פריטיטיביות יחסית. שיטה למדידת היתר

• קביעת עוצמת השדה החשמלי בוואקום;
• נכלל בביטויים של כמה חוקי האלקטרומגנטיות, כולל חוק קולומב, כאשר הוא נכתב בצורה המתאימה למערכת היחידות הבינלאומית.

דרך הקבוע הדיאלקטרי נוצר חיבור בין היתריות היחסית והמוחלטת. זה כלול גם ברשומה של חוק קולומב:

ראה גם

הערות

סִפְרוּת

קישורים

קרן ויקימדיה. 2010 .

ראה מהו "הקבוע הדיאלקטרי" במילונים אחרים:

קבוע דיאלקטרי- קבוע דיאלקטרי - [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. מילון רוסי אנגלי להנדסת חשמל ותעשיית החשמל, מוסקבה, 1999] נושאי הנדסת חשמל, מושגי יסוד מילים נרדפות קבוע דיאלקטרי ... ...

- (כינוי e0), כמות פיסית, המציין את היחס בין הכוח הפועל בין מטענים חשמליים בוואקום עם גודל המטענים הללו והמרחק ביניהם. בתחילה, מחוון זה נקרא DIELECTRIC ... ... מילון אנציקלופדי מדעי וטכני

קבוע דיאלקטרי- היתריות מוחלטת (עבור חומר איזוטרופי); תַעֲשִׂיָה קבוע דיאלקטרי ערך סקלרי המאפיין את התכונות החשמליות של דיאלקטרי ושווה ליחס בין התזוזה החשמלית בו לחוזק ... ...

קבוע דיאלקטרי- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. קבוע דיאלקטרי; היתר vok. dielektrische Leitfähigkeit, f; Dielektrizitätskonstante, f; Permittivität, f rus. קבוע דיאלקטרי, f; היתריות … Fizikos terminų žodynas

שם מיושן להתירנות (ראה הקבוע הדיאלקטרי) … האנציקלופדיה הסובייטית הגדולה

קבוע דיאלקטרי ε עבור נוזלים מסוימים (ב-20 מעלות צלזיוס)- ממס ε אצטון 21.5 בנזן 2.23 מים 81.0 ... התייחסות כימית

קבוע דיאלקטרי ראשוני- — [יא.נ. לוגינסקי, מ.ס. פזי ז'ילינסקאיה, יו.ש. קבירוב. מילון רוסי אנגלי להנדסת חשמל והנדסת חשמל, מוסקבה, 1999] נושאי הנדסת חשמל, מושגים בסיסיים EN קבוע דיאלקטרי ראשוני ... מדריך מתרגם טכני

קבוע דיאלקטרי יחסי- — [יא.נ. לוגינסקי, מ.ס. פזי ז'ילינסקאיה, יו.ש. קבירוב. מילון רוסי אנגלי להנדסת חשמל והנדסת חשמל, מוסקבה, 1999] נושאים בהנדסת חשמל, מושגים בסיסיים EN רשותיות יחסית קבוע דיאלקטרי ... מדריך מתרגם טכני

קבוע דיאלקטרי ספציפי- — [יא.נ. לוגינסקי, מ.ס. פזי ז'ילינסקאיה, יו.ש. קבירוב. מילון רוסי אנגלי להנדסת חשמל ותעשיית החשמל, מוסקבה, 1999] נושאי הנדסת חשמל, מושגים בסיסיים EN יכולת החלפה סימולטניתSIC ... מדריך מתרגם טכני

הקבוע הדיאלקטרי- היתריות מוחלטת; תַעֲשִׂיָה היתריות דיאלקטרית כמות סקלרית המאפיינת את התכונות החשמליות של דיאלקטרי השווה ליחס בין גודל התזוזה החשמלית לגודל עוצמת השדה החשמלי ... מילון הסבר טרמינולוגי פוליטכני

לכל חומר או גוף שמקיפים אותנו יש תכונות חשמליות מסוימות. הדבר נובע מהמבנה המולקולרי והאטומי: נוכחותם של חלקיקים טעונים הנמצאים במצב קשור הדדי או חופשי.

כאשר לא פועל שדה חשמלי חיצוני על החומר, חלקיקים אלו מתפזרים בצורה כזו שהם מאזנים זה את זה ואינם יוצרים שדה חשמלי נוסף בכל הנפח הכולל. במקרה של יישום חיצוני של אנרגיה חשמלית בתוך מולקולות ואטומים, מתרחשת חלוקה מחדש של מטענים, מה שמוביל ליצירת שדה חשמלי פנימי משלו המכוון מנוגד לזה החיצוני.

אם הווקטור של השדה החיצוני המופעל מסומן "E0", והפנימי - "E", אז השדה הכולל "E" יהיה סכום האנרגיה של שתי הכמויות הללו.

בחשמל נהוג לחלק חומרים ל:

מנצחים;

דיאלקטריות.

סיווג כזה קיים כבר זמן רב, אם כי הוא מותנה למדי מכיוון שלגופים רבים יש תכונות אחרות או משולבות.

מנצחים

כלי התקשורת שיש להם חיובים בחינם פועלים כמנצחים. לרוב, מתכות פועלות כמוליכות, כי במבנה שלהן יש תמיד אלקטרונים חופשיים המסוגלים לנוע בתוך כל נפח החומר ובו בזמן הם משתתפים בתהליכים תרמיים.

