ЧТО ТАКОЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ? - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Диэлектрическая проницаемость является значением , связанным с материалом , который помещен между пластинами конденсатора (или конденсатора - фиг.1), что позволяет оптимизировать и увеличивая свою функцию. (Джанколи, 2006). Диэлектрик является синонимом электрического изолятора, то есть это материалы, не пропускающие электрический ток.

Эта ценность важна во многих аспектах, так как для каждого является обычным использовать электрическое и электронное оборудование в наших домах, местах отдыха, учебных или рабочих местах, но, конечно, мы не знаем о сложных процессах, которые происходят в этом оборудовании, чтобы функционировать.

Рисунок 1: Различные типы конденсаторов.

Например, наши мини-компоненты, телевизоры и мультимедийные устройства используют постоянный ток для своих функций, но бытовые и промышленные токи, которые достигают наших домов и рабочих мест, являются переменными токами. Как это возможно?.

Рисунок 2: Электрическая схема бытового оборудования

Ответ на этот вопрос находится в том же электрическом и электронном оборудовании: конденсаторах (или конденсаторах). Эти компоненты позволяют, среди прочего, сделать возможным преобразование переменного тока в постоянный, а их функциональность зависит от геометрии или формы конденсатора и диэлектрического материала, присутствующего в его конструкции.

Диэлектрические материалы играют важную роль, поскольку они позволяют пластинам, из которых состоит конденсатор, располагаться очень близко, не касаясь друг друга, и полностью покрывать пространство между этими пластинами диэлектрическим материалом для увеличения функциональности конденсаторов.

Происхождение диэлектрической проницаемости: конденсаторы и диэлектрические материалы

Значение этой постоянной является экспериментальным результатом, то есть получено из экспериментов, проведенных с различными типами изоляционных материалов и приводящих к одному и тому же явлению: повышение функциональности или эффективности конденсатора.

Конденсаторы связаны с физической величиной, называемой емкостью «C», которая определяет величину электрического заряда «Q», который конденсатор может сохранять, подавая определенную разность потенциалов «∆V» (уравнение 1).

(Уравнение 1)

Эксперименты пришли к выводу, что, полностью покрывая пространство между пластинами конденсатора диэлектрическим материалом, конденсаторы увеличивают свою емкость в κ раз, что называется «диэлектрической постоянной». (Уравнение 2).

(Уравнение 2)

Иллюстрация емкости C конденсатора с плоскими параллельными пластинами, заряженного и, следовательно, с однородным электрическим полем, направленным вниз между его пластинами, представлена ​​на рисунке 3.

Вверху рисунка изображен конденсатор с вакуумом между пластинами (вакуум - диэлектрическая проницаемость ∊0). Затем внизу представлен тот же конденсатор с емкостью C '> C с диэлектриком между его пластинами (с диэлектрической проницаемостью).

Рисунок 3: Плоско-параллельный пластинчатый конденсатор без диэлектрика и с диэлектриком.

Фигероа (2005) перечисляет три функции диэлектрических материалов в конденсаторах:

1. Они обеспечивают жесткую и компактную конструкцию с небольшим зазором между токопроводящими пластинами.
2. Они позволяют приложить более высокое напряжение, не вызывая разряда (электрическое поле пробоя больше, чем у воздуха)
3. Увеличивает емкость конденсатора в κ раз, известном как диэлектрическая проницаемость материала.

Таким образом, автор указывает, что κ «называется диэлектрической проницаемостью материала и измеряет реакцию его молекулярных диполей на внешнее магнитное поле». То есть диэлектрическая проницаемость тем выше, чем выше полярность молекул материала.

Атомные модели диэлектриков

В общем, материалы имеют определенные молекулярные структуры, которые зависят от самих молекул и элементов, из которых они состоят в каждом материале. Среди молекулярных структур, которые участвуют в диэлектрических процессах, есть так называемые «полярные молекулы» или поляризованные.

В полярных молекулах существует разделение между средним положением отрицательных зарядов и средним положением положительных зарядов, в результате чего у них есть электрические полюса.

