Ders No. 19

1. Gaz, sıvı ve katı dielektriklerin elektriksel iletkenliğinin doğası

Dielektrik sabiti

Bağıl dielektrik sabiti veya dielektrik sabiti ε- bir dielektrikin en önemli makroskopik elektriksel parametrelerinden biri. Dielektrik sabitiε bir dielektrik maddenin polarize olma yeteneğini niceliksel olarak karakterize eder. Elektrik alanı ve ayrıca kutupluluğunun derecesini de değerlendirir; ε belirli bir sıcaklık ve elektrik voltajı frekansında bir dielektrik malzemenin sabitidir ve bir dielektrikli kapasitörün yükünün, aynı boyuttaki bir kapasitörün vakumlu yükünden kaç kat daha büyük olduğunu gösterir.

Dielektrik sabiti, bir ürünün (kapasitör, kablo yalıtımı vb.) elektriksel kapasitansının değerini belirler. Paralel plakalı bir kapasitör için elektrik kapasitansı İLE,Ф, formül (1) ile ifade edilir

burada S, ölçüm elektrotunun alanıdır, m2; h, dielektrik kalınlığıdır, m Formül (1)'den, değerin ne kadar büyük olduğu açıktır. ε Dielektrik kullanıldığında, aynı boyutlara sahip kapasitörün elektrik kapasitansı ne kadar büyük olursa. Buna karşılık, elektriksel kapasitans C yüzey yükü arasındaki orantı katsayısıdır. QK, birikmiş kapasitör ve ona uygulanan bir elektrik voltajı

iplik çekme U(2):

Formül (2)'den elektrik yükünün şu sonucu çıkıyor: QK, kapasitör tarafından biriktirilen değerle orantılıdır ε dielektrik. bilmek QK ve kapasitörün geometrik boyutları belirlenebilir ε Belirli bir voltaj için dielektrik malzeme.

Yük oluşum mekanizmasını ele alalım QK dielektrikli bir kapasitörün elektrotları ve bu yükü hangi bileşenlerin oluşturduğu. Bunu yapmak için, aynı geometrik boyutlarda iki düz kapasitör alıyoruz: biri vakumlu, diğeri dielektrikle doldurulmuş elektrotlar arası boşluklu ve bunlara aynı elektrik voltajını uyguluyoruz sen(Şekil 1). Birinci kapasitörün elektrotlarında bir yük oluşur Q0, ikincinin elektrotlarında - QK. Buna karşılık, ücret QK masrafların toplamı Q0 Ve Q(3):

Şarj Q 0, kapasitörün elektrotları üzerinde yüzey yoğunluğu σ 0 olan üçüncü taraf yüklerin birikmesiyle E0 dış alanı tarafından oluşturulur. Q- bu, dielektrik yüzeyinde oluşan bağlı yükleri telafi etmek için bir elektrik voltajı kaynağı tarafından oluşturulan kapasitörün elektrotları üzerinde ek bir yüktür.

Düzgün polarize edilmiş bir dielektrikte yük Q bağlı yüklerin σ yüzey yoğunluğunun değerine karşılık gelir. σ yükü, E O alanına zıt yönde yönlendirilmiş bir E сз alanı oluşturur.

Söz konusu dielektrik maddenin dielektrik sabiti, yük oranı olarak gösterilebilir. QKşarj etmek için dielektrikle doldurulmuş kapasitör Q0 vakumlu aynı kapasitör (3):

Formül (3)'ten dielektrik sabiti şu şekildedir: ε - miktar boyutsuzdur ve herhangi bir dielektrik için birlikten daha büyüktür; vakum durumunda ε = 1. Ele alınan örnekten de

dielektrikli bir kapasitörün elektrotları üzerindeki yük yoğunluğunun ε bir kere daha fazla yoğunluk Bir kapasitörün elektrotlarına vakumla yük ve değişim için aynı voltajlarda voltajlar

kapasitörleri aynıdır ve yalnızca voltaja bağlıdır sen ve elektrotlar arasındaki mesafeler (E = U/saat).

akrabaya ek olarak dielektrik sabiti ε ayırt etmek mutlak dielektrik sabiti ε a, F/m, (4)

fiziksel bir anlamı olmayan ve elektrik mühendisliğinde kullanılan.

Sıcaklıktaki 1 K artışla dielektrik sabiti εr'deki bağıl değişime denir. sıcaklık katsayısı dielektrik sabiti.

ТКε = 1/ εr d εr/dT К-1 20°С'deki hava için ТК εr = -2,10-6К-

Ferroelektriklerde elektriksel yaşlanma, εr'nin zamanla azalmasıyla ifade edilir. Bunun nedeni alan adlarının yeniden gruplandırılmasıdır.

Curie noktasına yakın sıcaklıklarda dielektrik sabitinde zamanla özellikle keskin bir değişiklik gözlenir. Ferroelektriklerin Curie noktasının üzerindeki bir sıcaklığa ısıtılması ve ardından soğutulması εr'yi önceki değerine döndürür. Dielektrik sabitinin aynı restorasyonu, bir ferroelektrik etkiyle sağlanabilir. Elektrik alanı artan gerginlik.

Karmaşık dielektrikler için - mekanik karışım birinci yaklaşıma göre farklı εr'ye sahip iki bileşen: εrх = θ1 εr1х θ εr2х, burada θ karışım bileşenlerinin hacimsel konsantrasyonudur, εr karışım bileşeninin bağıl dielektrik sabitidir.

Dielektrik polarizasyona şunlar neden olabilir: mekanik yükler (piezoelektriklerde piezopolarizasyon); ısıtma (piroelektriklerde piropolarizasyon); ışık (fotopolarizasyon).

Bir elektrik alanındaki bir dielektrikin polarize durumu E, birim hacim başına elektrik momenti, polarizasyon P, C/m2 ile karakterize edilir ve bu da onun bağıl dielektrik sabiti ile ilişkilidir, örneğin: P = e0 (örneğin - 1)E, burada e0 = 8,85∙10-12 F/m. e0∙eg =e, F/m çarpımına mutlak dielektrik sabiti denir. Gaz halindeki dielektriklerde 1,0'dan çok az farklılık gösterir, polar olmayan sıvılarda ve katılarda 1,5 - 3,0'a ulaşır, polar olanlarda büyük değerlere sahiptir; iyonik kristallerde, örneğin - 5-MO ve perovskit kristal kafesine sahip olanlarda 200'e ulaşır; ferroelektriklerde örneğin - 103 ve daha fazlası.

Polar olmayan dielektriklerde, örneğin artan sıcaklıkla hafifçe azalır; polar dielektriklerde değişiklikler, iyonik kristallerde bir veya başka tür polarizasyonun baskınlığıyla ilişkilidir; bazı ferroelektriklerde, Curie sıcaklığında 104'e ulaşır; Daha. Sıcaklık değişiklikleri örneğin bir sıcaklık katsayısı ile karakterize edilir. Polar dielektrikler, örneğin polarizasyon için t süresinin T/2 ile karşılaştırılabilir olduğu frekans aralığında bir azalma ile karakterize edilir.

