- Dielektriķi un kondensatori
- Dielektriķis ārējā elektriskā laukā
- Elektriskās caurlaidības mērīšana
- Eksperiments, lai izmērītu gaisa elektrisko caurlaidību
- -Materiāli
- -Procesu
- Svarīgs
- Atsauces
Elektriskā caurlaidības ir parametrs, kas reizināms atbildi vidēja klātbūtnē elektrisku lauku. To apzīmē ar grieķu burtu ε, un tā vērtība vakuumam, kas kalpo par atsauci pārējiem barotnēm, ir šāda: ε o = 8,8541878176 x 10 -12 C 2 / Nm 2
Barotnes daba tai piešķir īpašu reakciju uz elektriskajiem laukiem. Tādā veidā temperatūra, mitrums, molekulmasa, sastāvdaļu molekulu ģeometrija, iekšējie mehāniskie spriegumi ietekmē vai arī telpā ir kāds preferenciāls virziens, kurā atvieglo lauka eksistenci.
1. attēls. Gaiss kļūst vadošs virs noteikta sprieguma. Avots: Pixabay.
Pēdējā gadījumā tiek apgalvots, ka materiālam ir anizotropija. Ja neviens no virzieniem nav preferenciāls, materiāls tiek uzskatīts par izotropisku. Jebkuras viendabīgas barotnes caurlaidību var izteikt kā vakuuma ε caurlaidības funkciju vai izteikt ar:
ε = κε vai
Kur κ ir materiāla relatīvā caurlaidība, ko sauc arī par dielektrisko konstanti, bezizmēra lielums, kas eksperimentāli noteikts daudziem materiāliem. Veids, kā veikt šo mērījumu, tiks paskaidrots vēlāk.
Dielektriķi un kondensatori
Dielektriķis ir materiāls, kas labi nevada elektrību, tāpēc to var izmantot kā izolatoru. Tomēr tas neliedz materiālam spēt reaģēt uz ārēju elektrisko lauku, izveidojot savu.
Turpmāk mēs analizēsim izotropo dielektrisko materiālu, piemēram, stikla, vaska, papīra, porcelāna, un dažu tauku, ko parasti izmanto elektronikā, reakciju.
Starp divām plakanas paralēlas plāksnes kondensatora metāla loksnēm var izveidot elektrisko lauku, kas ir ārpus dielektriskā.
Dielektriķiem, atšķirībā no tādiem vadītājiem kā varš, trūkst bezmaksas lādiņu, kas var pārvietoties materiāla iekšienē. To sastāvā esošās molekulas ir elektriski neitrālas, bet lādiņi var nedaudz mainīties. Tādā veidā tos var modelēt kā elektriskos dipolus.
Dipols ir elektriski neitrāls, bet pozitīvais lādiņš atrodas nelielā attālumā no negatīvā lādiņa. Dielektriskā materiāla ietvaros un ja nav ārēja elektriskā lauka, dipoli parasti tiek sadalīti nejauši, kā parādīts 2. attēlā.
2. attēls. Dielektriskā materiālā dipoli ir orientēti nejauši. Avots: pašu gatavots.
Dielektriķis ārējā elektriskā laukā
Kad dielektriķis tiek ievietots ārējā lauka vidū, piemēram, tā, kas izveidots divu vadošu loksņu iekšpusē, dipoli tiek reorganizēti un lādiņi atdalās, izveidojot materiālā iekšēju elektrisko lauku pretējā virzienā pret ārējo lauku. .
Kad notiek šī pārvietošana, tiek apgalvots, ka materiāls ir polarizēts.
3. attēls. Polarizēts dielektriskais materiāls. Avots: pašu gatavots.
Šī izraisītā polarizācija samazina tīkla vai tā rezultātā iegūtā elektriskā lauka E samazināšanos - efekts parādīts 3. attēlā, jo ārējam laukam un iekšējam laukam, ko rada šī polarizācija, ir vienāds, bet pretējs virziens. E lielumu izsaka:
Ārējais lauks tiek samazināts, pateicoties mijiedarbībai ar materiālu faktorā, ko sauc par κ vai materiāla dielektrisko konstanti, kas ir tā paša makroskopiskā īpašība. Runājot par šo daudzumu, iegūtais vai neto lauks ir:
Dielektriskā konstante κ ir materiāla relatīvā caurlaidība, bezmērķa lielums vienmēr ir lielāks par 1 un vienāds ar 1 vakuumā.