Например, молекула воды (рис. 4) постоянно поляризована, потому что центр распределения положительного заряда находится посередине между атомами водорода. (Serway and Jewett, 2005).

Рисунок 4: Распределение молекулы воды.

В то время как в молекуле BeH2 (гидрид бериллия - Рисунок 5), линейная молекула, поляризация отсутствует, поскольку центр распределения положительных зарядов (водородов) находится в центре распределения отрицательных зарядов (бериллий). , отменяя любую поляризацию, которая может существовать. Это неполярная молекула.

Рисунок 5: Распределение молекулы гидрида бериллия.

Точно так же, когда диэлектрический материал находится в присутствии электрического поля E, молекулы будут выстраиваться в зависимости от электрического поля, вызывая поверхностную плотность заряда на поверхностях диэлектрика, обращенных к пластинам конденсатора.

Из-за этого явления электрическое поле внутри диэлектрика меньше внешнего электрического поля, создаваемого конденсатором. На следующем рисунке (Рисунок 6) показан электрически поляризованный диэлектрик внутри плоско-параллельного пластинчатого конденсатора.

Важно отметить, что это явление легче проявляется в полярных материалах, чем в неполярных, из-за существования поляризованных молекул, которые более эффективно взаимодействуют в присутствии электрического поля. Хотя простое присутствие электрического поля вызывает поляризацию неполярных молекул, что приводит к тому же явлению, что и в случае полярных материалов.

Рис. 6. Модели поляризованных молекул диэлектрика из-за электрического поля, возникающего в заряженном конденсаторе.

Значения диэлектрической проницаемости некоторых материалов

В зависимости от функциональности, экономичности и максимальной полезности конденсаторов используются различные изоляционные материалы для оптимизации их характеристик.

Такие материалы, как бумага, очень недорогие, хотя они могут выйти из строя при высоких температурах или контакте с водой. Хотя резина, она по-прежнему пластична, но более устойчива. У нас также есть фарфор, который устойчив к высоким температурам, но не может адаптироваться к различным формам по мере необходимости.

Ниже представлена ​​таблица, в которой указана диэлектрическая проницаемость некоторых материалов, где диэлектрические проницаемости не имеют единиц измерения (они безразмерны):

Таблица 1: Диэлектрическая проницаемость некоторых материалов при комнатной температуре.

Некоторые применения диэлектрических материалов

Диэлектрические материалы играют важную роль в глобальном обществе и имеют широкий спектр применений, от наземной и спутниковой связи, включая программное обеспечение для радио, GPS, мониторинг окружающей среды с помощью спутников, среди прочего. (Себастьян, 2010)

Более того, Fiedziuszko и другие (2002) описывают важность диэлектрических материалов для развития беспроводных технологий, в том числе для сотовой телефонии. В своей публикации они описывают актуальность этого типа материалов в миниатюризации оборудования.

В этом порядке идей современность породила большой спрос на материалы с высокой и низкой диэлектрической проницаемостью для развития технологической жизни. Эти материалы являются важными компонентами интернет-устройств с точки зрения функций хранения данных, обмена данными и производительности передачи данных. (Налва, 1999).

Ссылки

1. Федзиушко, С.Дж., Хантер, И.К., Ито, Т., Кобаяши, Ю., Нисикава, Т., Стицер, С.Н., и Вакино, К. (2002). Диэлектрические материалы, устройства и схемы. Протоколы IEEE по теории и технике микроволнового излучения, 50 (3), 706-720.
2. Фигероа, Д. (2001). Электрическое взаимодействие. Каракас, Венесуэла: Miguel Angel García and Son, SRL.
3. Джанколи, Д. (2006). ФИЗИЧЕСКИЕ. Начиная с приложений. Мексика: PEARSON EDUCACION.
4. Налва, Х.С. (ред.). (1999). Справочник по материалам с низкой и высокой диэлектрической проницаемостью и их применениям, двухтомный набор. Elsevier.
5. Себастьян, MT (2010). Диэлектрические материалы для беспроводной связи. Elsevier.
6. Сервей, Р. и Джуэтт, Дж. (2005). Физика для науки и техники. Мексика: International Thomson Editores.