26 Діелектрична стала

Діелектр́ична прон́икність (діелектрична стала) середовища ε — безрозмірна величина, що характеризує ізоляційні властивості середовища. Вона показує, в скільки разів взаємодія між зарядами в однорідному середовищі менша ніж у вакуумі.

Диэлектрическая проницаемость диэлектриков является одним из основных параметров при разработке электрических конденсаторов. Использование материалов с высокой диэлектрической проницаемостью позволяют существенно снизить физические размеры конденсаторов.

Измерение

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества εr может быть определена путем сравнения ёмкости тестового конденсатора с данным диэлектриком (Cx) и ёмкости того же конденсатора в вакууме (Co):

Ёмкость плоских конденсаторов определяется:

где εr — диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками, εо — электрическая постоянная, S — площадь обкладок конденсатора, d — расстояние между обкладками.

Параметр диэлектрической проницаемости учитывается при разработке печатных плат. Значение диэлектрической проницаемости вещества между слоями в сочетании с его толщиной влияет на величину естественной статической ёмкости слоев питания, а также существенно влияет на волновое сопротивление проводников на плате.

Следует отметить, что диэлектрическая проницаемость в значительной степени зависит от частоты электромагнитного поля. Это следует всегда учитывать, поскольку таблицы справочников обычно содержат данные для статического поля или малых частот вплоть до нескольких единиц кГц без указания данного факта. В то же время существуют и оптические методы получения относительной диэлектрической проницаемости по коэффициенту преломления при помощи эллипсометров и рефрактометров. Полученное оптическим методом (частота 10^14 Гц) значение будет значительно отличаться от данных в таблицах.

27. Сили, що діють на діелектрик в електричному полі.

Ці сили виникають навіть тоді, коли діелектрик не несе вільного заряду і обумовлені поляризацією діелектрика. Тобто подивимось, як проявляють себе у діелектриках пондеромоторні сили.

Електричні заряди зміщуються у полі (притягуються пластини конденсатора), диполь розвертається за полем і втягується в ту частину простору, де напруженість поля більша. Будь-який діелектрик у полі поляризується, перетворюючись на щось подібне до диполя (або систему диполів).

На кожен елемент об’єму діелектрика в електричному полі діє сила, що дорівнює сумі сил, прикладених до окремих молекул діелектрика. В поляризованому діелектрику треба замість окремих молекул розглядати систему диполів. На кожен диполь у вакуумі діє сила ,де момент диполя, електричне поле, яке діє на диполь.У діелектрику цей вираз набуває вигляду ,де під полем , що діє на диполь, мається на увазі поле у діелектрику ( поле поляризаційного заряду). Сила, що діє на одиницю об’єму діелектрика (це – об’ємна густина сили), ,де кількість диполів в одиниці об’єму (концентрація диполів). Остання рівність отримана із міркувань, що всі диполі знаходяться в одному і тому ж полі і мають однаковий момент.

Далі густину сили перепишемо у вигляді

,де за означенням є вектором поляризації (сума дипольних моментів у одиниці об’єму).

Оскільки , а діелектрична сприйнятливість пов’язана із діелектричною проникністю співвідношенням , то .Тоді густина сили набуває вигляду .

Бачимо, що напрямок сили співпадає з напрямком збільшення поля і не залежить від знаку , зміна напрямку вектора не змінює напрямку сили. Знаючи силу, яка діє на одиницю об’єму діелектрика (а це – величина диференціальна, яка визначена в кожній точці) можна інтегруванням по об’єму знайти силу, яка діє на весь діелектрик.