Muatan berinteraksi satu sama lain dalam media yang berbeda dengan gaya yang berbeda, ditentukan oleh hukum Coulomb. Sifat-sifat media ini ditentukan oleh besaran yang disebut permitivitas.
Isi
Apa itu konstanta dielektrik
Berdasarkan hukum Coulomb, dua muatan titik tetap q1 dan q2 dalam ruang hampa berinteraksi satu sama lain dengan gaya yang diberikan oleh rumus Fkelas=((1/4)*π*ε)*(|q1|*|q2|/r2), di mana:
- Fkelas adalah gaya Coulomb, N;
- q1, q2 adalah modul muatan, C;
- r adalah jarak antara muatan, m;
- 0 - konstanta listrik, 8,85 * 10-12 F/m (Farad per meter).
Jika interaksi tidak berlangsung dalam ruang hampa, rumusnya mencakup besaran lain yang menentukan pengaruh materi terhadap gaya Coulomb, dan hukum Coulomb ditulis sebagai berikut:
F=((1/4)*π** )*(|q1|*|q2|/r2).
Nilai ini dilambangkan dengan huruf Yunani (epsilon), tidak berdimensi (tidak memiliki satuan ukuran). Permitivitas dielektrik adalah koefisien redaman interaksi muatan dalam suatu zat.
Seringkali dalam fisika, permitivitas digunakan bersama dengan konstanta listrik, dalam hal ini lebih mudah untuk memperkenalkan konsep permitivitas absolut. Dilambangkan dengansebuah dan sama dengansebuah=*e. Dalam hal ini, permeabilitas absolut memiliki dimensi F/m. Permeabilitas biasa juga disebut relatif untuk membedakannya darisebuah.
Sifat permitivitas
Sifat permitivitas didasarkan pada fenomena polarisasi di bawah aksi medan listrik. Sebagian besar zat umumnya netral secara listrik, meskipun mengandung partikel bermuatan. Partikel-partikel ini terletak secara acak dalam massa materi dan medan listriknya, rata-rata, saling menetralkan.
Dalam dielektrik, terutama ada muatan terikat (mereka disebut dipol). Dipol ini secara konvensional mewakili kumpulan dua partikel yang berbeda, yang secara spontan berorientasi sepanjang ketebalan dielektrik dan, rata-rata, menciptakan kekuatan medan listrik nol. Di bawah aksi medan eksternal, dipol cenderung mengorientasikan diri sesuai dengan gaya yang diterapkan. Akibatnya, medan listrik tambahan dibuat. Fenomena serupa juga terjadi pada dielektrik nonpolar.
Dalam konduktor, prosesnya serupa, hanya ada muatan bebas, yang dipisahkan di bawah aksi medan eksternal dan juga menciptakan medan listriknya sendiri. Bidang ini diarahkan ke yang eksternal, menyaring muatan dan mengurangi kekuatan interaksi mereka.Semakin besar kemampuan suatu zat untuk terpolarisasi, semakin tinggi .
Konstanta dielektrik berbagai zat
Zat yang berbeda memiliki konstanta dielektrik yang berbeda. Nilai untuk beberapa dari mereka diberikan pada Tabel 1. Jelas bahwa nilai-nilai ini lebih besar dari satu, sehingga interaksi muatan, dibandingkan dengan ruang hampa, selalu berkurang. Perlu juga dicatat bahwa untuk udara sedikit lebih dari satu, sehingga interaksi muatan di udara praktis tidak berbeda dengan interaksi di ruang hampa.
Tabel 1. Nilai permeabilitas listrik untuk berbagai zat.
| Zat | Konstanta dielektrik |
|---|---|
| Bakelite | 4,5 |
| Kertas | 2,0..3,5 |
| Air | 81 (pada +20 derajat C) |
| Udara | 1,0002 |
| Germanium | 16 |
| Getinax | 5..6 |
| Kayu | 2.7..7.5 (berbagai nilai) |
| Keramik teknik radio | 10..200 |
| Mika | 5,7..11,5 |
| Kaca | 7 |
| Textolite | 7,5 |
| Polistirena | 2,5 |
| PVC | 3 |
| fluoroplas | 2,1 |
| Amber | 2,7 |
Konstanta dielektrik dan kapasitansi kapasitor
Mengetahui nilai penting dalam praktik, misalnya saat membuat kapasitor listrik. Mereka kapasitas tergantung pada dimensi geometris pelat, jarak antara pelat, dan permitivitas dielektrik.
