Perméabilité électrique

La permittivité électrique est une valeur qui caractérise la capacité d'un diélectrique placé entre les armatures d'un condensateur. Comme vous le savez, la capacité d'un condensateur plat dépend de la taille de la surface des plaques (plus la surface des plaques est grande, plus la capacité est grande), de la distance entre les plaques ou de l'épaisseur du diélectrique (plus le diélectrique est épais, plus la capacité est faible), ainsi que sur le matériau du diélectrique, dont la caractéristique est la perméabilité électrique.

Numériquement, la perméabilité électrique est égale au rapport de la capacité du condensateur à tout diélectrique du même condensateur à air. Pour créer des condensateurs compacts, il est nécessaire d'utiliser des diélectriques à haute perméabilité électrique. La permittivité électrique de la plupart des diélectriques est de plusieurs unités.

En technologie, des diélectriques à haute et ultra haute perméabilité électrique ont été obtenus. Leur partie principale est le rutile (dioxyde de titane).

Figure 1. Perméabilité électrique du milieu

Angle de perte diélectrique

Dans l'article "Diélectriques", nous avons analysé des exemples d'inclusion d'un diélectrique dans des circuits à courant continu et alternatif. Il s'est avéré qu'un vrai diélectrique lorsqu'on travaillait dans champ électrique formé par une tension alternative, de l'énergie thermique est libérée. La puissance absorbée dans ce cas est appelée pertes diélectriques. Dans l'article "Un circuit alternatif contenant une capacité", il sera prouvé que dans un diélectrique idéal, le courant capacitif devance la tension d'un angle inférieur à 90°. Dans un diélectrique réel, le courant capacitif devance la tension d'un angle inférieur à 90°. La diminution de l'angle est influencée par le courant de fuite, autrement appelé courant de conduction.

La différence entre 90 ° et l'angle de décalage entre la tension et le courant circulant dans un circuit avec un diélectrique réel est appelée angle de perte diélectrique ou angle de perte et est notée δ (delta). Le plus souvent, ce n'est pas l'angle lui-même qui est déterminé, mais la tangente de cet angle -tg δ.

Il a été établi que les pertes diélectriques sont proportionnelles au carré de la tension, de la fréquence alternative, de la capacité du condensateur et de la tangente de perte diélectrique.

Par conséquent, plus la tangente de perte diélectrique est grande, tan δ, plus la perte d'énergie dans le diélectrique est grande, plus le matériau diélectrique est mauvais. Les matériaux avec un tg δ relativement grand (de l'ordre de 0,08 à 0,1 ou plus) sont de mauvais isolants. Les matériaux avec un tg δ relativement faible (de l'ordre de 0,0001) sont de bons isolants.

La constante diélectrique la constante diélectrique

la valeur de ε, montrant combien de fois la force d'interaction de deux charges électriques dans un milieu est inférieure à celle dans le vide. En milieu isotrope, ε est lié à la susceptibilité diélectrique χ par la relation : ε = 1 + 4π χ. La permittivité d'un milieu anisotrope est un tenseur. La permittivité dépend de la fréquence du champ ; dans des champs électriques intenses, la permittivité commence à dépendre de l'intensité du champ.