İlgili bilgi.

3 No'lu SANAL LABORATUVAR ÇALIŞMASI

KATI HAL FİZİĞİ

Uygulama yönergeleri laboratuvar işi Fizik bölümünde 3 numara " Sağlam» her türlü eğitimdeki teknik uzmanlık öğrencileri için

Krasnoyarsk 2012

İnceleyen

Fiziksel ve Matematik Bilimleri Adayı, Doçent O.N. Bandurina

(Sibirya Devlet Havacılık ve Uzay Üniversitesi

Akademisyen M.F. Reşetnev)

BİT metodoloji komisyonunun kararıyla yayınlandı

Yarı iletkenlerin dielektrik sabitinin belirlenmesi. Katı hal fiziği üzerine 3 numaralı sanal laboratuvar çalışması: Teknik öğrenciler için “Katı Hal” fiziği bölümünde 3 numaralı laboratuvar çalışmasının gerçekleştirilmesine ilişkin yönergeler. uzman. her türlü eğitim / derleyen: A.M. Kharkiv; Kardeşim. durum havacılık üniversite – Krasnoyarsk, 2012. – 21 s.

Sibirya Devlet Havacılık

Akademisyen M.F.'nin adını taşıyan üniversite Reşetneva, 2012

Giriş…………………………………………………………………………………………4

Laboratuvar çalışmalarına kabul………………………………………………………4

Savunmaya yönelik laboratuvar çalışmalarının hazırlanması………………………………………4

Yarı iletkenlerin dielektrik sabitinin belirlenmesi…………..5

Yöntemin teorisi…………………………………………………………………………………….5

Dielektrik sabitini ölçme metodolojisi…………………..……..11

Ölçüm sonuçlarının işlenmesi………………………..………………………16

Test soruları…………..………………………………………………….17

Test……………………………………………………………………………….17

Referanslar…………………………………………………………………………………20

Ek………………………………………………………………………………………21

GİRİİŞ

Bu kılavuzlar, “Katı Hal Fiziği” dersindeki sanal modellerin kullanıldığı laboratuvar çalışmalarına ilişkin açıklamalar içerir.

Laboratuvar çalışmalarına kabul:

Gruplar halinde bir öğretmen tarafından her öğrenciye kişisel bir anket uygulanır. Kabul için:

1) Her öğrenci öncelikle bu laboratuvar çalışması için kişisel notlarını hazırlar;

2) Öğretmen notların formatını bireysel olarak kontrol eder ve teori, ölçüm teknikleri, sonuçların kurulumu ve işlenmesi hakkında sorular sorar;

3) Öğrenci cevaplar sorulan sorular;

4) Öğretmen öğrencinin çalışmasına izin verir ve öğrencinin notlarına imza atar.

Savunmaya yönelik laboratuvar çalışmalarının hazırlanması:

Tamamen tamamlanan ve savunmaya hazırlanan çalışma aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:

Tüm noktaların tamamlanması: gerekli değerlerin tüm hesaplamaları, mürekkeple doldurulmuş tüm tablolar, çizilen tüm grafikler vb.

Programlar öğretmenin tüm gereksinimlerini karşılamalıdır.

Tablolardaki tüm değerler için ilgili ölçü birimi yazılmalıdır.

Her grafiğin sonuçları kaydedildi.

Cevap öngörülen biçimde yazılmıştır.

Cevaplara dayalı sonuçlar kaydedildi.

YARI İLETKENLERİN DİELEKTRİK SÜREKLİLİK TAYİNİ

Yöntemin teorisi

Polarizasyon bir dielektrik maddenin bir elektrik alanının etkisi altında polarize olma yeteneğidir, yani. Bağlı yüklü dielektrik parçacıkların uzaydaki yerini değiştirir.

En önemli mülk dielektrikler elektriksel olarak polarize olma yetenekleridir, yani. bir elektrik alanının etkisi altında, sınırlı bir mesafe boyunca yüklü parçacıkların veya moleküllerin yönlendirilmiş bir yer değiştirmesi meydana gelir. Bir elektrik alanın etkisi altında hem polar hem de polar olmayan moleküllerdeki yükler yer değiştirir.

Bir düzineden fazla var çeşitli türler kutuplaşma. Bunlardan bazılarına bakalım:

1. Elektronik polarizasyon pozitif yüklü bir çekirdeğe göre elektron yörüngelerinin yer değiştirmesidir. Herhangi bir maddenin tüm atomlarında meydana gelir, yani. tüm dielektriklerde. Elektronik polarizasyon 10 -15 –10 -14 saniye içerisinde kurulur.

2. İyonik polarizasyon– iyonik bağa sahip maddelerde zıt yüklü iyonların birbirine göre yer değiştirmesi. Kuruluş süresi 10 -13 –10 -12 sn'dir. Elektronik ve iyonik polarizasyon, polarizasyonun anlık veya deformasyon türleri arasındadır.

3. Dipol veya yönelim polarizasyonu dipollerin elektrik alanı yönünde yönlendirilmesinden dolayı. Polar dielektrikler dipol polarizasyona sahiptir. Kuruluş süresi 10 -10 –10 -6 sn'dir. Dipol polarizasyonu, yavaş veya gevşeme polarizasyon türlerinden biridir.

4. Göç kutuplaşması homojen olmayan bölgenin sınırında elektrik yüklerinin biriktiği homojen olmayan dielektriklerde gözlenir. Göç kutuplaşmasını oluşturma süreçleri çok yavaştır ve dakikalar, hatta saatler sürebilir.

5. İyon gevşeme polarizasyonu kafes sabitini aşan mesafeler boyunca bir elektrik alanının etkisi altında zayıf bağlı iyonların aşırı transferinden kaynaklanır. İyon-gevşeme polarizasyonu, bazı kristalli maddelerde, iyon şeklindeki safsızlıkların veya kristal kafesin gevşek bir şekilde paketlenmesinin varlığında kendini gösterir. Kuruluş süresi 10 -8 –10 -4 sn'dir.

6. Elektronik gevşeme polarizasyonu aşırı “kusurlu” elektronlar veya termal enerji tarafından uyarılan “delikler” nedeniyle ortaya çıkar. Bu tür polarizasyon genellikle yüksek bir dielektrik sabitine neden olur.

7. Kendiliğinden polarizasyon– belirli bir sıcaklık aralığında bazı maddelerde (örneğin Rochelle tuzu) meydana gelen kendiliğinden polarizasyon.

8. Elastik-dipol polarizasyonu dipollerin küçük açılardan elastik dönüşüyle ​​ilişkilidir.

9. Artık polarizasyon– elektrik alanı kaldırıldıktan sonra bazı maddelerde (elektretlerde) uzun süre kalan polarizasyon.

10. Rezonans polarizasyonu. Elektrik alanının frekansı, dipollerin salınımlarının doğal frekansına yakınsa, moleküllerin titreşimleri artabilir ve bu, dipol dielektrikte rezonans polarizasyonunun ortaya çıkmasına yol açacaktır. Kızılötesi ışık bölgesinde bulunan frekanslarda rezonans polarizasyonu gözlenir. Gerçek bir dielektrik aynı anda birkaç tür polarizasyona sahip olabilir. Bir veya başka tür kutuplaşmanın oluşumu belirlenir fiziksel ve kimyasal özellikler maddeler ve kullanılan frekans aralığı.

