36 Диэлектрическая проницаемость среды

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция». Вы можете дополнить или исправить его.

Диэлектрическая проницаемость среды — использование относительной диэлектрической проницаемости среды, которая показывает, во сколько раз в данной среде сила взаимодействия между зарядами уменьшается по сравнению с вакуумом^[1]. Для радиолюбителей важно, что относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько увеличивается емкость конденсатора, если вместо вакуума между его пластинами будет использован данный диэлектрик.

В диэлектрической среде показана ориентация заряженных частиц при создании поляризационных эффектов. Такая среда может иметь более высокий коэффициент электрического потока для зарядки (диэлектрической проницаемости), чем пустое место

В электромагнетизме en:Electromagnetism, абсолютная проницаемость — это мера сопротивления, возникающее при формировании электрического поля в среде. Другими словами, проницаемость — это мера того, как электрическое поле en:Electric_field влияет в диэлектрической среде. Диэлектрическая проницаемость среды описывается гораздо более правильно с точки зрения создания электрического поля (более правильно, флюса) при создании его единичным зарядом в среде. Электрический поток существует в среде с низкой диэлектрической проницаемостью (на единицу заряда) из-за поляризационных эффектов. Диэлектрическая проницаемость напрямую связана с электрической восприимчивость en:Electric_susceptibility, которая является мерой того, насколько легко диэлектрическое состояние поляризует, создаёт плотность поляризации — векторное поле , которое выражает плотность постоянного или индуцированного электрических дипольных моментов в диэлектрического материала в ответ на электрическое поле. Таким образом, диэлектрическая проницаемость относится к способность материала передавать (или "разрешение") электрическое поле.

В СИ (система единиц) единицы, диэлектрическая проницаемость ε измеряется в фарадах (фарада электрическая ёмкость)на метр (F/m); электрическая восприимчивость χ — безразмерный параметр. Они связаны друг с другом через

ε=εrε0=(1+χ)ε0

где ε_r — относительная диэлектрическая проницаемость материала en:Relative_permittivity, и ε₀ = 8.8541878176.. × 10-12 F/m — диэлектрическая проницаемость вакуума en:Vacuum_permittivity.^[2]

Фарад

Основная статья: Фарад

Фара́д (обозначение: Ф, F) — единица измерения электрической ёмкости в системе СИ (система единиц) (ранее называлась фара́да).

1 фарад равен электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 вольт.

Ф = Кл/В = A·c/B

1Ф = А² · с⁴ / кг · м²

Единица названа в честь английского физика Майкла Фарадея

37 Упругие виды поляризации диэлектриков

38 Релаксационные виды поляризации диэлектриков

Релаксационные виды поляризации диэлектриков

Релаксационные виды поляризаций

Замедленные или релаксационные виды поляризаций проявляются в газах, жидкостях и твёрдых диэлектриках, если они состоят из полярных молекул, диполей или молекул, имеющих отдельные радикалы или части (сегменты), обладающие собственными электрическими моментами (дипольная, дипольно-релаксационной, дипольно-радикальная поляризации). В твердых телах возможны также разновидности релаксационных поляризаций, связанные, главным образом, с химическим составом, структурой и типом дефектов (электронно-релаксационная, ионно-релаксационная, миграционная, спонтанная поляризации).

Дипольно-релаксационная поляризация часто называется ориентационной, так как она проявляется в появлении некоторой упорядоченности в расположении полярных молекул, совершающих хаотические тепловые движения под действием электрического поля. При дипольно-радикальной или дипольно-сегментальной поляризации в некоторых полярных полимерах под действием поля происходит определенное упорядочение полярных радикалов или более крупных частей макромолекул-сегментов. Релаксационная поляризованность при дипольно-релаксационной поляризации после приложения поля к диэлектрику нарастает во времени до установления значения Р₀ согласно выражению

P(t) = Р₀[1-e^-t/τ]    (1.10)

где P(t)-поляризованность в момент времени t, а после снятия внешнего поля уменьшается по закону

P(t) = Р₀ • e^-t/τ    (1.11)

В этих выражениях τ постоянная времени процесса, называется временем релаксации - она равна времени, за которое поляризация уменьшается в "е" раз, т. е. приблизительно в 2,7 раза (е-основание натуральных логарифмов). Для полярных диэлектриков величина поляризуемости α = α_э + α_др. Дипольно - релаксационная поляризуемость может быть определена по формуле

α_др = μ² / 3kT    (1.12)

где μ - электрический дипольный момент, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура. Зависимость ε от температуры для полярной жидкости показана на рис. 1.5.

рис. 1.5

По Дебаю, если жидкость состоит из сферических молекул, обладающих дипольным моментом, то время релаксации процесса поляризации определяется по формуле

μ = 4π η a³ / kT     (1.13)

где η - вязкость, a - радиус молекулы. При низких температурах ориентация молекул электрическим полем затруднена, поэтому α_др невелика. При повышении температуры время релаксации уменьшается из-за уменьшения вязкости, ориентация молекул облегчается, что приводит к увеличению интенсивности дипольно-релаксационной поляризации и резкому росту ε, которая после достижения максимума уменьшается, приблизительно обратно пропорционально температуре за счет роста теплового движения молекул, препятствующего упорядочению полярных молекул (диполей).