כאשר המוליך מבודד מפעולת שדות חשמליים חיצוניים, אז נוצר בו איזון של מטענים חיוביים ושליליים מסריגים יוניים ואלקטרונים חופשיים. שיווי המשקל הזה נהרס מיד עם ההחדרה - בגלל האנרגיה שלה מתחילה החלוקה מחדש של חלקיקים טעונים ומטענים לא מאוזנים של ערכים חיוביים ושליליים מופיעים על פני השטח החיצוניים.

תופעה זו נקראת אינדוקציה אלקטרוסטטית. המטענים הנובעים ממנו על פני המתכות נקראים חיובי אינדוקציה.

המטענים האינדוקטיביים הנוצרים במוליך יוצרים שדה משלהם E ", המפצים את פעולת ה-E0 החיצוני בתוך המוליך. לכן, הערך של השדה האלקטרוסטטי הכולל, כולל, מפוצה ושווה ל-0. במקרה זה, הפוטנציאלים של כל הנקודות הן בפנים והן בחוץ זהות.

המסקנה שהתקבלה מצביעה על כך שבתוך המוליך, גם עם שדה חיצוני מחובר, אין הבדל פוטנציאל ואין שדות אלקטרוסטטיים. עובדה זו משמשת במיגון - יישום שיטת הגנה אלקטרוסטטית על אנשים וציוד חשמלי הרגיש לשדות המושרים, במיוחד מכשירי מדידה בעלי דיוק גבוה וטכנולוגיית מיקרו-מעבד.

ביגוד והנעלה ממוגנים מבדים עם חוטים מוליכים, כולל כיסוי ראש, משמשים בתעשיית החשמל כדי להגן על כוח אדם שעובד בתנאים של מתח מוגבר שנוצר על ידי ציוד במתח גבוה.

דיאלקטריות

מה שנקרא חומרים בעלי תכונות בידוד. הם מכילים רק חיובים מקושרים, לא חיובים בחינם. יש להם את כל החלקיקים החיוביים והשליליים מהודקים בתוך אטום ניטרלי, משולל חופש תנועה. הם מפוזרים בתוך הדיאלקטרי ואינם נעים תחת פעולת השדה החיצוני המופעל E0.

עם זאת, האנרגיה שלו עדיין גורמת לשינויים מסוימים במבנה החומר - בתוך האטומים והמולקולות משתנה היחס בין החלקיקים החיוביים והשליליים, ועל פני החומר ישנם מטענים קשורים מוגזמים ובלתי מאוזנים היוצרים שדה חשמלי פנימי E "זה מכוון נגד מוחל מהמתח החיצוני.

תופעה זו קיבלה שם קיטוב דיאלקטרי. הוא מאופיין בעובדה שבתוך החומר מופיע שדה חשמלי E, שנוצר מפעולת האנרגיה החיצונית E0, אך נחלש על ידי פעולת הנגד של E הפנימי.

סוגי קיטוב

זה בתוך הדיאלקטריות הוא משני סוגים:

1. התמצאות;

2. אלקטרוני.

לסוג הראשון יש את השם הנוסף של קיטוב דיפול. הוא טבוע בדיאלקטיקה עם מרכזים עקורים של מטענים שליליים וחיוביים, היוצרים מולקולות מדיפולים מיקרוסקופיים - שילוב ניטרלי של שני מטענים. זה אופייני למים, חנקן דו חמצני, מימן גופרתי.

ללא פעולת שדה חשמלי חיצוני בחומרים כאלה, דיפולים מולקולריים מכוונים בצורה כאוטית בהשפעת תהליכי טמפרטורה פועלים. יחד עם זאת, אין מטען חשמלי בשום נקודה של הנפח הפנימי ועל פני השטח החיצוניים של הדיאלקטרי.

דפוס זה משתנה בהשפעת האנרגיה המופעלת מבחוץ, כאשר הדיפולים משנים מעט את האוריינטציה שלהם ואזורים של מטענים קשורים מאקרוסקופיים לא מפוצים מופיעים על פני השטח, ויוצרים שדה E" בכיוון ההפוך ל-E0 המוחל.

עם קיטוב כזה, התהליכים מושפעים מאוד מהטמפרטורה, מה שגורם לתנועה תרמית ויוצרת גורמים מבלבלים.

קיטוב אלקטרוני, מנגנון אלסטי

זה בא לידי ביטוי בדיאלקטיקה לא קוטבית - חומרים מסוג אחר עם מולקולות נטולות מומנט דיפול, אשר בהשפעת שדה חיצוני מעוותים כך שמטענים חיוביים מכוונים לכיוון וקטור E0, ושליליים. מטענים בכיוון ההפוך.

כתוצאה מכך, כל אחת מהמולקולות פועלת כדיפול חשמלי המכוון לאורך ציר השדה המופעל. הם, בדרך זו, יוצרים שדה משלהם E "עם הכיוון ההפוך על פני השטח החיצוניים.

בחומרים כאלה, העיוות של מולקולות, וכתוצאה מכך, הקיטוב מפעולת השדה מבחוץ אינו תלוי בתנועתם בהשפעת הטמפרטורה. דוגמה לדיאלקטרי לא קוטבי הוא מתאן CH4.