LA PERMITTIVITÉ DIÉLECTRIQUE, une quantité sans dimension e, montrant combien de fois la force d'interaction F entre les charges électriques dans un milieu donné est inférieure à leur force d'interaction F o dans le vide :
e \u003d F environ / F.
La constante diélectrique indique combien de fois le champ est affaibli par le diélectrique (cm. DIÉLECTRIQUE), caractérisant quantitativement la propriété d'un diélectrique à se polariser dans un champ électrique.
La valeur de la permittivité relative d'une substance, qui caractérise le degré de sa polarisabilité, est déterminée par les mécanismes de polarisation (cm. POLARISATION). Cependant, la valeur dépend aussi dans une large mesure de état d'agrégation substances, car lors des transitions d'un état à un autre, la densité de la substance, sa viscosité et son isotropie changent de manière significative (cm. ISOTROPIE).
Constante diélectrique des gaz
Les substances gazeuses se caractérisent par de très faibles densités dues aux grandes distances entre les molécules. De ce fait, la polarisation de tous les gaz est négligeable et leur permittivité est proche de l'unité. La polarisation d'un gaz peut être purement électronique ou dipôle si les molécules de gaz sont polaires, mais dans ce cas aussi, la polarisation électronique est primordiale. La polarisation des différents gaz est d'autant plus grande que le rayon de la molécule de gaz est grand, et est numériquement proche du carré de l'indice de réfraction de ce gaz.
La dépendance d'un gaz à la température et à la pression est déterminée par le nombre de molécules par unité de volume du gaz, qui est proportionnel à la pression et inversement proportionnel à la température absolue.
A l'air dans conditions normales e = 1,0006 et son coefficient de température est d'environ 2. 10 -6 K -1 .
Constante diélectrique des diélectriques liquides
Les diélectriques liquides peuvent être composés de molécules non polaires ou polaires. La valeur e des liquides non polaires est déterminée par la polarisation des électrons, elle est donc petite, proche de la valeur du carré de la réfraction de la lumière et ne dépasse généralement pas 2,5. La dépendance de e d'un liquide non polaire à la température est associée à une diminution du nombre de molécules par unité de volume, c'est-à-dire à une diminution de la densité, et son coefficient de température est proche du coefficient de température de l'expansion volumique du liquide, mais de signe différent.
La polarisation des liquides contenant des molécules dipolaires est déterminée simultanément par les composants électroniques et de relaxation dipolaire. De tels liquides ont plus la constante diélectrique est grande, plus la valeur du moment électrique des dipôles est grande (cm. DIPÔLE) et plus le nombre de molécules par unité de volume est élevé. La dépendance à la température dans le cas des liquides polaires est complexe.
Constante diélectrique des diélectriques solides
Dans les solides, il peut prendre une variété de valeurs numériques en fonction de la variété caractéristiques structurelles diélectrique solide. Dans les diélectriques solides, tous les types de polarisation sont possibles.
La plus petite valeur de e a des diélectriques solides, constitués de molécules non polaires et n'ayant qu'une polarisation électronique.
Les diélectriques solides, qui sont des cristaux ioniques avec un empilement dense de particules, ont des polarisations électroniques et ioniques et ont des valeurs e qui se situent dans une large gamme (e sel gemme - 6; e corindon - 10; e rutile - 110; e titanate de calcium - 150).
e de divers verres inorganiques, se rapprochant de la structure des diélectriques amorphes, se situe dans une gamme relativement étroite de 4 à 20.
Les diélectriques organiques polaires ont une polarisation de relaxation dipolaire à l'état solide. e de ces matériaux dépend en grande partie de la température et de la fréquence de la tension appliquée, obéissant aux mêmes lois que pour les liquides dipolaires.

Dictionnaire encyclopédique. 2009 .

Voyez ce qu'est la "constante diélectrique" dans d'autres dictionnaires :

La valeur de e, montrant combien de fois la force d'interaction de deux charges électriques dans un milieu est inférieure à celle dans le vide. En milieu isotrope, e est lié à la susceptibilité diélectrique avec la relation : e = 1 + 4pc. La constante diélectrique… … Grand dictionnaire encyclopédique

La valeur de e, qui caractérise la polarisation des diélectriques sous l'action des électriques. le champ E. D. p. entre dans la loi de Coulomb comme une quantité indiquant combien de fois la force d'impact de deux charges libres dans un diélectrique est inférieure à celle dans le vide. L'affaiblissement de la ... ... Encyclopédie physique

PERMITTIVITÉ DIÉLECTRIQUE, La valeur de e, montrant combien de fois la force d'interaction de deux charges électriques dans un milieu est inférieure à celle dans le vide. La valeur de e est très variable : hydrogène 1,00026, huile de transformateur 2,24, ... ... Encyclopédie moderne

- (notation e), en physique une des propriétés divers matériaux(voir DIELECTRIQUE). Il s'exprime par le rapport de la densité du FLUX ELECTRIQUE dans le milieu à l'intensité du CHAMP ELECTRIQUE qui le provoque. Permittivité du vide ... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

la constante diélectrique- La grandeur caractérisant les propriétés diélectriques d'un corps, scalaire pour un corps isotrope et tenseur pour un corps anisotrope, dont le produit par l'intensité du champ électrique est égal au déplacement électrique. [GOST R 52002 2003]… … Manuel du traducteur technique

La constante diélectrique- LA PERMÉABILITÉ DIÉLECTRIQUE, la valeur de e, montrant combien de fois la force d'interaction de deux charges électriques dans un milieu est inférieure à celle dans le vide. La valeur de e est très variable : hydrogène 1,00026, huile de transformateur 2,24, ... ... Dictionnaire encyclopédique illustré