Ana parametreler:

ε – dielektrik sabiti– bir malzemenin polarizasyon yeteneğinin bir ölçüsü; bu, belirli bir malzemedeki elektrik yüklerinin etkileşim kuvvetinin vakumdakinden kaç kat daha az olduğunu gösteren bir miktardır. Dielektrik içinde, dış alanın tersi yönde bir alan belirir.

Dış alan kuvveti, aynı yüklerin vakumdaki alanına kıyasla ε katı kadar zayıflar; burada ε, bağıl dielektrik sabitidir.

Kapasitör plakaları arasındaki vakumun yerini bir dielektrik alırsa, polarizasyon sonucunda kapasitans artar. Bu, dielektrik sabitinin basit bir tanımının temelidir:

burada C 0, plakalar arasında vakum bulunan kapasitörün kapasitansıdır.

Cd, aynı kapasitörün bir dielektrikle kapasitansıdır.

İzotropik bir ortamın dielektrik sabiti ε aşağıdaki ilişkiyle belirlenir:

(2)

burada χ dielektrik duyarlılığıdır.

D = tan δ – dielektrik kayıp tanjantı

Dielektrik kayıpları – kayıplar elektrik enerjisi Dielektriklerdeki akımların akışından kaynaklanır. Dielektriklerde az sayıda kolayca hareket edebilen iyonların varlığından kaynaklanan doğrudan iletim akımı I sc.pr ile polarizasyon akımları arasında bir ayrım yapılır. Elektronik ve iyon polarizasyonu ile polarizasyon akımı I cm yer değiştirme akımı olarak adlandırılır; çok kısa ömürlüdür ve cihazlar tarafından kaydedilmez. Yavaş (gevşeme) polarizasyon türleriyle ilişkili akımlara soğurma akımları I abs denir. Genel durumda dielektrikteki toplam akım şu şekilde belirlenir: I = I abs + I sk.pr. Polarizasyon oluştuktan sonra toplam akım şuna eşit olacaktır: I=I rms. Sabit bir alanda, voltajın açılıp kapatıldığı anda polarizasyon akımları ortaya çıkarsa ve toplam akım şu denkleme göre belirlenirse: I = I sk.pr, o zaman alternatif alanda polarizasyon akımları şu anda ortaya çıkar: voltaj polaritesi değişir. Sonuç olarak, alternatif bir alandaki dielektrikteki kayıplar, özellikle uygulanan voltajın yarım döngüsü polarizasyonun oluşma zamanına yaklaştığında önemli olabilir.

İncirde. Şekil 1(a), alternatif voltaj devresinde yer alan dielektrikli kapasitöre eşdeğer bir devreyi göstermektedir. Bu devrede, kayıpları olan gerçek dielektrikli bir kapasitör, R paralel aktif direncine sahip ideal bir kapasitör C ile değiştirilir. Şekil 1(b), söz konusu devre için akımların ve gerilimlerin bir vektör diyagramını göstermektedir; burada U, devredeki gerilimdir; ben ak – aktif akım; I р – fazdaki aktif bileşenin 90° ilerisinde olan reaktif akım; ben ∑ - toplam akım. Bu durumda: I а =I R =U/R ve I р =I C =ωCU, burada ω alternatif alanın dairesel frekansıdır.

Pirinç. 1. (a) – şema; (b) – akım ve gerilimlerin vektör diyagramı

Dielektrik kayıp açısı, kapasitif devredeki akım I ∑ ile gerilim U arasındaki faz kayma açısını φ 90°'ye kadar tamamlayan δ açısıdır. Alternatif bir alandaki dielektriklerdeki kayıplar, dielektrik kayıp tanjantı ile karakterize edilir: tan δ=I a /I r.

Yüksek frekanslı dielektrikler için dielektrik kayıp tanjantının sınır değerleri (0,0001 - 0,0004) ve düşük frekanslı dielektrikler için - (0,01 - 0,02) aşmamalıdır.

ε ve tan δ'nın T sıcaklığına ve ω frekansına bağımlılığı

Malzemelerin dielektrik parametreleri sıcaklık ve frekansa göre değişen derecelere bağlıdır. Çok sayıda dielektrik malzemeler bu faktörlere olan tüm bağımlılıkların özelliklerini kapsamamıza izin vermez.

Bu nedenle, Şekil 2'de. 2 (a, b), bazı ana grupların karakteristik genel eğilimlerini göstermektedir; Dielektrik sabitinin ε sıcaklığına T (a) ve frekans ω (b)'ye olan tipik bağımlılıkları verilmiştir.

Pirinç. 2. Oryantasyonel bir gevşeme mekanizmasının varlığında dielektrik sabitinin gerçek (εʹ) ve sanal (εʺ) kısımlarının frekansa bağımlılığı

Karmaşık dielektrik sabiti. Gevşeme süreçlerinin varlığında dielektrik sabitini karmaşık biçimde yazmak uygundur. Debye formülü polarize edilebilirlik için geçerliyse:

(3)

burada τ gevşeme süresidir, α 0 istatistiksel yönelimsel polarizasyondur. Daha sonra, yerel alanın dış alana eşit olduğunu varsayarak (SGS'de) şunu elde ederiz:

εʹ ve εʺ'nin ωτ ürününe bağımlılığının grafikleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 2. εʹ'deki (ε'nin gerçek kısmı) azalmanın, εʺ'nin (ε'nin sanal kısmı) maksimumuna yakın bir yerde gerçekleştiğine dikkat edin.

εʹ ve εʺ'nin frekansa göre değişimi, daha genel bir sonucun sık görülen bir örneğidir; buna göre frekans üzerindeki εʹ(ω), aynı zamanda εʺ(ω)'nin frekansa bağımlılığını da gerektirir. SI sisteminde 4π 1/ε 0 ile değiştirilmelidir.

Uygulanan alanın etkisi altında, polar olmayan bir dielektrikteki moleküller polarize olur ve indüklenen dipol momenti μ ile dipoller haline gelir. Ve, alan gücüyle orantılı:

(5)

Polar bir dielektrikte, polar bir molekül μ'nin dipol momenti genellikle kendi μ 0 ve indüklenen μ'nin vektör toplamına eşittir. Ve anlar:

(6)

Bu dipollerin ürettiği alan güçleri dipol momentiyle orantılı, mesafenin küpüyle ters orantılıdır.

Polar olmayan malzemeler için genellikle ε = 2 – 2,5 olup ω ≈10 12 Hz'ye kadar frekansa bağlı değildir. ε'nin sıcaklığa bağımlılığı, değiştiğinde katıların doğrusal boyutlarının ve sıvı ve gaz halindeki dielektriklerin hacimlerinin değişmesi, bunun da birim hacim başına n molekül sayısını değiştirmesinden kaynaklanmaktadır.

ve aralarındaki mesafeler. Dielektrik teorisinden bilinen bağıntıların kullanılması F=n\μ Ve Ve f=ε 0 (ε - 1)E, Nerede F– malzemenin polarizasyonu, polar olmayan dielektrikler için elimizde:

(7)

E=const olduğunda μ Ve= sabit ve sıcaklık değişimi ε yalnızca sıcaklığın Θ doğrusal bir fonksiyonu olan n'deki değişimden kaynaklanmaktadır, ε = ε(Θ) bağımlılığı da doğrusaldır. Polar dielektrikler için analitik bağımlılık yoktur ve genellikle ampirik olanlar kullanılır.

1) Sıcaklık arttıkça dielektrik hacmi artar ve dielektrik sabiti bir miktar azalır. ε'daki azalma, özellikle polar olmayan dielektriklerin yumuşaması ve erimesi döneminde, hacimleri önemli ölçüde arttığında fark edilir. Görünümünde yüksek frekans Elektronların yörüngelerde dönmesi (yaklaşık 10 15 –10 16 Hz), elektronik polarizasyonun denge durumunu oluşturma süresi çok kısadır ve polar olmayan dielektriklerin geçirgenliği ε, yaygın olarak kullanılan frekans aralığında alan frekansına bağlı değildir. (10 12 Hz'e kadar).

2) Sıcaklık arttıkça, bireysel iyonlar arasındaki bağlar zayıflar, bu da dış alanın etkisi altında etkileşimlerini kolaylaştırır ve bu, iyon polarizasyonunda ve dielektrik sabitinde ε bir artışa yol açar. İyon polarizasyon durumunu oluşturmak için gereken kısa süre nedeniyle (yaklaşık 10 ila 13 Hz, bu da iyon titreşimlerinin doğal frekansına karşılık gelir). kristal kafes) geleneksel çalışma aralıklarında dış alanın frekansındaki bir değişikliğin iyonik malzemelerdeki ε değeri üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur.

3) Polar dielektriklerin dielektrik sabiti büyük ölçüde dış alanın sıcaklığına ve frekansına bağlıdır. Sıcaklık arttıkça parçacıkların hareketliliği artar ve aralarındaki etkileşimin enerjisi azalır, yani. dış alanın etkisi altında yönelimleri kolaylaştırılır - dipol polarizasyonu ve dielektrik sabiti artışı. Ancak bu işlem belli bir sıcaklığa kadar devam eder. Sıcaklığın daha da artmasıyla geçirgenlik ε azalır. Dipollerin alan yönünde yönlendirilmesi termal hareket sürecinde ve termal hareket yoluyla gerçekleştirildiğinden, polarizasyonun kurulması oldukça zaman alır. Bu süre o kadar uzundur ki, yüksek frekanslı alternatif alanlarda dipollerin kendilerini alan boyunca yönlendirmek için zamanları olmaz ve geçirgenlik ε azalır.

Dielektrik sabitini ölçme metodolojisi

Kapasitör kapasitesi. Kapasitör kalınlığı iletkenlerin doğrusal boyutlarına göre küçük olan bir dielektrikle ayrılmış iki iletkenden (plaka) oluşan bir sistemdir. Örneğin paralel olarak düzenlenmiş ve bir dielektrik katmanla ayrılmış iki düz metal plaka bir kapasitör oluşturur (Şekil 3).

Düz bir kapasitörün plakalarına eşit büyüklükte ve zıt işaretli yükler verilirse, plakalar arasındaki elektrik alan kuvveti, bir plakanın alan gücünden iki kat daha güçlü olacaktır:

(8)

burada ε plakalar arasındaki boşluğu dolduran dielektrik maddenin dielektrik sabitidir.

Yük oranına göre belirlenen fiziksel miktar Q kapasitör plakalarından birine, kapasitör plakaları arasındaki Δφ potansiyel farkına denir. kapasitörün kapasitansı:

(9)

SI elektrik kapasitesi birimi – Farad(F). 1 F kapasiteli bir kapasitörün plakalarına farklı 1 C yükler uygulandığında plakaları arasında 1 V'a eşit bir potansiyel farkı vardır: 1 F = 1 C/1 V.

Paralel plakalı kapasitörün kapasitansı. Düz bir kapasitörün elektrik kapasitesinin hesaplanmasına yönelik formül, ifade (8) kullanılarak elde edilebilir. Aslında alan gücü: e= φ/εε 0 = q/εε 0 S, Nerede S– plaka alanı. Alan düzgün olduğundan kapasitörün plakaları arasındaki potansiyel farkı şuna eşittir: φ 1 – φ 2 = Ed = qd/εε 0 S, Nerede D– plakalar arasındaki mesafe. Formül (9)'u değiştirerek düz bir kapasitörün elektrik kapasitesi için bir ifade elde ederiz:

(10)

Nerede ε 0 – havanın dielektrik sabiti; S– kapasitör plakasının alanı, S=hl, Nerede H– plaka genişliği, ben– uzunluğu; D– kapasitör plakaları arasındaki mesafe.

İfade (10), alanın arttırılmasıyla kapasitörün elektrik kapasitesinin artırılabileceğini göstermektedir. S mesafeyi azaltan örtüleri D aralarında ve dielektriklerin kullanımı ile büyük değerler dielektrik sabiti ε.

Pirinç. 3. İçine dielektrik yerleştirilmiş kondansatör

Bir kapasitörün plakaları arasına bir dielektrik plaka yerleştirilirse, kapasitörün kapasitansı değişecektir. Kapasitör plakaları arasına dielektrik plaka yerleştirme seçeneği dikkate alınmalıdır.

Şunu belirtelim: D c – hava boşluğunun kalınlığı, D m - dielektrik plakanın kalınlığı, ben B, kapasitörün hava kısmının uzunluğudur, ben m, kapasitörün dielektrikle dolu kısmının uzunluğu, ε m malzemenin dielektrik sabitidir. Hesaba katıldığında ben = ben+ ben m, bir D = D+ D m, bu durumda bu seçenekler aşağıdaki durumlar için düşünülebilir:

Ne zaman ben= 0'da, D= 0'da katı dielektrikli bir kapasitörümüz var:

(11)

Maxwell denklemlerine dayanan klasik makroskopik elektrodinamik denklemlerinden, bir dielektrik zayıf bir alternatif alana yerleştirildiğinde, frekansı ω olan bir harmonik yasaya göre değişen, karmaşık geçirgenlik tensörünün şu şekli aldığı sonucu çıkar:

(12)

burada σ maddenin optik iletkenliğidir, εʹ dielektrik polarizasyonuyla ilişkili maddenin dielektrik sabitidir. İfade (12) aşağıdaki forma indirgenebilir:

(13)

Dielektrik kayıplardan sanal terimin sorumlu olduğu yer.

Pratikte C ölçülür - düz kapasitör şeklindeki bir numunenin kapasitansı. Bu kapasitör dielektrik kayıp tanjantı ile karakterize edilir:

tgδ=ωCR c (14)

veya kalite faktörü:

Q c =1/ tanδ (15)

burada Rc esas olarak dielektrik kayıplara bağlı dirençtir. Bu özellikleri ölçmek için çok sayıda yöntem vardır: çeşitli köprü yöntemleri, ölçülen parametrenin bir zaman aralığına dönüştürüldüğü ölçümler, vb. .

Bu çalışmada kapasitans C'yi ve dielektrik kayıp tanjantını D = tanδ ölçerken, GOOD WILL INSTRUMENT Co Ltd şirketi tarafından geliştirilen bir teknik kullandık. Ölçümler hassas bir immitans ölçer olan LCR-819-RLC üzerinde gerçekleştirildi. Cihaz, 20 pF–2,083 mF aralığında kapasitansı, 0,0001–9999 aralığında kayıp tanjantını ölçmenize ve bir öngerilim alanı uygulamanıza olanak tanır. 2 V'a kadar dahili önyargı, 30 V'a kadar harici önyargı. Ölçüm doğruluğu %0,05'tir. Test sinyali frekansı 12 Hz -100 kHz.

Bu çalışmada 77 K sıcaklık aralığında 1 kHz frekansta ölçümler yapılmıştır.< T < 270 К в нулевом магнитном поле и в поле 5 kOe. Образцы для измерений имели форму параллелепипеда с размерами 2*3*4 мм (х=0.1), где d = 2 мм – толщина образца, площадь грани S = 3*4 мм 2 .

Sıcaklık bağımlılığını elde etmek için, numune içeren hücre, sıcaklığı ısıtıcı tarafından ayarlanan bir ısı eşanjöründen geçen bir soğutucu (nitrojen) akışına yerleştirilir. Isıtıcı sıcaklığı bir termostat tarafından kontrol edilir. Geri bildirim Sıcaklık ölçüm cihazından termostata geçiş, sıcaklık ölçüm hızını ayarlamanıza veya onu dengelemenize olanak tanır. Sıcaklığı kontrol etmek için bir termokupl kullanılır. Bu çalışmada sıcaklık 1 derece/dakika oranında değişti. Bu yöntem, sıcaklığı 0,1 derecelik bir hatayla ölçmenizi sağlar.

Numunenin eklendiği ölçüm hücresi bir akış kriyostatına yerleştirilir. Hücre, kriyostat kapağındaki bir konnektör aracılığıyla korumalı kablolarla LCR ölçüm cihazına bağlanır. Kriyostat, FL-1 elektromıknatısın kutupları arasına yerleştirilir. Mıknatıs güç kaynağı, 15 kOe'ye kadar manyetik alanlar elde etmenizi sağlar. Gerilim değerini ölçmek için manyetik alan Elektronik üniteli termal olarak stabilize edilmiş bir Hall sensörü kullanılır. Manyetik alanı dengelemek için güç kaynağı ile manyetik alan ölçer arasında geri bildirim vardır.

Kapasitans C ve kayıp tanjantı D = tan δ'nın ölçülen değerleri, aşağıdaki ilişkilerle istenen fiziksel büyüklükler εʹ ve εʺ'nin değerleriyle ilişkilidir:

(16)

(17)

№	C(pF)	Re(ε')	T (°K)	ten rengi δ	Q c	ben(ε”)	ω (Hz)	σ (ω)
	3,805	71,66		0,075	13,33	5,375	10 3
	3,838			0,093
	3,86			0,088
	3,849			0,094
	3,893			0,106
	3,917			0,092
	3,951			0,103
	3,824			0,088
	3,873			0,105
	3,907			0,108
	3,977			0,102
	4,031			0,105
	4,062			0,132
	4,144			0,109
	4,24			0,136
	4,435			0,175
	4,553			0,197
	4,698			0,233
	4,868			0,292
	4,973			0,361
	5,056			0,417
	5,164			0,491
	5,246			0,552
	5,362			0,624
	5,453			0,703
	5,556			0,783
	5,637			0,867
	5,738			0,955
	5,826			1,04
	5,902			1,136

Tablo No.1. Gd x Mn 1-x S, (x=0,1).

Dielektriḱ kimyasal nüfuź kapasite ortam - bir yalıtkan (dielektrik) ortamın özelliklerini karakterize eden ve elektriksel indüksiyonun elektrik alan kuvvetine bağımlılığını gösteren fiziksel bir miktar.

Bir elektrik alanının etkisi altında dielektriklerin polarizasyonunun etkisiyle (ve bu etkiyi karakterize eden ortamın dielektrik duyarlılığının değeriyle) belirlenir.

Göreceli ve mutlak dielektrik sabitleri vardır.

Bağıl dielektrik sabiti ε boyutsuzdur ve bir ortamdaki iki elektrik yükü arasındaki etkileşim kuvvetinin, vakumdakinden kaç kat daha az olduğunu gösterir. Normal koşullar altında hava ve diğer gazların çoğu için bu değer (düşük yoğunluklarından dolayı) birliğe yakındır. Çoğu katı veya sıvı dielektrik için bağıl geçirgenlik 2 ile 8 arasında değişir (statik alan için). Statik bir alanda suyun dielektrik sabiti oldukça yüksektir - yaklaşık 80. Büyük bir elektrik dipol momentine sahip moleküllere sahip maddeler için değerleri büyüktür. Ferroelektriklerin bağıl dielektrik sabiti onlarca ve yüzbinlerdir.

Yabancı literatürde mutlak dielektrik sabiti ε harfiyle gösterilir; yerli literatürde ağırlıklı olarak kombinasyon kullanılır, burada elektrik sabiti bulunur. Mutlak dielektrik sabiti yalnızca indüksiyon ve elektrik alan kuvvetinin farklı birimlerde ölçüldüğü Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) kullanılır. SGS sisteminde mutlak dielektrik sabitinin tanıtılmasına gerek yoktur. Mutlak dielektrik sabiti (elektrik sabiti gibi) L −3 M −1 T 4 I² boyutuna sahiptir. Uluslararası Birim Sisteminde (SI) birimler: =F/m.

Dielektrik sabitinin büyük ölçüde frekansa bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. elektromanyetik alan. Referans tabloları genellikle statik alan veya birkaç kHz birimine kadar düşük frekanslar için veriler içerdiğinden, bu her zaman dikkate alınmalıdır. bu gerçek. Aynı zamanda elipsometreler ve refraktometreler kullanılarak kırılma indeksine dayalı bağıl dielektrik sabitinin elde edilmesi için optik yöntemler de vardır. Optik yöntemle elde edilen değer (frekans 10-14 Hz) tablolardaki verilerden önemli ölçüde farklı olacaktır.

Örneğin suyun durumunu ele alalım. Statik alan durumunda (sıfır frekans), normal koşullar altında bağıl dielektrik sabiti yaklaşık 80'dir. Bu, kızılötesi frekanslar için de geçerlidir. Yaklaşık 2 GHz'den başlayarak ε R düşmeye başlar. Optik aralıkta ε R yaklaşık 1.8'dir. Bu, optik aralıkta suyun kırılma indisinin 1,33 olması gerçeğiyle oldukça tutarlıdır. Optik olarak adlandırılan dar bir frekans aralığında, dielektrik emilim sıfıra düşer ve bu da aslında kişiye görme mekanizmasını sağlar. kaynak belirtilmedi 1252 gün] Dünya atmosferinde su buharı ile doyurulur. Frekansın daha da artmasıyla ortamın özellikleri yeniden değişir. Suyun bağıl dielektrik sabitinin 0 ila 10 12 (kızılötesi bölge) frekans aralığındaki davranışını (İngilizce) adresinde okuyabilirsiniz.

Dielektriklerin dielektrik sabiti, elektrik kapasitörlerinin geliştirilmesindeki ana parametrelerden biridir. Dielektrik sabiti yüksek malzemelerin kullanılması kapasitörlerin fiziksel boyutlarını önemli ölçüde azaltabilir.

Kapasitörlerin kapasitansı belirlenir:

Nerede ε R- plakalar arasındaki maddenin dielektrik sabiti, ε Ö- elektriksel sabit, S- kapasitör plakalarının alanı, D- plakalar arasındaki mesafe.

Baskılı devre kartları geliştirilirken dielektrik sabiti parametresi dikkate alınır. Maddenin katmanlar arasındaki dielektrik sabitinin değeri, kalınlığı ile birlikte, güç katmanlarının doğal statik kapasitansının değerini etkiler ve ayrıca kart üzerindeki iletkenlerin karakteristik empedansını da önemli ölçüde etkiler.

DİRENÇ elektriksel, elektriksel dirence eşit fiziksel miktar ( santimetre. ELEKTRİK DİRENCİ) Birim uzunlukta (l = 1 m) ve birim kesit alanına (S = 1 m 2) sahip silindirik bir iletkenin R'si. r = R S/l. Si'de direncin birimi Ohm'dur. m. Direnç aynı zamanda Ohm cinsinden de ifade edilebilir. cm. Direnç, içinden akımın geçtiği malzemenin bir özelliğidir ve yapıldığı malzemeye bağlıdır. Direnç r = 1 Ohm'a eşittir. m, silindirik bir iletkenin bu malzemenin, uzunluğu l = 1 m ve kesit alanı S = 1 m 2 olan bir direnç R = 1 Ohm'dur. m.Metallerin direnç değeri ( santimetre. METALLER), iyi iletkenlerdir ( santimetre. İLETKENLER), 10 - 8 - 10 - 6 Ohm mertebesinde değerlere sahip olabilir. m (örneğin bakır, gümüş, demir vb.). Bazı katı dielektriklerin direnci ( santimetre. DİELEKTRİK) 10 16 -10 18 Ohm.m değerine ulaşabilir (örneğin kuvars camı, polietilen, elektroporselen vb.). Birçok malzemenin (özellikle yarı iletken malzemeler) direnç değeri ( santimetre. YARI İLETKEN MALZEMELER)) önemli ölçüde saflaştırma derecesine, alaşım katkı maddelerinin varlığına, termal ve mekanik işlemlere vb. bağlıdır. Direncin tersi olan s değerine spesifik iletkenlik denir: s = 1/r Spesifik iletkenlik siemens'te ölçülür ( santimetre. SIEMENS (iletkenlik birimi)) metre başına S/m. Elektriksel direnç (iletkenlik), izotropik bir madde için skaler bir miktardır; ve tensör - anizotropik bir madde için. Anizotropik tek kristallerde, elektriksel iletkenliğin anizotropisi, ters etkin kütlenin anizotropisinin bir sonucudur ( santimetre. ETKİLİ KÜTLE) elektronlar ve delikler.

1-6. İZOLASYONUN ELEKTRİK İLETKENLİĞİ

Bir kablonun veya telin yalıtımı sabit bir U voltajıyla açıldığında, zamanla değişen bir i akımı içinden geçer (Şekil 1-3). Bu akımın sabit bileşenleri vardır - iletim akımı (i ∞) ve emme akımı; burada γ, emme akımına karşılık gelen iletkenliktir; T, i abs akımının orijinal değerinin 1/e'sine düştüğü zamandır. Sonsuz uzun bir süre için i abs →0 ve i = i ∞. Dielektriklerin elektriksel iletkenliği, içlerinde belirli miktarda serbest yüklü parçacıkların (iyonlar ve elektronlar) bulunmasıyla açıklanır.

Çoğu elektrik için en tipik yalıtım malzemeleri izolasyonda kaçınılmaz olarak bulunan kirletici maddeler (nem safsızlıkları, tuzlar, alkaliler vb.) nedeniyle mümkün olan iyonik elektrik iletkenliği. İyonik iletkenliğe sahip bir dielektrikte, Faraday yasasına sıkı bir şekilde uyulur - yalıtımdan geçen elektrik miktarı ile elektroliz sırasında açığa çıkan madde miktarı arasındaki orantı.

Sıcaklık arttıkça elektrik yalıtım malzemelerinin direnci azalır ve aşağıdaki formülle karakterize edilir:

burada_ρ o, A ve B belirli bir malzeme için sabitlerdir; T - sıcaklık, °K.

Yalıtım direncinin neme daha fazla bağımlılığı, esas olarak lifli (kağıt, pamuk ipliği vb.) Higroskopik yalıtım malzemeleriyle ortaya çıkar. Bu nedenle lifli malzemeler kurutulur ve emprenye edilir, ayrıca neme dayanıklı kabuklarla korunur.

Yalıtım malzemelerinde boşluk yüklerinin oluşması nedeniyle artan voltajla yalıtım direnci azalabilir. Bu durumda oluşturulan ek elektronik iletkenlik, elektriksel iletkenliğin artmasına neden olur. İletkenliğin voltaja bağımlılığı oldukça fazladır. güçlü alanlar(Ya. I. Frenkel'in yasası):

nerede γ o - zayıf alanlarda iletkenlik; a sabittir. Tüm elektriksel yalıtım malzemeleri belirli yalıtım iletkenliği G değerleri ile karakterize edilir. İdeal olarak, yalıtım malzemelerinin iletkenliği sıfırdır. Gerçek yalıtım malzemeleri için birim kablo uzunluğu başına iletkenlik aşağıdaki formülle belirlenir:

Yalıtım direnci 3-10 11 ohm-m'den fazla olan kablolarda ve dielektrik polarizasyon kayıplarının termal kayıplardan önemli ölçüde daha fazla olduğu iletişim kablolarında iletkenlik formülle belirlenir.

İletişim teknolojisinde yalıtım iletkenliği, kablo damarlarının yalıtımındaki enerji kaybını karakterize eden bir hattın elektriksel parametresidir. İletkenlik değerinin frekansa bağımlılığı Şekil 2'de gösterilmektedir. 1-1. İletkenlik - izolasyon direncinin karşılığı, uygulanan izolasyon voltajının oranıdır doğru akım(volt olarak) kim kaçaktır (amper olarak), yani.

burada RV, yalıtımın kalınlığı boyunca akımın geçişinin yarattığı engeli sayısal olarak belirleyen hacimsel yalıtım direncidir; R S - yalıtım yüzeyi boyunca akımın geçişine engel olan yüzey direnci.

Kullanılan yalıtım malzemelerinin kalitesinin pratik bir değerlendirmesi, ohm-santimetre (ohm*cm) cinsinden ifade edilen spesifik hacimsel direnç ρ V'dir. Sayısal olarak ρ V, eğer akım küpün iki zıt yüzünden geçerse, belirli bir malzemeden yapılmış kenarı 1 cm olan bir küpün direncine (ohm cinsinden) eşittir. Spesifik yüzey direnci ρ S, bu karenin iki karşıt tarafını sınırlayan elektrotlara akım sağlanırsa, karenin yüzey direncine (ohm cinsinden) sayısal olarak eşittir.

Tek damarlı bir kablonun veya telin yalıtım direnci formülle belirlenir

Dielektriklerin nem özellikleri

Nem direnci – bu, doymaya yakın bir su buharı atmosferinde olduğunda yalıtımın güvenilirliğidir. Nem direnci, malzemenin yüksek ve yüksek nemli bir atmosfere maruz kalmasından sonra elektriksel, mekanik ve diğer fiziksel özelliklerde meydana gelen değişikliklerle değerlendirilir; nem ve su geçirgenliği; nem ve su emilimi hakkında.

Nem geçirgenliği – Malzemenin her iki tarafında bağıl hava nemi farkı olduğunda, malzemenin nem buharını iletme yeteneği.

Nem emilimi - Bir malzemenin, doyma durumuna yakın nemli bir atmosferde uzun süre maruz kaldığında suyu emme yeteneği.

Su soğurumu - Bir malzemenin uzun süre suya batırıldığında suyu emme yeteneği.

Tropikal direnç ve tropikleşme teçhizat – elektrikli ekipmanların nemden, küften, kemirgenlerden korunması.

Dielektriklerin termal özellikleri

Dielektriklerin termal özelliklerini karakterize etmek için aşağıdaki miktarlar kullanılır.

Isı dayanıklılığı– Elektrik yalıtım malzemelerinin ve ürünlerinin yüksek sıcaklıklara ve ani sıcaklık değişimlerine zarar vermeden dayanabilme yeteneği. Mekanik ve elektriksel özelliklerde önemli bir değişikliğin gözlemlendiği sıcaklıkla belirlenir; örneğin, organik dielektriklerde yük altında çekme veya bükülme deformasyonu başlar.

Termal iletkenlik– bir malzemedeki ısı transferi süreci. Deneysel olarak belirlenmiş bir termal iletkenlik katsayısı λ t ile karakterize edilir, 1 m kalınlığında bir malzeme tabakası ve yüzeyler arasında sıcaklık farkı olan 1 m2'lik bir yüzey alanı boyunca bir saniyede aktarılan ısı miktarıdır. 1 °K katmanı. Dielektriklerin ısıl iletkenlik katsayısı geniş bir aralıkta değişir. λ t'nin en düşük değerleri gazlar, gözenekli dielektrikler ve sıvılardır (hava için λ t = 0,025 W/(m K), su için λ t = 0,58 W/(m K)) yüksek değerler kristalin dielektriklere sahiptir (kristalin kuvars için λ t = 12,5 W/(m K)). Dielektriklerin ısıl iletkenlik katsayısı, yapılarına (erimiş kuvars için λ t = 1,25 W/(m·K)) ve sıcaklığa bağlıdır.

Termal Genleşme dielektrikler doğrusal genleşmenin sıcaklık katsayısı ile değerlendirilir: . Düşük termal genleşmeye sahip malzemeler, kural olarak, daha yüksek ısı direncine sahiptir ve bunun tersi de geçerlidir. Organik dielektriklerin termal genleşmesi, inorganik dielektriklerin genleşmesini önemli ölçüde (onlarca ve yüzlerce kez) aşmaktadır. Bu nedenle inorganik dielektriklerden yapılmış parçaların sıcaklık dalgalanmaları sırasında boyutsal stabilitesi organik olanlara göre önemli ölçüde daha yüksektir.

1. Emilim akımları

Soğurma akımları, çeşitli yavaş polarizasyon türlerinin yer değiştirme akımlarıdır. Sabit bir voltajdaki soğurma akımları, bir denge durumu oluşana kadar dielektrikte akar, voltaj açılıp kapatıldığında yönleri değişir. Alternatif voltajda, dielektrik maddenin elektrik alanında olduğu süre boyunca absorpsiyon akımları akar.

Genel olarak elektrik J bir dielektrikte geçiş akımının toplamıdır J sk ve emme akımı J ab

j = j sk + J ab.

Absorbsiyon akımı öngerilim akımı aracılığıyla belirlenebilir J cm - elektriksel indüksiyon vektörünün değişim hızı D

Geçiş akımı, çeşitli yük taşıyıcılarının elektrik alanındaki transferi (hareket) ile belirlenir.

2. Elektronik elektriksel iletkenlik, bir alanın etkisi altında elektronların hareketi ile karakterize edilir. Metallerin yanı sıra karbon, metal oksitler, sülfitler ve diğer maddelerin yanı sıra birçok yarı iletkende de bulunur.

3. İyonik –İyonların hareketinden kaynaklanır. Elektrolitlerin - tuzlar, asitler, alkaliler ve birçok dielektrik çözeltilerinde ve eriyiklerinde gözlenir. İç iletkenlik ve safsızlık iletkenliği olarak ikiye ayrılır. İçsel iletkenlik, ayrışma sırasında elde edilen iyonların hareketinden kaynaklanmaktadır. moleküller. İyonların elektrik alanındaki hareketine elektroliz eşlik eder – bir maddenin elektrotlar arasında aktarılması ve elektrotlar üzerinde salınması. Polar sıvılar, polar olmayan sıvılara göre daha fazla ayrışır ve daha fazla elektrik iletkenliğine sahiptir.

Polar olmayan ve zayıf polar sıvı dielektriklerde (mineral yağlar, silikon sıvılar), elektriksel iletkenlik yabancı maddeler tarafından belirlenir.

4. Molion elektrik iletkenliği – adı verilen yüklü parçacıkların hareketinden kaynaklanır. benler. Kolloidal sistemlerde, emülsiyonlarda görülür , süspansiyonlar . Molyonların bir elektrik alanın etkisi altında hareketine denir elektroforez. Elektroforez sırasında, elektrolizden farklı olarak yeni maddeler oluşmaz; sıvının farklı katmanlarındaki dağılmış fazın bağıl konsantrasyonu değişir. Örneğin emülsifiye su içeren yağlarda elektroforetik iletkenlik gözlenir.

Bağıl dielektrik sabitiçevre ε - boyutsuz fiziksel miktar yalıtkan (dielektrik) ortamın özelliklerini karakterize eden. Bir elektrik alanının etkisi altında dielektriklerin polarizasyonunun etkisiyle (ve bu etkiyi karakterize eden ortamın dielektrik duyarlılığının değeriyle) ilişkilidir. ε değeri, bir ortamdaki iki elektrik yükü arasındaki etkileşim kuvvetinin, boşluktakinden kaç kat daha az olduğunu gösterir. Havanın ve diğer birçok gazın bağıl dielektrik sabiti normal koşullar birliğe yakın (düşük yoğunluklarından dolayı). Çoğu katı veya sıvı dielektrik için bağıl geçirgenlik 2 ile 8 arasında değişir (statik alan için). Statik bir alandaki suyun dielektrik sabiti oldukça yüksektir - yaklaşık 80. Büyük bir elektrik dipolü olan moleküllere sahip maddeler için değerleri yüksektir. Ferroelektriklerin bağıl dielektrik sabiti onlarca ve yüzbinlerdir.

Pratik kullanım

Dielektriklerin dielektrik sabiti, elektrik kapasitörlerinin tasarımındaki ana parametrelerden biridir. Dielektrik sabiti yüksek malzemelerin kullanılması kapasitörlerin fiziksel boyutlarını önemli ölçüde azaltabilir.

Baskılı devre kartları tasarlanırken dielektrik sabiti parametresi dikkate alınır. Maddenin katmanlar arasındaki dielektrik sabitinin değeri, kalınlığı ile birlikte, güç katmanlarının doğal statik kapasitansının değerini etkiler ve ayrıca kart üzerindeki iletkenlerin karakteristik empedansını da önemli ölçüde etkiler.

Frekans bağımlılığı

Dielektrik sabitinin büyük ölçüde elektromanyetik alanın frekansına bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. Referans tabloları genellikle statik alan veya birkaç kHz birimine kadar düşük frekanslar için veriler içerdiğinden, bu gerçeği belirtmeden bu her zaman dikkate alınmalıdır. Aynı zamanda elipsometreler ve refraktometreler kullanılarak kırılma indeksine dayalı bağıl dielektrik sabitinin elde edilmesi için optik yöntemler de vardır. Optik yöntemle elde edilen değer (frekans 10-14 Hz) tablolardaki verilerden önemli ölçüde farklı olacaktır.

Örneğin suyun durumunu ele alalım. Statik alan durumunda (sıfır frekans), normal koşullar altında bağıl dielektrik sabiti yaklaşık 80'dir. Bu, kızılötesi frekanslar için de geçerlidir. Yaklaşık 2 GHz'den başlayarak e r düşmeye başlar. Optik aralıkta e r yaklaşık 1.8'dir. Bu, optik aralıkta suyun kırılma indisinin 1,33 olması gerçeğiyle oldukça tutarlıdır. Optik adı verilen dar bir frekans aralığında dielektrik emilim sıfıra düşer ve bu da aslında insana su buharına doymuş dünya atmosferinde görme mekanizmasını sağlar. Frekansın daha da artmasıyla ortamın özellikleri yeniden değişir.

Bazı maddeler için dielektrik sabiti değerleri

Madde	Kimyasal formül	Ölçüm koşulları	ε r'nin karakteristik değeri
Alüminyum	Al	1 kHz	-1300 + 1.3Şablon:Ei
Gümüş	Ag	1 kHz	-85 + 8Şablon:Ei
Vakum	-	-	1
Hava	-	Normal koşullar, 0,9 MHz	1,00058986 ± 0,00000050
Karbon dioksit	CO2	Normal koşullar	1,0009
Teflon	-	-	2,1
Naylon	-	-	3,2
Polietilen	[-CH2-CH2-] n	-	2,25
Polistiren	[-CH2-C(C6H5)H-] n	-	2,4-2,7
Lastik	-	-	2,4
Zift	-	-	2,5-3,0
Karbon disülfid	CS 2	-	2,6
Parafin	C 18 N 38 - C 35 N 72	-	2,0-3,0
Kağıt	-	-	2,0-3,5
Elektroaktif polimerler	−	−	2-12
Ebonit	(C 6 H 9 S) 2	−	2,5-3,0
Pleksiglas (pleksiglas)	-	-	3,5
Kuvars	SiO2	-	3,5-4,5
Silika	SiO2	−	3,9
Bakalit	-	-	4,5
Beton	−	−	4,5
Porselen	−	−	4,5-4,7
Bardak	−	−	4,7 (3,7-10)
Fiberglas FR-4	-	-	4,5-5,2
Getinax	-	-	5-6
Mika	-	-	7,5
Lastik	−	−	7
Polikor	%98 Al203	-	9,7
Elmas	−	−	5,5-10
Tuz	NaCl	−	3-15
Grafit	C	−	10-15
Seramik	−	−	10-20
Silikon	Si	−	11.68
Bor	B	−	2.01
Amonyak	NH3	20°C	17
		0 °C	20
		−40 °C	22
		−80 °C	26
Etanol	C2H5OH veya CH3-CH2-OH	−	27
Metanol	CH3OH	−	30
EtilenGlikol	HO-CH2-CH2-OH	−	37
Furfural	C5H4O2	−	42

DİELEKTRİK SABİT

Ortamın dielektrik sabitiε c, ortamın elektrik alanlarının etkileşim kuvvetleri üzerindeki etkisini karakterize eden bir niceliktir. Çeşitli ortamlar sahip olmak Farklı anlamlarε c .

Vakumun mutlak dielektrik sabitine elektrik sabiti ε 0 =8,85 · 10 -12 f/m denir.

Bir ortamın mutlak dielektrik sabitinin elektrik sabitine oranına bağıl dielektrik sabiti denir.

onlar. bağıl dielektrik sabiti ε, ortamın mutlak dielektrik sabitinin elektrik sabitinden kaç kat daha büyük olduğunu gösteren bir değerdir. ε miktarının boyutu yoktur.

tablo 1

Yalıtım malzemelerinin bağıl dielektrik sabiti

Tablodan da görülebileceği gibi çoğu dielektrik için ε = 1-10 ve çok az şeye bağlıdır elektriksel koşullar ve ortam sıcaklığı .

adı verilen bir grup dielektrik vardır. ferroelektrik, hangisinde ε 10.000’e kadar değerlere ulaşabilir ve ε kuvvetle dış alana ve sıcaklığa bağlıdır. Ferroelektrikler arasında baryum titanat, kurşun titanat, Rochelle tuzu vb. bulunur.

Kontrol soruları

1. Alüminyum ve bakır atomunun yapısı nedir?

2. Atomların ve parçacıklarının boyutları hangi birimlerle ölçülür?

3. Elektronların elektrik yükü nedir?

4. Maddeler normal hallerinde neden elektriksel olarak nötrdür?

5. Elektrik alanı ne denir ve geleneksel olarak nasıl tasvir edilir?

6. Elektrik yükleri arasındaki etkileşim kuvveti neye bağlıdır?

7. Neden bazı malzemeler iletken, diğerleri ise yalıtkandır?

8. Hangi malzemeler iletken, hangileri yalıtkan olarak sınıflandırılır?

9. Vücudunuzu pozitif elektrikle nasıl şarj edebilirsiniz?

10. Bağıl dielektrik sabiti ne denir?