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Quale è la costante dielettrica del mezzo


Ritorno a scuola a lezioni di fisica, l'insegnante, parlando di fenomeni elettrici, ha spiegato ciò che la costante dielettrica del mezzo è. In futuro, se la professione principale non è collegata con l'ingegneria elettrica, l'argomento è stato dimenticato in modo sicuro. In questo articolo, ricorderemo ciò che è dietro a questa definizione.

Di solito per spiegare il termine "permittività dielettrica del mezzo" è consuetudine considerare un esempio con un condensatore le cui piastre sono piatte. Immaginate il condensatore più semplice in un vuoto. Determiniamo il valore della carica elettrica :

Qv = (U * S * Ev) / d,

Dove d è la distanza tra le piastre, U è la tensione, S è l'area della piastra, e Ev è la dielettrica. costante. Quest'ultimo è il valore di riferimento, è la costante dielettrica del mezzo senza aria (vuoto) ed è pari a 8,85 * 10 ad una potenza di -12 Farad per metro.

Ma nei condensatori della piastra di separazione, il mezzo può essere non solo un vuoto, ma anche qualsiasi altro materiale dielettrico. Ovviamente, in questo caso la costante dielettrica del mezzo differisce da "Ev" e pertanto la carica varia. Se il condensatore è collegato alla sorgente EMF, il valore della carica sulle piastre diventa Qz. La costante dielettrica del materiale è il rapporto tra la carica delle piastre del condensatore Qz collegato alla carica nel caso del vuoto Qv,

E = Qz / Qv.

Ovviamente, non esiste una dimensione. Un condensatore alimentato consuma energia aggiuntiva dalla sorgente.

In effetti, questa è la relativa permittività del mezzo. Indica quante volte l'intensità di interazione tra le cariche separate da una dielettrica diminuisce rispetto alle piastre in un vuoto. Si può anche dire che questa è una delle caratteristiche del materiale.

Se, tuttavia, quando la carica sulle piastre si accumula, l'approvvigionamento di energia si ferma, si verifica un altro fenomeno. Il valore della tensione diminuisce e, di conseguenza, la forza del campo elettrico diminuisce . Perché?

Qualsiasi materiale è costituito da atomi con elettroni che ruotano attorno al nucleo. Quando viene visualizzato un campo elettrico, i vettori di carica vengono dispersi in ciascuna molecola in base alla polarità dell'azione esterna – vi è una cosiddetta polarizzazione che forma un dipolo. Questa è la sua forma elettronica. Il materiale stesso può essere costituito da molecole polari e non polari. Nel primo caso, la molecola è orientata in base al campo (tensione), e poiché i dipoli si orientano verso l'auto, la relativa permittività è piuttosto elevata. Il valore della loro permeabilità supera spesso 100 unità. Nel secondo caso (molecole non polari), anche se il campo di dipolo è formato a causa dell'azione del campo dipolo, parte dell'energia viene spesa per mantenere la loro configurazione spaziale, quindi la permeabilità è insignificante e raramente supera 5 unità. Vale la pena notare che la sostanza gassosa ha sempre un basso indice di permeabilità a causa del piccolo numero di molecole per unità di volume, indipendentemente dalla loro struttura naturale.

Per i materiali dielettrici più comuni, i dati di permeabilità sono riportati nelle tabelle corrispondenti, per cui durante l'esecuzione dei calcoli non è difficile determinare il valore desiderato. È interessante che l'aria ha una permeabilità di 1 unità. Ciò spiega perché nei condensatori si utilizzano diversi strati dielettrici aggiuntivi: ceramica, mica, paraffina, ecc. Tutti questi materiali, aventi una maggiore permeabilità, aumentano il valore della carica accumulata sulle lastre. In altre parole, la capacità può essere regolata non solo dalla disposizione delle piastre, ma anche dal materiale che li separa. I campioni tra le sostanze con elevata permeabilità sono ceramiche (circa 80) e purificate da acqua di impurità (non meno di 81).