La constante diélectrique- une grandeur caractérisant les propriétés diélectriques d'une substance, scalaire pour une substance isotrope et tenseur pour une substance anisotrope, dont le produit par l'intensité du champ électrique est égal au déplacement électrique... Source : ... ... Terminologie officielle

la constante diélectrique- permittivité absolue ; industrie permittivité diélectrique Quantité scalaire caractérisant les propriétés électriques d'un diélectrique égale au rapport de l'amplitude du déplacement électrique à l'amplitude de l'intensité du champ électrique ... Dictionnaire explicatif terminologique polytechnique

Permittivité absolue Permittivité relative Permittivité du vide ... Wikipedia

la constante diélectrique- dielektrinė skvarba statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektrinio srauto tankio tiriamojoje medžiagoje ir elektrinio lauko stiprio santykis. atitikmenys : angl. constante diélectrique; permittivité diélectrique ; permittivité diélectrique ... ... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

Livres

• Propriétés matérielles. Anisotropie, symétrie, structure. Par. de l'anglais. , Newnham RE. Ce livre traite de l'anisotropie et de la relation entre la structure des matériaux et leurs propriétés. Il couvre un large éventail de sujets et est une sorte de cours d'introduction aux propriétés physiques...

La constante diélectrique

Le phénomène de polarisation est jugé par la valeur de la permittivité ε. Le paramètre ε, qui caractérise la capacité d'un matériau à former une capacité, est appelé permittivité relative.

Le mot "parent" est généralement omis. Il convient de tenir compte du fait que la capacité électrique de la section d'isolation avec des électrodes, c'est-à-dire condensateur, dépend des dimensions géométriques, de la configuration des électrodes et de la structure du matériau qui forme le diélectrique de ce condensateur.

Dans le vide, ε = 1, et tout diélectrique est toujours supérieur à 1. Si C0 - manger-

un os, entre les plaques duquel il y a un vide, de forme et de taille arbitraires, et C est la capacité d'un condensateur de même taille et forme, mais rempli d'un diélectrique de permittivité ε, alors

Soit C0 la constante électrique (F/m) égale à

C0 = 8.854.10-12,

trouver la permittivité absolue

ε’ = ε0 .ε.

Déterminons les valeurs de capacité pour certaines formes de diélectriques.

Pour condensateur plat

С = ε0 ε S/h = 8,854 1О-12 ε S/h.

où S est l'aire la Coupe transversaleélectrode, m2 ;

h est la distance entre les électrodes, m.

Valeur pratique la constante diélectrique est très élevée. Il détermine non seulement la capacité du matériau à former une capacité, mais entre également dans un certain nombre d'équations de base qui caractérisent les processus physiques se produisant dans le diélectrique.

La constante diélectrique des gaz, en raison de leur faible densité (due aux grandes distances entre les molécules) est insignifiante et proche de l'unité. Typiquement, la polarisation d'un gaz est électronique ou dipôle si les molécules sont polaires. ε du gaz est d'autant plus élevé que le rayon de la molécule est grand. Un changement du nombre de molécules de gaz par unité de volume de gaz (n) avec un changement de température et de pression provoque un changement de la constante diélectrique du gaz. Le nombre de molécules N est proportionnel à la pression et inversement proportionnel à la température absolue.

Lorsque l'humidité change, la constante diélectrique de l'air change légèrement en proportion directe avec le changement d'humidité (à température ambiante). À des températures élevées, l'influence de l'humidité est considérablement accrue. La dépendance à la température de la permittivité est caractérisée par l'expression

T K ε = 1 / ε (dε / dT).

En utilisant cette expression, on peut calculer le changement relatif de la constante diélectrique avec un changement de température de 1 0 K - le soi-disant coefficient de température TK de la constante diélectrique.

La valeur du TC d'un gaz non polaire se trouve par la formule

T K ε \u003d (ε -1) / dT.

où T est la température. À.

La constante diélectrique des liquides dépend fortement de leur structure. Les valeurs de ε des liquides non polaires sont petites et proches du carré de l'indice de réfraction de la lumière n 2. La constante diélectrique des liquides polaires, qui sont utilisés comme diélectriques techniques, varie de 3,5 à 5, ce qui est sensiblement supérieure à celle des liquides non polaires.

