3 Диэлектрическая проницаемость

1.

Диэлектрическая
проницаемость

2. Диэлектрическая проницаемость

Количественной оценкой способности диэлектриков
поляризоваться под действием внешнего электрического поля
является относительная диэлектрическая проницаемость
(Ԑ).
Величина Ԑ представляет собой отношение заряда Q,
полученного при некотором напряжении на конденсаторе с
данным диэлектриком к заряду Qо, который можно получить в
конденсаторе тех же геометрических размеров и при том же
напряжении, если бы между электродами, находился вакуум.

3.

где Q0 – заряд конденсатора, если между электродами
находится вакуум; Qд – заряд конденсатора, если между
электродами находится диэлектрик.
Заряд Qд обусловлен поляризацией данного диэлектрика. Из
формулы (1) следует , что Ԑ не может быть меньше 1.
Заряд конденсатора определяется по формуле:
где С – емкость конденсатора, U – приложенное к конденсатору
напряжение.
Выражение (1) может быть представлено в виде:

4.

где Со – емкость вакуумного конденсатора (геометрическая емкость).
Отсюда следует, что
Величина относительной диэлектрической проницаемости
Ԑ показывает во сколько раз емкость конденсатора с диэлектриком больше емкости конденсатора
таких же геометрических размеров, у которого между
обкладками находится вакуум.
Следовательно, величина Ԑ диэлектрика определяет
величину емкости С
электро- и радиотехнических
конструкций.

5. Диэлектрическая проницаемость газов

Газы имеют малую плотность из-за больших расстояний
между молекулами.
В газах может быть только электронная поляризация и
даже, если газы полярны, то в них преобладает электронная
поляризация.
Диэлектрическая проницаемость газов близка к единице.
Например :
водород - Ԑ=1,00027;
кислород - Ԑ=1,00055;
азот Ԑ=1,0006.
Чем больше радиус молекул газа, тем больше его
диэлектрическая проницаемость.

6.

Диэлектрическая проницаемость газов
Ԑ газов зависит от числа молекул в единице объема.
Изменение числа молекул ( N ) в единице объема газа
при изменении давления (p) или температуры (t) влияет на
величину диэлектрической проницаемости газа:
Например:
↑ p → ↑ N → ↑ Ԑ;
↓ p → ↓ N → ↓ Ԑ;
↑ t → ↓ N → ↓ Ԑ;
↓ t → ↑ N → ↑ Ԑ;
На Ԑ влияет относительная влажность газа ( ). Чем
больше относительная влажность газа, тем больше
диэлектрическая
проницаемость
газа,
т.к.
даже
дистиллированная вода имеет Ԑ=81.

7. Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков

Жидкие диэлектрики имеют молекулярное строение и
могут быть:
- неполярными - Ԑ≤2,5;
- полярными - Ԑ=3,5÷5.
В неполярных жидких диэлектриках происходит только
электронная поляризация, Ԑ зависит от температуры и не
зависит от частоты электрического поля .
Ниже приведены зависимости Ԑ неполярной жидкости от
температуры и частоты.

8. Зависимость диэлектрической проницаемости жидких неполярных диэлектриков от температуры и частоты

9.

В полярных жидких диэлектриках происходят:
• электронная поляризация
• дипольно- релаксационная поляризация.
Ԑ зависит от температуры и частоты.

10. Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков

В твердых диэлектриках возможны все виды
поляризации.
Для твердых неполярных диэлектриков
характерны те же закономерности, что и для
неполярных жидкостей и газов.

11.

Твердые диэлектрики ионной
структуры с плотной
упаковкой ионов обладают
электронной и ионной
поляризациями и имеют Ԑ,
изменяющуюся в широких
пределах. Температурный
как правило,
коэффициентположителен.
относительной
диэлектрической
проницаемости:

12.

Твердые диэлектрики ионной структуры с неплотной
упаковкой ионов, в которых наблюдаются электронная и
ионно-релаксационная поляризации, имеют сравнительно
небольшое значение Ԑ и большой положительный
температурный коэффициент (TKԐ).

13.

Полярные твердые диэлектрики обладают:
- электронной поляризацией;
- дипольно-релаксационной поляризацией.
К таким диэлектрикам относятся:
- целлюлоза и продукты ее переработки;
- полярные полимеры (поливинилхлорид, политрифторхлорэтилен и т.д.).
Диэлектрическая проницаемость полярных твердых
диэлектриков в большой степени зависит от температуры и от частоты приложенного электрического поля и имеет те же зависимости, что и
полярные жидкие диэлектрики.

14. Выводы по теме «Диэлектрическая проницаемость»

Ԑ является количественной оценкой степени
поляризации диэлектриков;
Ԑ зависит от агрегатного состояния вещества:
- Ԑ газов ≈1;
- неполярных жидких диэлектриков Ԑ ≤ 2,5;
- сегнетоэлектриков Ԑ ≈ 105÷106.
Ԑ зависит от строения диэлектрика;
Ԑ неполярных диэлектриков и диэлектриков ионной
структуры зависит только от температуры;

15. Выводы по теме «Диэлектрическая проницаемость»

Ԑ полярных диэлектриков зависит от температуры
и частоты приложенного поля;
Ԑ зависит от влажности для газов, жидких
диэлектриков и твердых диэлектриков с пористой
структурой;
Ԑ не остается постоянной и изменяется в процессе
эксплуатации диэлектриков.