הערך המספרי של השדה הפנימי של שני סוגי הדיאלקטריות משתנה בתחילה בגודלו ביחס ישר לגידול בשדה החיצוני, ולאחר מכן, כאשר מגיעים לרוויה, מופיעות השפעות לא ליניאריות. הם מתרחשים כאשר כל הדיפולים המולקולריים מסתדרים לאורך קווי הכוח של דיאלקטריות קוטביות או שינויים במבנה של חומר לא קוטבי מתרחשים עקב עיוות חזק של אטומים ומולקולות מאנרגיה גדולה המופעלת מבחוץ.

בפועל, מקרים כאלה מתרחשים לעתים רחוקות - בדרך כלל תקלה או כשל בידוד מתרחש מוקדם יותר.

הקבוע הדיאלקטרי

בין חומרי הבידוד תפקיד חשובמוקצה למאפיינים חשמליים ומחוון כזה כמו הקבוע הדיאלקטרי. ניתן להעריך אותו לפי שני מאפיינים שונים:

1. ערך מוחלט;

2. ערך יחסי.

טווח היתר מוחלטחומרים εa משמשים כאשר מתייחסים לסימון המתמטי של חוק קולומב. זה, בצורה של מקדם εa, מחבר את הוקטורים של אינדוקציה D ועוצמה E.

נזכיר שהפיזיקאי הצרפתי שארל דה קולומב השתמש במאזן הפיתול שלו כדי לחקור את דפוסי הכוחות החשמליים והמגנטיים בין גופים טעונים קטנים.

קביעת היתריות היחסית של תווך משמשת לאפיון תכונות הבידוד של חומר. הוא מעריך את היחס בין כוח האינטראקציה בין שני מטענים נקודתיים בשניים תנאים שונים: בוואקום ובסביבת עבודה. במקרה זה, מחווני הוואקום נלקחים כ-1 (εv=1), בעוד שלחומרים אמיתיים הם תמיד גבוהים יותר, εr>1.

הביטוי המספרי εr מוצג ככמות חסרת מימד, מוסבר על ידי השפעת הקיטוב בדיאלקטריות, ומשמש להערכת המאפיינים שלהם.

ערכי קבוע דיאלקטרי של מדיה בודדת(בטמפרטורת החדר)

חומר	ε	חומר	ε
מלח רושל	6000	יהלום	5,7
רוטיל (לאורך הציר האופטי)	170	מים	81
פוליאתילן	2,3	אתנול	26,8
סִילִיקוֹן	12,0	נָצִיץ	6
זכוכית	5-16	פחמן דו חמצני	1,00099
NaCl	5,26	אדי מים	1,0126
בֶּנזִין	2,322	אוויר (760 מ"מ כספית)	1,00057

הקיבול של קבל תלוי, כפי שמראה הניסיון, לא רק בגודל, צורה ובמיקום היחסי של המוליכים המרכיבים אותו, אלא גם בתכונות הדיאלקטרי הממלא את החלל בין מוליכים אלה. ניתן לקבוע את השפעת הדיאלקטרי באמצעות הניסוי הבא. אנו מטעינים קבל שטוח ומציינים את הקריאות של אלקטרומטר שמודד את המתח על פני הקבל. הבה נעביר צלחת אבוניט לא טעונה לתוך הקבל (איור 63). נראה שהפרש הפוטנציאל בין הלוחות יקטן באופן ניכר. אם תסיר את האבוניט, הקריאות של האלקטרומטר הופכות להיות זהות. זה מראה שכאשר האוויר מוחלף באבוניט, הקיבול של הקבל גדל. אם ניקח דיאלקטרי אחר במקום אבוניט, נקבל תוצאה דומה, אבל רק השינוי בקיבול של הקבל יהיה שונה. אם - הקיבול של הקבל, שבין הלוחות שלו יש ואקום, וכן - הקיבול של אותו קבל, כאשר כל החלל בין הלוחות מלא, ללא פערי אוויר, בסוג של דיאלקטרי, אז הקיבול יהיה גדול פי כמה מהקיבול, שבו תלוי רק באופי הדיאלקטרי. כך אפשר לכתוב

אורז. 63. הקיבול של קבל גדל כאשר לוחית אבוניט נדחפת בין הלוחות שלו. יריעות האלקטרומטר נופלות, אם כי המטען נשאר זהה

הערך נקרא הקבוע הדיאלקטרי היחסי או פשוט הקבוע הדיאלקטרי של המדיום שממלא את החלל בין לוחות הקבלים. בשולחן. 1 מראה את ערכי הפריטטיביות של כמה חומרים.

טבלה 1. קבוע דיאלקטרי של כמה חומרים

חומר
מים (נקיים)
קרמיקה (הנדסת רדיו)

האמור לעיל נכון לא רק עבור קבל שטוח, אלא גם עבור קבל מכל צורה: על ידי החלפת אוויר בסוג של דיאלקטרי, אנו מגדילים את הקיבול של הקבל בפקטור של 1.

באופן קפדני, הקיבול של קבל גדל בגורם של רק אם כל קווי השדה העוברים מלוח אחד למשנהו עוברים דרך הדיאלקטרי הנתון. זה יהיה, למשל, קבל שקוע לחלוטין באיזה דיאלקטרי נוזלי, שנשפך לתוך כלי גדול. עם זאת, אם המרחק בין הלוחות קטן בהשוואה לממדים שלהם, אז ניתן לשקול שמספיק למלא רק את החלל בין הלוחות, מכיוון שכאן השדה החשמלי של הקבל מרוכז למעשה. אז, עבור קבל שטוח, זה מספיק כדי למלא רק את החלל בין הלוחות עם דיאלקטרי.