Ainsi, la polarisation des liquides contenant des molécules dipolaires est déterminée simultanément par les polarisations électroniques et de relaxation dipolaire.

Les liquides hautement polaires sont caractérisés par une valeur élevée de ε en raison de leur conductivité élevée. La dépendance à la température de ε dans les liquides dipolaires est plus complexe que dans les liquides neutres.

Par conséquent, ε à une fréquence de 50 Hz pour le biphényle chloré (savol) augmente rapidement en raison d'une forte baisse de la viscosité du liquide, et le dipôle

les molécules ont le temps de s'orienter suite à un changement de température.

La diminution de ε se produit en raison d'une augmentation du mouvement thermique des molécules, ce qui empêche leur orientation dans la direction du champ électrique.

Les diélectriques sont divisés en quatre groupes selon le type de polarisation :

Le premier groupe est à composition unique, homogène, pur, sans additifs, diélectriques, qui ont principalement une polarisation électronique ou un empilement dense d'ions. Ceux-ci comprennent des diélectriques solides non polaires et faiblement polaires à l'état cristallin ou amorphe, ainsi que des liquides et des gaz non polaires et faiblement polaires.

Le deuxième groupe est constitué de diélectriques techniques à polarisations électroniques, ioniques et simultanées à relaxation dipolaire. Il s'agit notamment de substances semi-liquides et solides organiques polaires (dipôles), telles que les composés huile-colophane, la cellulose, résines époxydes et les matériaux composites constitués de ces substances.

Le troisième groupe est celui des diélectriques techniques à polarisations ionique et électronique ; diélectriques avec des polarisations électroniques de relaxation ionique est divisé en deux sous-groupes. Le premier sous-groupe comprend principalement substances cristallines avec un tassement serré des ions ε< 3,0.

Le deuxième sous-groupe comprend les verres inorganiques et les matériaux contenant une phase vitreuse, ainsi que les substances cristallines avec un garnissage ionique lâche.

Le quatrième groupe est constitué des ferroélectriques ayant des polarisations spontanées, électroniques, ioniques, de relaxation électron-ion, ainsi que migratoires ou à haute tension pour les matériaux composites, complexes et stratifiés.

4. Pertes diélectriques des matériaux isolants électriques. Types de pertes diélectriques.

Les pertes diélectriques sont la puissance dissipée dans un diélectrique lorsqu'il est exposé à un champ électrique et provoque un échauffement du diélectrique.

Des pertes dans les diélectriques sont observées aussi bien à tension alternative qu'à tension constante, puisqu'un courant traversant est détecté dans le matériau du fait de la conductivité. A tension constante, lorsqu'il n'y a pas de polarisation périodique, la qualité du matériau est caractérisée, comme mentionné plus haut, par les valeurs des résistances volumiques et surfaciques spécifiques. Avec une tension alternative, il est nécessaire d'utiliser une autre caractéristique de la qualité du matériau, car dans ce cas, en plus du courant traversant, il existe des causes supplémentaires qui provoquent des pertes dans le diélectrique.

Les pertes diélectriques dans un matériau électriquement isolant peuvent être caractérisées par une dissipation de puissance par unité de volume, ou des pertes spécifiques ; le plus souvent, pour évaluer la capacité d'un diélectrique à dissiper de la puissance dans un champ électrique, on utilise l'angle de perte diélectrique, ainsi que la tangente de cet angle.

Riz. 3-1. Charge en fonction de la tension pour un diélectrique linéaire sans pertes (a), avec pertes (b)

L'angle de perte diélectrique est l'angle qui complète jusqu'à 90° l'angle du déphasage entre courant et tension dans un circuit capacitif. Pour un diélectrique idéal, le vecteur courant dans un tel circuit devancera le vecteur tension de 90°, tandis que l'angle de perte diélectrique sera nul. Plus la puissance dissipée dans le diélectrique, qui se transforme en chaleur, est grande, plus l'angle de déphasage est petit et plus l'angle et sa fonction tg sont grands.

De la théorie des courants alternatifs, on sait que la puissance active

Ra = UI cos (3-1)

Exprimons les puissances pour les circuits en série et en parallèle en fonction des capacités Cs et Сp et de l'angle , qui est le complément de l'angle jusqu'à 90°.