Jika Anda perlu mendapatkan kapasitor peningkatan kapasitas, maka peningkatan luas pelat mengarah pada peningkatan dimensi. Ada juga batasan praktis untuk mengurangi jarak antara elektroda. Dalam hal ini, penggunaan isolator dengan peningkatan konstanta dielektrik dapat membantu. Jika Anda menggunakan bahan dengan yang lebih tinggi, Anda dapat melipatgandakan mengurangi ukuran pelat atau menambah jarak di antara mereka tanpa kehilangan kapasitas listrik.
Zat yang disebut feroelektrik dibedakan ke dalam kategori terpisah, di mana, dalam kondisi tertentu, polarisasi spontan terjadi.Di area yang dipertimbangkan, mereka dicirikan oleh dua poin:
- nilai permitivitas dielektrik yang besar (nilai tipikal - dari ratusan hingga beberapa ribu);
- kemampuan untuk mengontrol nilai konstanta dielektrik dengan mengubah medan listrik eksternal.
Properti ini digunakan untuk pembuatan kapasitor berkapasitas tinggi (karena peningkatan nilai konstanta dielektrik isolator) dengan indikator berat dan ukuran kecil.
Perangkat semacam itu hanya berfungsi di sirkuit arus bolak-balik frekuensi rendah - dengan meningkatnya frekuensi, konstanta dielektriknya berkurang. Aplikasi feroelektrik lainnya adalah kapasitor variabel, yang karakteristiknya berubah di bawah pengaruh medan listrik yang diterapkan dengan parameter yang bervariasi.
Konstanta Dielektrik dan Rugi Dielektrik
Juga, kerugian dalam dielektrik tergantung pada nilai konstanta dielektrik - ini adalah bagian dari energi yang hilang dalam dielektrik untuk memanaskannya. Untuk menggambarkan kerugian ini, parameter tan biasanya digunakan - tangen dari sudut kerugian dielektrik. Ini mencirikan kekuatan kerugian dielektrik dalam kapasitor, di mana dielektrik terbuat dari bahan dengan tg yang tersedia. Dan kehilangan daya spesifik untuk setiap zat ditentukan oleh rumus p=E2*ώ*ε*ε*tg , dimana:
- p adalah kehilangan daya spesifik, W;
- =2*π*f adalah frekuensi lingkaran medan listrik;
- E adalah kuat medan listrik, V/m.
Jelas, semakin tinggi konstanta dielektrik, semakin tinggi kerugian dalam dielektrik, semua hal lain dianggap sama.
Ketergantungan permitivitas pada faktor eksternal
Perlu dicatat bahwa nilai permitivitas tergantung pada frekuensi medan listrik (dalam hal ini, pada frekuensi tegangan yang diterapkan pada pelat). Dengan meningkatnya frekuensi, nilai menurun untuk banyak zat. Efek ini diucapkan untuk dielektrik polar. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa muatan (dipol) tidak lagi memiliki waktu untuk mengikuti medan. Untuk zat yang dicirikan oleh polarisasi ionik atau elektronik, ketergantungan permitivitas pada frekuensi kecil.
Oleh karena itu, pemilihan bahan untuk membuat dielektrik kapasitor sangatlah penting. Apa yang bekerja pada frekuensi rendah belum tentu memberikan isolasi yang baik pada frekuensi tinggi. Paling sering, dielektrik non-polar digunakan sebagai isolator pada HF.
Juga, konstanta dielektrik tergantung pada suhu, dan dalam zat yang berbeda dengan cara yang berbeda. Untuk dielektrik nonpolar, itu berkurang dengan meningkatnya suhu. Dalam hal ini, untuk kapasitor yang dibuat menggunakan isolator seperti itu, mereka berbicara tentang koefisien suhu negatif dari kapasitansi (TKE) - kapasitas menurun dengan meningkatnya suhu mengikuti . Untuk zat lain, permeabilitas meningkat dengan meningkatnya suhu, dan kapasitor dengan TKE positif dapat diperoleh. Dengan memasukkan kapasitor dengan TKE berlawanan secara berpasangan, Anda bisa mendapatkan kapasitansi yang stabil secara termal.
Memahami esensi dan pengetahuan tentang nilai permitivitas berbagai zat penting untuk tujuan praktis. Dan kemampuan untuk mengontrol tingkat konstanta dielektrik memberikan perspektif teknis tambahan.
Artikel serupa:
