Plik stała dielektryczna Jest to wartość związana z materiałem, który jest umieszczony pomiędzy płytkami kondensatora (lub kondensatora - rys. 1) i która pozwala na optymalizację i zwiększenie jego funkcji. (Giancoli, 2006). Dielektryk jest synonimem izolatora elektrycznego, to znaczy są to materiały, które nie pozwalają na przepływ prądu elektrycznego.
Wartość ta jest ważna z wielu względów, ponieważ powszechne jest, że każdy korzysta ze sprzętu elektrycznego i elektronicznego w naszych domach, przestrzeniach rekreacyjnych, placówkach edukacyjnych czy na stanowiskach pracy, ale na pewno nie zdajemy sobie sprawy ze skomplikowanych procesów zachodzących w tym sprzęcie, aby móc funkcjonować ..
Na przykład nasze minikomponenty, telewizory i urządzenia multimedialne wykorzystują do swoich funkcji prąd stały, ale prądy domowe i przemysłowe, które docierają do naszych domów i miejsc pracy, są prądami przemiennymi. Jak to jest możliwe?.
Odpowiedź na to pytanie dotyczy tego samego sprzętu elektrycznego i elektronicznego: kondensatorów (lub kondensatorów). Elementy te pozwalają między innymi na umożliwienie prostowania prądu przemiennego na prąd stały, a ich funkcjonalność zależy od geometrii lub kształtu kondensatora oraz zastosowanego w jego konstrukcji materiału dielektrycznego..
Materiały dielektryczne odgrywają ważną rolę, ponieważ pozwalają płytkom, które tworzą kondensator, być bardzo blisko, bez dotykania i całkowicie pokrywają przestrzeń między tymi płytami materiałem dielektrycznym, aby zwiększyć funkcjonalność kondensatorów..
Indeks artykułów
Wartość tej stałej jest wynikiem eksperymentalnym, czyli pochodzi z eksperymentów przeprowadzonych z różnymi typami materiałów izolacyjnych i skutkujących tym samym zjawiskiem: zwiększoną funkcjonalnością lub sprawnością kondensatora..
Kondensatory mają powiązaną wielkość fizyczną zwaną pojemnością „C”, która określa ilość ładunku elektrycznego „Q”, który kondensator może przechowywać, dostarczając pewną różnicę potencjałów „ΔV” (Równanie 1).
Eksperymenty wykazały, że poprzez całkowite pokrycie przestrzeni między płytkami kondensatora materiałem dielektrycznym, kondensatory zwiększają swoją pojemność o współczynnik κ, zwany „stałą dielektryczną”. (Równanie 2).
Na rysunku 3 przedstawiono ilustrację płaskiego, równoległego kondensatora o pojemności płytowej C, naładowanego iw konsekwencji z równomiernym polem elektrycznym skierowanym w dół między jego płytami..
W górnej części rysunku znajduje się kondensator z podciśnieniem między jego płytami (podciśnienie - przenikalność ∊0). Następnie na dole przedstawiono ten sam kondensator o pojemności C '> C, z dielektrykiem między jego płytami (o przenikalności ∊).
Figueroa (2005) wymienia trzy funkcje materiałów dielektrycznych w kondensatorach:
Tym samym autor wskazuje, że κ „nazywamy stałą dielektryczną materiału i mierzy reakcję jego dipoli molekularnych na zewnętrzne pole magnetyczne”. Oznacza to, że stała dielektryczna jest tym większa, im większa jest biegunowość cząsteczek materiału..
Materiały na ogół mają określone układy molekularne, które zależą od samych cząsteczek i elementów, z których się składają w każdym materiale. Wśród układów molekularnych zaangażowanych w procesy dielektryczne są tak zwane „cząsteczki polarne” lub spolaryzowane.
W cząsteczkach polarnych istnieje separacja między środkowym położeniem ładunków ujemnych i środkową pozycją ładunków dodatnich, co powoduje, że mają one bieguny elektryczne.
Na przykład cząsteczka wody (rysunek 4) jest trwale spolaryzowana, ponieważ środek dodatniego rozkładu ładunku znajduje się w połowie odległości między atomami wodoru. (Serway i Jewett, 2005).
O ile w cząsteczce BeH2 (wodorek berylu - ryc. 5), molekule liniowej, nie ma polaryzacji, gdyż środek rozkładu ładunków dodatnich (wodorów) znajduje się w centrum rozkładu ładunków ujemnych (beryl), niwelując polaryzację, która może istnieć. To jest niepolarna cząsteczka.
W tym samym duchu, gdy materiał dielektryczny znajduje się w obecności pola elektrycznego E, cząsteczki ustawią się w linii w funkcji pola elektrycznego, powodując gęstość ładunku powierzchniowego na powierzchniach dielektryka, które są zwrócone w stronę płytek kondensatora..
Z powodu tego zjawiska pole elektryczne wewnątrz dielektryka jest mniejsze niż zewnętrzne pole elektryczne generowane przez kondensator. Poniższa ilustracja (rysunek 6) przedstawia elektrycznie spolaryzowany dielektryk wewnątrz płasko-równoległego kondensatora płytowego..
Należy zauważyć, że zjawisko to występuje łatwiej w materiałach polarnych niż niepolarnych, ze względu na istnienie spolaryzowanych cząsteczek, które oddziałują skuteczniej w obecności pola elektrycznego. Chociaż sama obecność pola elektrycznego powoduje polaryzację niepolarnych cząsteczek, powodując to samo zjawisko, co w przypadku materiałów polarnych..
W zależności od funkcjonalności, ekonomiczności i ostatecznej użyteczności kondensatorów, stosuje się różne materiały izolacyjne, aby zoptymalizować ich działanie..
Materiały takie jak papier są bardzo tanie, chociaż mogą ulec zniszczeniu w wysokich temperaturach lub w kontakcie z wodą. Chociaż guma jest nadal plastyczna, ale bardziej odporna. Mamy również porcelanę, która jest odporna na wysokie temperatury, chociaż nie może dostosowywać się do różnych kształtów według potrzeb..
Poniżej znajduje się tabela, w której określono stałą dielektryczną niektórych materiałów, gdzie stałe dielektryczne nie mają jednostek (są bezwymiarowe):
Tabela 1: Stałe dielektryczne niektórych materiałów w temperaturze pokojowej.
Materiały dielektryczne są ważne w społeczeństwie globalnym i mają szeroki zakres zastosowań, od komunikacji naziemnej i satelitarnej, w tym oprogramowania radiowego, GPS, monitorowania środowiska poprzez satelity. (Sebastian, 2010)
Ponadto Fiedziuszko i in. (2002) opisują znaczenie materiałów dielektrycznych dla rozwoju technologii bezprzewodowej, w tym telefonii komórkowej. W swojej publikacji opisują znaczenie tego typu materiałów w miniaturyzacji sprzętu.
W tym porządku pomysłów nowoczesność wygenerowała duże zapotrzebowanie na materiały o wysokich i niskich stałych dielektrycznych dla rozwoju technologicznego życia. Materiały te są niezbędnymi komponentami urządzeń internetowych pod względem funkcji przechowywania danych, komunikacji i wydajności transmisji danych. (Nalwa, 1999).
Jeszcze bez komentarzy