Pour un circuit série, en utilisant l'expression (3-1) et le diagramme vectoriel correspondant, on a

Pa = (3-2)

TG = Csrs (3-3)

Pour circuit parallèle

P une \u003d Ui une \u003d U 2 C p tg (3-4)

TG = (3-5)

En assimilant les expressions (3-2) et (3-4), ainsi que (3-3) et (3-5) entre elles, on trouve la relation entre Сp et Cs et entre rp et rs

C p \u003d C s /1 + tg 2 (3-6)

r p = r s (1+ 1/tg 2 ) (3-7)

Pour les diélectriques de haute qualité, vous pouvez négliger la valeur de tg2 par rapport à l'unité dans la formule (3-8) et calculer Ср Cs С. Les expressions de la puissance dissipée dans le diélectrique, dans ce cas, seront les mêmes pour les deux circuits :

P a U 2 Ctg (3-8)

où Ra - puissance active, W; U - tension, V; - fréquence angulaire, s-1 ; C - capacité, F.

résistance rr dans circuit parallèle, comme il ressort de l'expression (3-7), plusieurs fois supérieure à la résistance rs. L'expression des pertes diélectriques spécifiques, c'est-à-dire la puissance dissipée par unité de volume du diélectrique, a la forme :

(3-9)

où р - pertes spécifiques, W/m3 ; \u003d 2 - fréquence angulaire, s-1, E - intensité du champ électrique, V / m.

En effet, la capacité entre faces opposées d'un cube de 1 m de côté sera

С1 = 0 r , composante réactive de la conductivité

(3-10)

un composant actif

Après avoir déterminé par n'importe quelle méthode à une certaine fréquence les paramètres du circuit équivalent du diélectrique à l'étude (Ср et rр ou Cs et rs), dans le cas général, il est impossible de considérer les valeurs obtenues de capacité et de résistance comme inhérents à ce condensateur et utiliser ces données pour calculer l'angle de perte à une fréquence différente. Un tel calcul ne peut être effectué que si le circuit équivalent a une certaine justification physique. Ainsi, par exemple, s'il est connu pour un diélectrique donné que les pertes qu'il contient ne sont déterminées que par les pertes de conduction dans une large gamme de fréquences, alors l'angle de perte d'un condensateur avec un tel diélectrique peut être calculé pour toute fréquence située dans cette gamme

tg=1/ Crp(3-12)

où C et rp sont une capacité et une résistance constantes mesurées à une fréquence donnée.

Les pertes dans un tel condensateur, comme il est facile de le voir, ne dépendent pas de la fréquence :

Pa=U2/rp (3-13)

au contraire, si les pertes dans le condensateur sont principalement dues à la résistance des fils d'alimentation, ainsi qu'à la résistance des électrodes elles-mêmes (par exemple, une fine couche d'argent), alors la puissance dissipée dans un tel condensateur sera augmenter proportionnellement au carré de la fréquence :

Pa=U2 C tg =U2 C Crs=U2 2C2rs (3-14)

De la dernière expression, une conclusion pratique très importante peut être tirée: les condensateurs conçus pour fonctionner à haute fréquence doivent avoir la résistance la plus faible possible à la fois des électrodes et des fils de connexion et des contacts de transition.

Selon leurs caractéristiques et leur nature physique, les pertes diélectriques peuvent être divisées en quatre types principaux :

1) pertes diélectriques dues à la polarisation ;

2) les pertes diélectriques dues à la conduction traversante ;

les pertes diélectriques d'ionisation ;

pertes diélectriques dues à l'inhomogénéité de la structure.

Les pertes diélectriques dues à la polarisation sont particulièrement clairement observées dans les substances à polarisation de relaxation: dans les diélectriques à structure dipolaire et dans les diélectriques à structure ionique à empilement lâche d'ions.

Les pertes diélectriques de relaxation sont causées par la violation du mouvement thermique des particules sous l'influence des forces du champ électrique.

Les pertes diélectriques observées dans les ferroélectriques sont associées au phénomène de polarisation spontanée. Par conséquent, les pertes dans les ferroélectriques sont importantes à des températures inférieures au point de Curie, lorsqu'une polarisation spontanée est observée. Aux températures supérieures au point de Curie, les pertes en ferroélectriques diminuent. Le vieillissement électrique d'un ferroélectrique avec le temps s'accompagne d'une certaine diminution des pertes.