Vai nu ε = κε, vai kā aprakstīts sākumā. Ε vienības ir tādas pašas kā ε o : C 2 / Nm 2 vai F / m.
Elektriskās caurlaidības mērīšana
Dielektriķa ievietošanas starp kondensatora plāksnēm rezultāts ir papildu uzkrājumu uzkrāšana, tas ir, jaudas palielināšanās. Šo faktu Maikls Faraday atklāja 19. gadsimtā.
Materiāla dielektrisko konstanti ir iespējams izmērīt, izmantojot plakanu paralēlu plākšņu kondensatoru šādā veidā: ja starp plāksnēm ir tikai gaiss, var parādīt, ka ietilpību aprēķina ar:
Kur C o ir kondensatora kapacitāte, A ir plākšņu laukums un d ir attālums starp tām. Bet, ievietojot dielektriku, ietilpība palielinās par koeficientu κ, kā redzams iepriekšējā sadaļā, un tad jaunā ietilpība C ir proporcionāla oriģinālam:
C = κε vai . A / d = ε. A / d
Attiecība starp galīgo un sākotnējo ietilpību ir materiāla dielektriskā konstante vai relatīvā caurlaidība:
κ = C / C vai
Attiecīgā materiāla absolūtā elektriskā caurlaidība ir zināma, izmantojot:
ε = ε o . (C / C o )
Mērījumus var viegli veikt, ja jums ir multimetrs, kas spēj izmērīt kapacitāti. Alternatīva ir izmērīt spriegumu Vo starp kondensatora plāksnēm bez dielektriskiem un izolētiem no avota. Tad tiek ieviests dielektrisks un tiek novērots sprieguma kritums, kura vērtība būs V.
Tad κ = V vai / V
Eksperiments, lai izmērītu gaisa elektrisko caurlaidību
-Materiāli
- Regulējams atstarpes paralēlais plakano plākšņu kondensators.
- mikrometriska vai vernera skrūve.
- multimetrs, kura funkcija ir kapacitātes mērīšana.
- Grafiskais papīrs.
-Procesu
- Izvēlieties atdalījumu d starp kondensatora plāksnēm un ar multimetra palīdzību izmēriet jaudu C o . Ierakstiet datu pāri vērtību tabulā.
- Atkārtojiet iepriekšminēto procedūru vismaz 5 šķīvju atdalīšanai.
- Atrodi koeficientu (A / d) katram izmērītajam attālumam.
- Pateicoties izteiksmei C o = ε o . A / d ir zināms, ka C o ir proporcionāls koeficientam (A / d). Uz grafika papīra uzzīmējiet katru C vērtību vai tās atbilstošo A / d vērtību .
- Vizuāli noregulējiet labāko līniju un nosakiet tās slīpumu. Vai arī atrodiet slīpumu, izmantojot lineāro regresiju. Slīpuma vērtība ir gaisa caurlaidība.
Svarīgs
Atstatums starp plāksnēm nedrīkst pārsniegt apmēram 2 mm, jo paralēlā plakanās plāksnes kondensatora kapacitātes vienādojumā tiek pieņemts, ka plāksnes ir bezgalīgas. Tomēr tas ir diezgan labs tuvinājums, jo plākšņu mala vienmēr ir daudz lielāka nekā atstatums starp tām.
Šajā eksperimentā tiek noteikta gaisa caurlaidība, kas ir diezgan tuvu vakuuma lielumam. Vakuuma dielektriskā konstante ir κ = 1, bet sausa gaisa - κ = 1,00059.
Atsauces
- Dielektrisks. Dielektriskā konstante. Atgūts no: electricistas.cl.
- Figueroa, Douglas. 2007. Fizikas sērija zinātnei un inženierijai. 5. sējums Elektriskā mijiedarbība. 2. Izdevums. 213–215.
- Laboratori d'Electricitat i Magnetisme (UPC). Materiāla relatīvā pieļaujamība. Atgūts no: elaula.es.
- Monge, M. Dielectrics. Elektrostatiskais lauks. Madrides Karlosa III universitāte. Atgūts no: ocw.uc3m.es.
- Sīrs, Zemanskis. 2016. Universitātes fizika ar moderno fiziku. 14 th . Ed. 797-806.