигуероа, Доуглас. 2007. Физичка серија за науку и инжењерство. Том 5 Електрична интеракција. 2нд. Едитион. 213-215.
- Лабораториј електронике и магнетисме (УПЦ). Релативна пермисивност материјала. Опоравак од: елаула.ес.
- Монге, М. Диелецтрицс. Електростатичко поље. Универзитет Карлос ИИИ из Мадрида. Опоравак од: оцв.уц3м.ес.
- Сеарс, Земански. 2016. Универзитетска физика са савременом физиком. 14 -ог . Ед. 797-806.