Les pertes diélectriques dues à la polarisation doivent également inclure les pertes dites de résonance, qui se manifestent dans les diélectriques à hautes fréquences. Ce type de perte s'observe avec une netteté particulière dans certains gaz à une fréquence strictement définie et se traduit par l'absorption intense de l'énergie du champ électrique.

Des pertes par résonance sont également possibles dans les solides si la fréquence des oscillations forcées provoquées par le champ électrique coïncide avec la fréquence des oscillations naturelles des particules du solide. La présence d'un maximum dans la dépendance en fréquence de tg est également caractéristique du mécanisme de perte de résonance, mais dans ce cas, la température n'affecte pas la position du maximum.

Les pertes diélectriques dues à la conduction traversante se trouvent dans les diélectriques qui ont une conductivité volumique ou superficielle notable.

La tangente de perte diélectrique dans ce cas peut être calculée par la formule

De telles pertes diélectriques ne dépendent pas de la fréquence du champ ; tg diminue avec la fréquence selon la loi hyperbolique.

Les pertes diélectriques dues à la conductivité électrique augmentent de façon exponentielle avec la température

PaT=Aexp(-b/T) (3-16)

où A, b sont des constantes matérielles. La formule approximative (3-16) peut être réécrite comme suit :

PaT=Pa0exp( t) (3-17)

où PaT - pertes à température t, °C ; Pa0 - pertes à une température de 0°C ; est la constante matérielle.

La tangente de perte diélectrique varie avec la température selon la même loi qui est utilisée pour approximer la dépendance à la température de Pa, puisque la variation de température de la capacité peut être négligée.

Les pertes diélectriques d'ionisation sont inhérentes aux diélectriques et à l'état gazeux ; Les pertes d'ionisation apparaissent dans des champs électriques non uniformes à des intensités supérieures à la valeur correspondant au début de l'ionisation d'un gaz donné. Les pertes d'ionisation peuvent être calculées par la formule

Pa.i=A1f(U-Ui)3 (3-18)

où A1 est un coefficient constant ; f est la fréquence du champ ; U - tension appliquée ; Ui - tension correspondant au début de l'ionisation.

La formule (3-18) est valable pour U > Ui et une dépendance linéaire de tg sur E. La tension d'ionisation Ui dépend de la pression à laquelle se trouve le gaz, puisque le développement de l'ionisation par impact des molécules est associé à la moyenne libre chemin des porteurs de charge.

Les pertes diélectriques dues à l'inhomogénéité structurelle sont observées dans les diélectriques en couches, à partir de papier et de tissu imprégnés, dans les plastiques chargés, dans les céramiques poreuses dans les micanites, mycalex, etc.

En raison de la diversité de la structure des diélectriques inhomogènes et des caractéristiques des composants qu'ils contiennent, il n'y a pas formule générale calcul des pertes diélectriques de ce type.

Conférence #19

1. La nature de la conductivité électrique des diélectriques gazeux, liquides et solides

La constante diélectrique

Permittivité relative, ou permittivité ε est l'un des paramètres électriques macroscopiques les plus importants d'un diélectrique. La constante diélectriqueε caractérise quantitativement la capacité d'un diélectrique à se polariser dans un champ électrique et évalue également le degré de sa polarité; ε est la constante du matériau diélectrique à une température et une fréquence données tension électrique et montre combien de fois la charge d'un condensateur avec un diélectrique est supérieure à la charge d'un condensateur de même taille avec un vide.

La constante diélectrique détermine la valeur de la capacité électrique du produit (condensateur, isolation du câble, etc.). Pour capacité de condensateur plat DE,Ф, s'exprime par la formule (1)

où S est la surface de l'électrode de mesure, m 2 ; h est l'épaisseur du diélectrique, M. On peut voir à partir de la formule (1) que le plus de valeur ε diélectrique utilisé, plus la capacité du condensateur est grande avec les mêmes dimensions. À son tour, la capacité électrique C est le coefficient de proportionnalité entre la charge de surface QK, condensateur accumulé, et la tension électrique qui lui est appliquée

filage U(2) :

De la formule (2) il résulte que la charge électrique QK, accumulée par le condensateur est proportionnelle à la valeur ε diélectrique. Connaissance QK dimensions géométriques du condensateur, vous pouvez déterminer ε matériau diélectrique pour une tension donnée.

Considérez le mécanisme de formation de la charge QK sur les électrodes d'un condensateur avec un diélectrique et quels composants composent cette charge. Pour ce faire, on prend deux condensateurs plats de mêmes dimensions géométriques : l'un avec du vide, l'autre avec un espace interélectrode rempli d'un diélectrique, et on leur applique la même tension tu(Fig. 1). Une charge se forme sur les électrodes du premier condensateur Q0, sur les électrodes du deuxième - QK. Chargez à votre tour QK est la somme des charges Q0 et Q(3):

Charge Q 0 est formé par un champ externe E0 en accumulant des charges externes sur les électrodes du condensateur de densité surfacique σ 0 . Q- il s'agit d'une charge supplémentaire sur les électrodes du condensateur, créée par une source de tension électrique pour compenser les charges liées formées à la surface du diélectrique.

Dans un diélectrique uniformément polarisé, la charge Q correspond à la densité surfacique des charges liées σ. La charge σ forme un champ E sz, dirigé à l'opposé du champ E O.

La permittivité du diélectrique considéré peut être représentée par le rapport de charge QK un condensateur rempli d'un diélectrique pour charger Q0 le même condensateur avec le vide (3) :

De la formule (3) il s'ensuit que la permittivité ε - la valeur est sans dimension, et pour tout diélectrique elle est supérieure à l'unité ; en cas de vide ε = 1. De l'exemple considéré, également

on peut voir que la densité de charge sur les électrodes d'un condensateur avec un diélectrique en ε une fois que plus de densité charge sur les électrodes du condensateur avec vide, et l'intensité à la même tension pour les deux

leurs condensateurs sont les mêmes et ne dépendent que de l'amplitude de la tension tu et la distance entre les électrodes (E = U/h).

En plus de la permittivité relative ε distinguer permittivité absolue ε a, f/m, (4)

qui n'a pas sens physique et est utilisé en génie électrique.

La variation relative de la permittivité εr avec une augmentation de la température de 1 K est appelée coefficient de température de la permittivité.

TKε = 1/ εr d εr/dT K-1 Pour air à 20°C TK εr = -2.10-6K-

Le vieillissement électrique des ferroélectriques s'exprime par une diminution de εr avec le temps. La raison en est un réarrangement des domaines.

Une variation particulièrement nette de la permittivité avec le temps est observée à des températures proches du point de Curie. Le chauffage des ferroélectriques à une température supérieure au point de Curie et le refroidissement ultérieur ramène εr à sa valeur précédente. La même restauration de la permittivité diélectrique peut être réalisée en exposant le ferroélectrique à un champ électrique d'intensité accrue.

Pour les diélectriques complexes - un mélange mécanique de deux composants avec différents εr en première approximation : εrx = θ1 εr1x θ εr2x, où θ est la concentration volumétrique des composants du mélange, εr est la permittivité relative du composant du mélange.

La polarisation diélectrique peut être causée par : des charges mécaniques (piézopolarisation dans les piézoélectriques) ; chauffage (pyropolarisation dans les pyroélectriques); lumière (photopolarisation).

L'état polarisé d'un diélectrique dans un champ électrique E est caractérisé par un moment électrique par unité de volume, polarisation Р, C/m2, qui est lié à sa permittivité relative, par exemple : Р = e0 (par exemple - 1)Е, où e0 = 8.85∙10-12 F/m. Le produit e0∙eg =e, F/m, est appelé la permittivité absolue. Dans les diélectriques gazeux, par exemple, diffère peu de 1,0, dans les liquides et solides non polaires, il atteint 1,5 - 3,0, dans les polaires, il a grandes valeurs; dans les cristaux ioniques, par exemple - 5-MO, et dans ceux avec un réseau cristallin de pérovskite, il atteint 200 ; dans les ferroélectriques, par exemple - 103 et plus.

Dans les diélectriques non polaires, par exemple, diminue légèrement avec l'augmentation de la température, dans les changements polaires sont associés à la prédominance de l'un ou l'autre type de polarisation, dans les cristaux ioniques, il augmente, dans certains ferroélectriques à une température de Curie, il atteint 104 et plus. Les changements de température sont par exemple caractérisés par un coefficient de température. Pour les diélectriques polaires, une caractéristique est une diminution, par exemple, dans la gamme de fréquences, où le temps t pour la polarisation est proportionnel à T/2.

Informations similaires.

LA CONSTANTE DIELECTRIQUE (constante diélectrique) - quantité physique, qui caractérise la capacité d'une substance à réduire les forces d'interaction électrique dans cette substance par rapport au vide. Ainsi, D. p. montre combien de fois les forces d'interaction électrique dans la matière sont inférieures à celles du vide.