על ידי הנחת חומר בעל קבוע דיאלקטרי גבוה בין הלוחות, ניתן להגדיל מאוד את הקיבול של הקבל. זה משמש בפועל, ובדרך כלל לא אוויר, אבל זכוכית, פרפין, נציץ וחומרים אחרים נבחרים כדיאלקטרי עבור קבל. על איור. 64 מציג קבל טכני, שבו סרט נייר ספוג בפרפין משמש כדיאלקטרי. החזיתות שלו הן יריעות פלדה שנלחצו משני הצדדים לנייר שעווה. הקיבול של קבלים כאלה מגיע לעתים קרובות למספר מיקרו-פארד. אז, למשל, קבל רדיו חובב בגודל של קופסת גפרורים יש קיבול של 2 microfarads.

אורז. 64. קבל שטוח טכני: א) מורכב; ב) בצורה מפורקת חלקית: 1 ו-1 "- סרטי מסגרת, שביניהם מונחים סרטים של נייר דק בשעווה 2. כל הקלטות מקופלות יחד עם "אקורדיון" ומכניסות לקופסת מתכת. מגעים 3 ו-3" הם מולחם לקצוות של קלטות 1 ו-1" כדי לכלול קבל במעגל

ברור שרק דיאלקטריים בעלי תכונות בידוד טובות מאוד מתאימים לייצור קבלים. אחרת, המטענים יזרמו דרך הדיאלקטרי. לכן, מים, למרות הקבוע הדיאלקטרי הגבוה שלהם, אינם מתאימים כלל לייצור קבלים, מכיוון שרק מים מטוהרים בקפידה הם דיאלקטרי טוב מספיק.

אם הרווח בין הלוחות של קבל שטוח מלא במדיום עם קבוע דיאלקטרי, אז הנוסחה (34.1) עבור קבל שטוח מקבלת את הצורה

העובדה שהקיבול של קבל תלוי בסביבה מצביעה על כך שהשדה החשמלי בתוך הדיאלקטרי משתנה. ראינו שכאשר קבלים מתמלאים בדיאלקטרי עם פרמיטטיביות, הקיבול גדל בגורם של . המשמעות היא שעם אותם מטענים על הלוחות, הפרש הפוטנציאלים ביניהם יורד בגורם. אבל ההבדל הפוטנציאלי וחוזק השדה קשורים זה בזה על ידי היחס (30.1). לכן, ירידה בהפרש הפוטנציאל פירושה שעוצמת השדה בקבל כשהוא ממולא בדיאלקטרי פוחתת בפקטור. זו הסיבה להגדלת הקיבול של הקבל. פעמים פחות מאשר בוואקום. מכאן אנו מסיקים שחוק קולומב (10.1) עבור מטענים נקודתיים הממוקמים בדיאלקטרי יש את הצורה

דיאלקטרי́ חֲדִירוּת́ קיבולתסביבה - כמות פיזיקלית המאפיינת את תכונותיו של תווך מבודד (דיאלקטרי) ומראה את התלות של אינדוקציה חשמלית בחוזק השדה החשמלי.

זה נקבע על ידי השפעת הקיטוב של דיאלקטריים תחת פעולת שדה חשמלי (ועם ערך הרגישות הדיאלקטרית של המדיום המאפיין השפעה זו).

יש היתר יחסי ומוחלט.

הפריטטיביות היחסית ε היא חסרת ממדים ומראה כמה פעמים כוח האינטראקציה של שני מטענים חשמליים בתווך קטן מאשר בוואקום. ערך זה לאוויר ולרוב הגזים האחרים בתנאים רגילים קרוב לאחדות (בגלל הצפיפות הנמוכה שלהם). עבור רוב הדיאלקטריות המוצקות או הנוזליות, הפריטטיביות היחסית נעה בין 2 ל-8 (עבור שדה סטטי). הקבוע הדיאלקטרי של מים בשדה סטטי הוא גבוה למדי - בערך 80. ערכיו גדולים עבור חומרים בעלי מולקולות בעלות מומנט דיפול חשמלי גדול. הפרירו-אלקטריות היחסית היא עשרות ומאות אלפים.

הפרתירטיביות המוחלטת בספרות זרה מסומנת באות ε, בספרות המקומית משתמשים בעיקר בצירוף, איפה הקבוע החשמלי. רשותיות מוחלטת משמשת רק במערכת היחידות הבינלאומית (SI), שבה מודדים אינדוקציה וחוזק שדה חשמלי ביחידות שונות. במערכת CGS, אין צורך להכניס את המתירנות המוחלטת. הקבוע הדיאלקטרי המוחלט (כמו גם הקבוע החשמלי) הוא בעל הממד L −3 M −1 T 4 I². ביחידות של מערכת היחידות הבינלאומית (SI): =F/m.

יש לציין שהיתר תלוי במידה רבה בתדירות שדה אלקרומגנטי. זה תמיד צריך להילקח בחשבון, שכן טבלאות מדריך מכילות בדרך כלל נתונים עבור שדה סטטי או תדרים נמוכים עד כמה יחידות קילו-הרץ מבלי לציין עובדה זו. יחד עם זאת, קיימות גם שיטות אופטיות לקבלת הפרמיטטיביות היחסית ממקדם השבירה באמצעות אליפסומטרי ורפרקטומטרים. הערך שיתקבל בשיטה האופטית (תדר 10 14 הרץ) יהיה שונה משמעותית מהנתונים בטבלאות.

קחו למשל את המקרה של מים. במקרה של שדה סטטי (התדירות היא אפס), הפריטטיביות היחסית בתנאים רגילים היא בערך 80. זה המצב עד לתדרי אינפרא אדום. מתחיל בסביבות 2 GHz ε רמתחיל ליפול. בתחום האופטי ε רהוא בערך 1.8. זה תואם את העובדה שבתחום האופטי מקדם השבירה של מים הוא 1.33. בטווח תדרים צר, הנקרא אופטי, הקליטה הדיאלקטרית יורדת לאפס, מה שלמעשה מספק לאדם מנגנון ראייה [ מקור לא צוין 1252 ימים] באטמוספירה של כדור הארץ רוויה באדי מים. ככל שהתדר עולה עוד יותר, תכונות המדיום משתנות שוב. ניתן לקרוא את התנהגות הפריטיטיביות היחסית של מים בטווח התדרים שבין 0 ל-10 12 (אינפרא אדום) ב- (eng.)

הפריטטיביות של דיאלקטריות היא אחד הפרמטרים העיקריים בפיתוח קבלים חשמליים. השימוש בחומרים בעלי קבוע דיאלקטרי גבוה יכול להפחית משמעותית את הממדים הפיזיים של קבלים.

הקיבול של קבלים נקבע:

איפה ε רהוא הפריטיטיביות של החומר בין הלוחות, ε O- קבוע חשמלי, ס- השטח של לוחות הקבלים, ד- מרחק בין הצלחות.

הפרמטר הקבוע הדיאלקטרי נלקח בחשבון בעת ​​תכנון לוחות מעגלים מודפסים. ערך הקבוע הדיאלקטרי של החומר בין השכבות בשילוב עם העובי שלו משפיע על ערך הקיבול הסטטי הטבעי של שכבות הכוח, ומשפיע באופן משמעותי גם על עכבת הגל של המוליכים על הלוח.

התנגדות ספציפית היא כמות פיזית חשמלית השווה להתנגדות חשמלית ( ס"מ. התנגדות חשמלית) מוליך גלילי R של אורך יחידה (l \u003d 1m) ושטח חתך יחידה (S \u003d 1 m 2 ).. r \u003d R S / l. ב-C, יחידת ההתנגדות היא האוהם. m. התנגדות יכולה להתבטא גם באוהם. ראה התנגדות היא מאפיין של החומר שדרכו זורם הזרם, ותלויה בחומר ממנו הוא עשוי. התנגדות שווה ל-r = 1 אוהם. m פירושו שלמוליך גלילי העשוי מחומר זה, באורך l \u003d 1m ועם שטח חתך S \u003d 1 m 2, יש התנגדות R \u003d 1 אוהם. מ. הערך של ההתנגדות של מתכות ( ס"מ. מתכות), שהם מוליכים טובים ( ס"מ. מנצחים), יכולים להיות בעלי ערכים בסדר גודל של 10 - 8 - 10 - 6 אוהם. מ' (לדוגמה, נחושת, כסף, ברזל וכו '). ההתנגדות של כמה דיאלקטריות מוצקות ( ס"מ. דיאלקטריק) יכול להגיע לערך של 10 16 -10 18 Ohm.m (לדוגמה, זכוכית קוורץ, פוליאתילן, אלקטרופורצלן וכו'). ערך ההתנגדות של חומרים רבים (במיוחד חומרים מוליכים למחצה ( ס"מ. חומרים מוליכים למחצה)) תלוי בעיקרו במידת הטיהור שלהם, בנוכחות תוספי סגסוגת, טיפולים תרמיים ומכאניים וכו'. הערך s, ההדדיות של ההתנגדות, נקרא מוליכות ספציפית: s = 1/r המוליכות הספציפית נמדדת בסימנס ( ס"מ. SIEMENS (יחידת מוליכות)) למטר S/m. התנגדות חשמלית (מוליכות) היא כמות סקלרית עבור חומר איזוטרופי; וטנזור - לחומר אנזוטרופי. בגבישים בודדים אניזוטרופיים, האניזוטרופיה של המוליכות החשמלית היא תוצאה של האניזוטרופיה של המסה האפקטיבית ההדדית ( ס"מ. משקל אפקטיבי) אלקטרונים וחורים.

1-6. מוליכות בידוד

כאשר הבידוד של כבל או חוט מופעל עבור מתח קבוע U, עובר דרכו זרם i, המשתנה עם הזמן (איור 1-3). לזרם זה יש רכיבים קבועים - זרם הולכה (i ∞) וזרם ספיגה, כאשר γ - מוליכות המתאימה לזרם הבליעה; T הוא הזמן שבו זרם i abs יורד ל-1/e מערכו המקורי. במשך אינסוף זמן i abs →0 ו-i = i ∞ . המוליכות החשמלית של דיאלקטריות מוסברת על ידי נוכחותם של כמות מסוימת של חלקיקים טעונים חופשיים: יונים ואלקטרונים.