D. p. - une caractéristique qui dépend de la structure de la substance diélectrique. Électrons, ions, atomes, molécules ou leurs parties séparées et plus grandes surfaces toute substance dans un champ électrique est polarisée (voir polarisation), ce qui conduit à une neutralisation partielle du champ électrique externe. Si la fréquence du champ électrique est proportionnelle au temps de polarisation de la substance, alors dans une certaine gamme de fréquences, il y a une dispersion de l'effet de dispersion, c'est-à-dire la dépendance de son amplitude à la fréquence (voir Dispersion). Le D. p. d'une substance dépend à la fois des propriétés électriques des atomes et des molécules, et de leur position relative, c'est-à-dire la structure de la matière. Par conséquent, la définition de D. p. ou ses modifications en fonction des conditions environnantes sont utilisées dans l'étude de la structure d'une substance, et en particulier de divers tissus du corps (voir Conductivité électrique des systèmes biologiques).

Différentes substances (diélectriques), en fonction de leur structure et de leur état d'agrégation, ont différentes valeurs de D. p. (tableau).

Table. La valeur de la permittivité de certaines substances

D'une importance particulière pour la médecine - biol, la recherche est l'étude de D. et. dans les liquides polaires. Leur représentant typique est l'eau, constituée de dipôles orientés dans un champ électrique en raison de l'interaction entre les charges du dipôle et le champ, ce qui conduit à l'apparition d'un dipôle ou d'une polarisation orientationnelle. La valeur élevée du D. p. de l'eau (80 à t° 20°) détermine un degré élevé dissociation en elle de divers produits chimiques. substances et bonne solubilité des sels, to-t, bases et autres composés (voir Dissociation, Électrolytes). Avec une augmentation de la concentration de l'électrolyte dans l'eau, la valeur de son DP diminue (par exemple, pour les électrolytes monovalents, le DP de l'eau diminue de un avec une augmentation de la concentration en sel de 0,1 M).

La majorité des biol, objets appartiennent à des diélectriques hétérogènes. À l'interaction des ions biol, l'objet avec la polarisation du champ électrique des frontières de la section a la signification essentielle (voir. Membranes biologiques ). L'amplitude de la polarisation est d'autant plus grande que la fréquence du champ électrique est faible. Puisque la polarisation de l'interface biol, l'objet dépend de leur perméabilité (voir) pour les ions, il est évident que le Dp effectif est largement déterminé par l'état des membranes.

Puisque la polarisation d'un objet hétérogène aussi complexe qu'un objet biologique a nature différente(concentration, macrostructurale, orientationnelle, ionique, électronique, etc.), il devient clair qu'avec une fréquence croissante, le changement de D. p. (dispersion) est fortement exprimé. Classiquement, il existe trois régions de dispersion de dispersion D. : dispersion alpha (à des fréquences allant jusqu'à 1 kHz), dispersion bêta (fréquence de plusieurs kHz à des dizaines de MHz) et dispersion gamma (fréquences supérieures à 10 9 Hz) ; dans biol, les objets il n'y a généralement pas de frontière claire entre les zones de dispersion.

Aux funkts de détérioration, déclare biol, la dispersion de l'objet D. de l'élément aux basses fréquences diminue jusqu'à la disparition complète (à la mort des tissus). Aux hautes fréquences, l'amplitude du D. p. ne change pas de manière significative.

D.p. est mesuré sur une large gamme de fréquences et, selon la gamme de fréquences, les méthodes de mesure changent également de manière significative. Aux fréquences courant électrique inférieure à 1 Hz, la mesure est effectuée en utilisant la méthode de charge ou de décharge d'un condensateur rempli de la substance d'essai. Connaissant la dépendance du courant de charge ou de décharge au temps, il est possible de déterminer non seulement la valeur de la capacité électrique du condensateur, mais également les pertes dans celui-ci. Aux fréquences de 1 à 3 10 8 Hz pour la mesure de D. et. appliquer des méthodes spéciales de résonance et de pont qui permettent d'étudier dans un complexe les changements D. de l'élément. diverses substances le plus complet et polyvalent.

En médical - biol, les recherches utilisent le plus souvent des ponts symétriques de courant alternatif avec lecture directe des grandeurs mesurées.

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