המאפיין ביותר של רוב חומרי הבידוד החשמליים הוא מוליכות חשמלית יונית, המתאפשרת עקב מזהמים הנמצאים בהכרח בבידוד (זיהומים של לחות, מלחים, אלקליות וכו'). עבור דיאלקטרי בעל אופי יוני של מוליכות חשמלית, חוק פאראדיי נשמר בקפדנות - המידתיות בין כמות החשמל העוברת דרך הבידוד לבין כמות החומר המשתחררת במהלך האלקטרוליזה.

עם עליית הטמפרטורה, ההתנגדות של חומרי בידוד חשמליים יורדת ומאופיינת בנוסחה

כאשר_ρ o, A ו-B הם קבועים עבור חומר נתון; T - טמפרטורה, °K.

תלות גדולה של עמידות הבידוד בלחות מתרחשת בחומרי בידוד היגרוסקופיים, בעיקר סיביים (נייר, חוט כותנה וכו'). לכן, חומרים סיביים מיובשים ומוספגים, כמו גם מוגנים על ידי קונכיות עמידות לחות.

התנגדות הבידוד יכולה לרדת עם עליית המתח עקב היווצרות מטענים בחלל בחומרי הבידוד. המוליכות האלקטרונית הנוספת שנוצרה במקרה זה מובילה לעלייה במוליכות החשמלית. קיימת תלות של מוליכות במתח בשדות חזקים מאוד (חוק יא.י. פרנקל):

כאשר γ o - מוליכות בשדות חלשים; a קבוע. כל חומרי הבידוד החשמליים מאופיינים בערכים מסוימים של מוליכות בידוד G. באופן אידיאלי, המוליכות של חומרי בידוד היא אפס. עבור חומרי בידוד אמיתיים, המוליכות ליחידת אורך כבל נקבעת על ידי הנוסחה

בכבלים בעלי התנגדות בידוד של יותר מ-3-10 11 אוהם-מ וכבלי תקשורת, שבהם הפסדי הקיטוב הדיאלקטרי גדולים בהרבה מההפסדים התרמיים, המוליכות נקבעת על ידי הנוסחה

מוליכות בידוד בטכנולוגיית תקשורת היא פרמטר קו חשמלי המאפיין הפסדי אנרגיה בבידוד ליבות כבלים. התלות של המוליכות בתדר מוצגת באיור. 1-1. ההדדיות של מוליכות - התנגדות בידוד, היא היחס בין מתח DC המופעל על הבידוד (בוולט) לבין הדליפה (באמפר), כלומר.

כאשר R V היא התנגדות הנפח של הבידוד, הקובעת באופן מספרי את המכשול הנוצר ממעבר זרם בעובי הבידוד; R S - התנגדות פני השטח, הקובעת את המכשול למעבר הזרם לאורך פני הבידוד.

הערכה מעשית של איכות חומרי הבידוד המשמשים היא התנגדות הנפח הספציפית ρ V מבוטאת באומו-סנטימטרים (אוהם* ס"מ). מבחינה מספרית, ρ V שווה להתנגדות (באוהם) של קובייה עם קצה של 1 ס"מ מחומר נתון, אם הזרם עובר דרך שני פנים מנוגדים של הקובייה. התנגדות פני השטח הספציפית ρ S שווה מספרית להתנגדות פני השטח של ריבוע (באוהם) אם הזרם מסופק לאלקטרודות המגבילות את שתי הצלעות המנוגדות של ריבוע זה.

התנגדות הבידוד של כבל או חוט ליבה אחת נקבעת על ידי הנוסחה

תכונות הלחות של דיאלקטריות

עמידות לחות -זוהי האמינות של פעולת הבידוד כאשר היא נמצאת באווירה של אדי מים קרובה לרוויה. עמידות ללחות מוערכת על ידי השינוי בתכונות החשמליות, המכניות והפיזיקליות האחרות לאחר שהחומר נמצא באטמוספירה עם לחות גבוהה וגבוהה; על חדירות לחות ומים; מבחינת לחות וספיגת מים.

חדירות לחות -יכולתו של חומר להעביר אדי לחות בנוכחות הבדל בלחות האוויר היחסית משני צידי החומר.

ספיגת לחות -היכולת של חומר לספוג מים במהלך חשיפה ממושכת לאווירה לחה הקרובה לרוויה.

ספיגת מים -יכולתו של חומר לספוג מים כאשר הוא טובל במים במשך זמן רב.

התנגדות טרופית וטרופיזציהצִיוּד – הגנה על ציוד חשמלי מפני רטיבות, עובש, מכרסמים.

תכונות תרמיות של דיאלקטריות

הכמויות הבאות משמשות לאפיון התכונות התרמיות של דיאלקטריות.

עמיד לחום- יכולתם של חומרים ומוצרים מבודדים חשמליים לעמוד בחשיפה לטמפרטורות גבוהות ושינויי טמפרטורה פתאומיים ללא פגיעה בהם. נקבע על ידי הטמפרטורה שבה נצפה שינוי משמעותי בתכונות מכניות וחשמליות, למשל, בדיאלקטריה אורגנית, מתחיל עיוות מתיחה או כיפוף תחת עומס.

מוליכות תרמיתהוא תהליך העברת החום בחומר. הוא מאופיין במקדם מוליכות תרמית שנקבע בניסוי λ t. λ t הוא כמות החום המועברת בשנייה אחת דרך שכבת חומר בעובי 1 מ' ועם שטח פנים של 1 מ' 2 עם הפרש טמפרטורה של השכבה משטחים של 1°K. מקדם המוליכות התרמית של דיאלקטריות משתנה על פני טווח רחב. רוב ערכים נמוכיםל-λ t יש גזים, דיאלקטריים נקבוביים ונוזלים (עבור אוויר λ t = 0.025 W / (m K), עבור מים λ t = 0.58 W / (m K)), לדיאלקטריים גבישיים יש ערכים גבוהים (עבור קוורץ גבישי λ t = 12.5 W/(m K)). מקדם המוליכות התרמית של דיאלקטריות תלוי במבנה שלהם (עבור קוורץ מתמזג λ t = 1.25 W / (m K)) ובטמפרטורה.

התפשטות תרמיתדיאלקטריים מוערכים על ידי מקדם הטמפרטורה של התפשטות ליניארית: . חומרים בעלי התפשטות תרמית נמוכה נוטים להיות בעלי עמידות גבוהה יותר בחום ולהיפך. ההתפשטות התרמית של דיאלקטריים אורגניים עולה משמעותית (עשרות ומאות מונים) על ההתרחבות של דיאלקטריים אנאורגניים. לכן, היציבות הממדית של חלקים העשויים מדיאלקטריים אנאורגניים עם תנודות טמפרטורה גבוהה בהרבה בהשוואה לאורגניים.

1. זרמי ספיגה

זרמי ספיגה נקראים זרמי תזוזה מסוגים שונים של קיטוב איטי. זרמי ספיגה במתח קבוע זורמים בדיאלקטרי עד להקמת מצב שיווי המשקל, משנים את כיוונו כאשר המתח מופעל ומכבה. במתח חילופין זורמים זרמי ספיגה במשך כל הזמן שהדיאלקטרי נמצא בשדה החשמלי.

בכללי חַשְׁמַל י בדיאלקטרי הוא סכום זרם המעבר י sc וזרם ספיגה י אב

j = j sc + י אב.

ניתן לקבוע את זרם הקליטה על פי זרם ההטיה י ס"מ הוא קצב השינוי של וקטור האינדוקציה החשמלי ד

זרם המעבר נקבע על ידי העברה (תנועה) בשדה החשמלי של נושאי מטען שונים.

2. אֶלֶקטרוֹנִימוליכות חשמלית מאופיינת בתנועה של אלקטרונים בהשפעת שדה. בנוסף למתכות, הוא קיים בפחמן, תחמוצות מתכות, סולפידים וחומרים אחרים, כמו גם במוליכים למחצה רבים.

3. יונית -עקב תנועת יונים. זה נצפה בתמיסות ובמסים של אלקטרוליטים - מלחים, חומצות, אלקליות, כמו גם בדיאלקטרים ​​רבים. זה מחולק למוליכות פנימית וטומאה. מוליכות פנימית נובעת מתנועת יונים המתקבלת במהלך הדיסוציאציה מולקולות. תנועת היונים בשדה חשמלי מלווה באלקטרוליזה - העברת חומר בין האלקטרודות ושחרורו על האלקטרודות. נוזלים קוטביים מתנתקים במידה רבה יותר ובעלי מוליכות חשמלית גבוהה יותר מאשר לא-קוטביים.

בדיאלקטריות נוזליות לא קוטביות וקטניות חלשות (שמנים מינרליים, נוזלי סיליקון אורגניים), המוליכות החשמלית נקבעת על ידי זיהומים.

4. מוליכות חשמלית מולונית -נגרמת על ידי תנועה של חלקיקים טעונים הנקראים מליונים. התבונן בו במערכות קולואידיות, תחליבים , השעיות . תנועה של מולונים תחת פעולת שדה חשמלי נקראת אלקטרופורזה. במהלך האלקטרופורזה, בניגוד לאלקטרוליזה, לא נוצרים חומרים חדשים, הריכוז היחסי של הפאזה המפוזרת בשכבות שונות של הנוזל משתנה. מוליכות חשמלית אלקטרופורטית נצפית, למשל, בשמנים המכילים מים מתחלבים.

PERMEABILITY DIELECTRIC, הערך של ε, המאפיין את הקיטוב של דיאלקטריים תחת פעולת שדה חשמלי של חוזק E. הקבוע הדיאלקטרי נכלל בחוק קולומב ככמות המראה כמה פעמים כוח האינטראקציה של שני מטענים חופשיים ב דיאלקטרי הוא פחות מאשר בוואקום. היחלשות האינטראקציה מתרחשת עקב סינון מטענים חופשיים על ידי המטענים הקשורים הנוצרים כתוצאה מקיטוב המדיום. מטענים קשורים נוצרים כתוצאה מחלוקה מחדש מרחבית מיקרוסקופית של מטענים (אלקטרונים, יונים) בתווך נייטרלי מבחינה חשמלית בכללותו.

לחיבור בין וקטורי הקיטוב P, עוצמת השדה החשמלי E והאינדוקציה החשמלית D במדיום איזוטרופי במערכת היחידות SI יש את הצורה:

כאשר ε 0 הוא קבוע חשמלי. הערך של הפריטטיביות ε תלוי במבנה וב תרכובת כימיתחומרים, כמו גם לחץ, טמפרטורה ותנאים חיצוניים אחרים (טבלה).

עבור גזים, ערכו קרוב ל-1, עבור נוזלים ומוצקים הוא משתנה ממספר יחידות לכמה עשרות, עבור פרו-אלקטריקים הוא יכול להגיע ל-10 4 . התפשטות כזו בערכים של ε נובעת ממנגנוני קיטוב שונים המתרחשים בדיאלקטריות שונות.

התיאוריה המיקרוסקופית הקלאסית מובילה לביטוי משוער לפריטטיביות של דיאלקטריות לא קוטביות:

כאשר n i הוא הריכוז של הסוג ה-i של אטומים, יונים או מולקולות, α i הוא יכולת הקיטוב שלהם, β i הוא מה שנקרא גורם השדה הפנימי, בשל התכונות המבניות של גביש או חומר. עבור רוב הדיאלקטריות עם הפריטטיביות הנעה בין 2-8, β = 1/3. בדרך כלל, הפריטטיביות כמעט בלתי תלויה בגודל השדה החשמלי המופעל עד לפירוק החשמלי של הדיאלקטרי. ערכים גבוהיםε של כמה תחמוצות מתכות ותרכובות אחרות נובעות מהמוזרויות של המבנה שלהן, המאפשרות, תחת פעולת השדה E, תזוזה קולקטיבית של תת-הסריגים של יונים חיוביים ושליליים בכיוונים מנוגדים ויצירת מטענים קשורים משמעותיים ב- את גבול הקריסטל.

תהליך הקיטוב הדיאלקטרי כאשר מופעל שדה חשמלי אינו מתפתח באופן מיידי, אלא לאורך זמן מסוים τ (זמן הרפיה). אם השדה E משתנה בזמן t לפי חוק הרמוני עם תדר ω, אז לקיטוב הדיאלקטרי אין זמן לעקוב אחריו, ומופיע הפרש פאזה δ בין התנודות P ו-E. כאשר מתארים את התנודות P ו-E בשיטה של ​​אמפליטודות מורכבות, הפריטטיביות מיוצגת על ידי ערך מורכב:

ε = ε’ + iε",

יתרה מכך, ε' ו-ε" תלויים ב-ω וב-τ, והיחס ε"/ε' = tg δ קובע את ההפסדים הדיאלקטריים במדיום. שינוי הפאזה δ תלוי ביחס τ ובתקופת השדה Т = 2π/ω. בשעה τ<< Т (ω<< 1/τ, низкие частоты) направление Р изменяется практически одновременно с Е, т. е. δ → 0 (механизм поляризации «включён»). Соответствующее значение ε’ обозначают ε (0) . При τ >> T (תדרים גבוהים) הקיטוב אינו עומד בקצב השינוי ב-Ε, δ → π ו-ε' במקרה זה מסמנים ε (∞) (מנגנון הקיטוב "כבוי"). ברור ש- ε (0) > ε (∞), ובשדות מתחלפים המתירנות מתבררת כפונקציה של ω. ליד ω = l/τ, ε' משתנה מ-ε (0) ל-ε (∞) (אזור פיזור), והתלות tgδ(ω) עוברת דרך מקסימום.

אופי התלות ε'(ω) ו-tgδ(ω) באזור הפיזור נקבע על ידי מנגנון הקיטוב. במקרה של קיטובים יוניים ואלקטרוניים עם תזוזה אלסטית של מטענים קשורים, השינוי ב-P(t) עם הכללה של השדה E הוא בעל אופי של תנודות דחוסות, והתלות ε'(ω) ו-tanδ(ω ) נקראים תהודה. במקרה של קיטוב אוריינטציוני, כינון P(t) הוא אקספוננציאלי, והתלות ε'(ω) ו-tgδ(ω) נקראות הרפיה.

שיטות למדידת הקיטוב הדיאלקטרי מבוססות על תופעות של אינטראקציה של שדה אלקטרומגנטי עם מומנטי הדיפול החשמליים של חלקיקי החומר והן שונות עבור תדרים שונים. רוב השיטות ב-ω ≤ 10 8 הרץ מבוססות על תהליך של טעינה ופריקה של קבל מדידה מלא בדיאלקטרי שנחקר. בתדרים גבוהים יותר, נעשה שימוש בשיטות של מוליך גל, תהודה, רב תדר ועוד.

בדיאלקטריות מסוימות, למשל, פרואלקטריות, הקשר הפרופורציונלי בין P ו-Ε [P = ε 0 (ε – 1)E] וכתוצאה מכך, בין D ל-E כבר מופר בשדות חשמליים רגילים שהושגו בפועל. פורמלית, זה מתואר בתור התלות ε(Ε) ≠ const. במקרה זה, מאפיין חשמלי חשוב של הדיאלקטרי הוא היתריות הדיפרנציאלית:

בדיאלקטריות לא ליניאריות, הערך של ε diff נמדד בדרך כלל בשדות מתחלפים חלשים עם הטלה בו-זמנית של שדה קבוע חזק, והרכיב המשתנה ε diff נקרא הפריטיטיביות הפיכה.

מוּאָר. לראות ב- st. דיאלקטריות.