Hva er den dielektriske konstanten?

De Dielektrisk konstant Det er en verdi assosiert med materialet som er plassert mellom platene til en kondensator (eller kondensator - figur 1) og som tillater optimalisering og økt funksjon. (Giancoli, 2006). Dielektrisk er synonymt med elektrisk isolator, det vil si at de er materialer som ikke tillater passering av elektrisk strøm.

Denne verdien er viktig fra mange aspekter, siden det er vanlig for alle.

Figur 1: Ulike typer kondensatorer.

For eksempel bruker minicomponents, TV -apparater og multimedia -enheter likestrøm for deres funksjoner, men innenlandske og industrielle strømmer som når våre hjem og jobber er alternative strømmer. Hvordan er dette mulig?.

Figur 2: Elektrisk krets for husholdningsutstyr

Svaret på dette spørsmålet er innenfor samme elektriske og elektroniske utstyr: kondensatorer (eller kondensatorer). Disse komponentene tillater blant annet å muliggjøre utbedring av vekselstrømmen til kontinuerlig strøm, og dens funksjonalitet avhenger av geometrien eller formen på kondensator.

Dielektriske materialer spiller en viktig rolle, siden de tillater mye å ta med platene som utgjør kondensator.

[TOC]

Opprinnelse til dielektrisk konstant: kondensatorer og dielektriske materialer

Verdien av denne konstanten er et eksperimentelt resultat, det vil si at den kommer fra eksperimentene laget med forskjellige typer isolerende materialer og resulterer i det samme fenomenet: økt funksjonalitet eller effektivitet av en kondensator.

Kondensatorene har assosiert en fysisk størrelse som kalles kapasitans "C" og som definerer mengden elektrisk ladning "Q" som kan lagre en kondensator ved å gi en viss potensiell forskjell "∆V" (ligning 1).

Kan tjene deg: hva er elementene i universet?(Ligning 1)

Eksperimentene har konkludert med at ved å dekke rommet mellom platene til en kondensator med et dielektrisk materiale fullstendig øker kondensatorene deres kapasitans med en κ -faktor, kalt "dielektrisk konstant". (Ligning 2).

(Ligning 2)

Figur 3 presenterer en illustrasjon av en kondensator med kapasitans C av plakk parallelt lastet og følgelig med et jevnt elektrisk felt rettet mellom platene.

I den øvre delen av figuren er kondensatoren med vakuum blant platene (vakuum - tillater ∊0). Deretter, nederst, presenteres den samme kondensatoren med c '> c kondensator, med en dielektrisk mellom platene (for å tillate ∊).

Figur 3: Flatplater kondensator uten dielektrisk og dielektrisk.

Figueroa (2005), viser tre funksjoner for dielektriske materialer i kondensatorer:

1. De tillater en stiv og kompakt konstruksjon med en liten skille mellom ledende plater.
2. De lar en større spenning påføres uten å forårsake utslipp (det knusende elektriske feltet er større enn luften)
3. Øker kondensatorkapasitansen i en κ -faktor kjent som materialkonstanten til materialet.

Dermed indikerer forfatteren at κ "kalles materialkonstanten til materialet og måler responsen fra dets molekylære dipoler til et eksternt magnetfelt". Det vil si at den dielektriske konstanten er jo større polaritet av materialmolekylene.

Atomiske modeller av dielektrisk

Materialene som er til stede, generelt, spesifikke molekylære arrangementer som er avhengige av molekylene selv og elementene som utgjør dem i hvert materiale. Blant de molekylære arrangementene som er involvert i dielektriske prosesser er de så -kallede "polare molekyler" eller polarisert.

I polare molekyler er det en separasjon mellom gjennomsnittlig posisjon av negative belastninger og gjennomsnittlig plassering av positive ladninger, noe som får dem til å ha elektriske stolper.

Det kan tjene deg: konveksjon varmeoverføring (med eksempler)

For eksempel har vannmolekylet (figur 4) en permanent polarisering fordi det positive belastningsfordelingssenteret er på midtpunktet mellom hydrogenatomer. (Serway og Jewett, 2005).

Figur 4: Distribusjon av vannmolekylet.

Mens i Beh2 -molekylet (berylliumhydrid - figur 5), lineært molekyl, oppstår ingen polarisering, siden det positive belastningsfordelingssenteret (hydrogener) er lokalisert i det negative belastningsfordelingssenteret (beryllium), og kansellerer all polarisering som kan eksistere. Dette er et ikke -polært molekyl.

Figur 5: Distribusjon av et berylhydridmolekyl.

I samme orden av ideer, når et dielektrisk materiale er i nærvær av et elektrisk felt E, vil molekylene bli justert i henhold til det elektriske feltet, noe som forårsaker en overflatelasttetthet på de dielektriske ansiktene som møter kondensatorens plater.

På grunn av dette fenomenet er det elektriske feltet innenfor dielektrikken mindre enn det eksterne elektriske feltet som genereres av kondensatoren. I den følgende illustrasjonen (figur 6) er en elektrisk polarisert dielektrisk vist i en flatplater kondensator.

Det er viktig å merke seg at dette fenomenet lettere er i polare materialer enn i ikke -polar, på grunn av eksistensen av polariserte molekyler som interagerer mer effektivt i nærvær av det elektriske feltet. Skjønt, den eneste tilstedeværelsen av det elektriske feltet forårsaker polarisering av ikke -polare molekyler, og stammer i samme fenomen som med polare materialer.

Figur 6: Modeller av de polariserte molekylene til en dielektrisk på grunn av det elektriske feltet oppsto i den lastede kondensatoren.

Dielektriske konstante verdier i noen materialer

Avhengig av funksjonalitet, økonomi og den endelige nytten av kondensatorer, brukes forskjellige isolerende materialer for å optimalisere driften.

Materialer som papir er veldig økonomiske, selv om de kan mislykkes med høye temperaturer eller vannkontakt. Mens gummien fremdeles er formbar, men mer motstandsdyktig. Vi har også porselenet, som motstår høye temperaturer, selv om det ikke kan tilpasses forskjellige måter etter behov.

Kan tjene deg: Hva er de termiske egenskapene og hva som er? (Med eksempler)

Nedenfor er en tabell spesifisert av den dielektriske konstanten til noen materialer, der dielektriske konstanter ikke har noen enheter (er dimensjonsløse):

Tabell 1: Dielektriske konstanter av noen materialer ved romtemperatur.

Noen applikasjoner av dielektriske materialer

Dielektriske materialer er viktige i det globale samfunnet med et bredt spekter av bruk. (Sebastian, 2010)

I tillegg beskriver Fiedziuszko og andre (2002) viktigheten av dielektriske materialer for utvikling av trådløs teknologi, selv for cellulær telefoni. I publikasjonen deres beskriver de det aktuelle av denne typen materialer i miniatyriseringen av utstyret.

I denne orden av ideer har moderniteten generert en stor etterspørsel etter materialer med høye og lave dielektriske konstanter for utvikling av et teknologisk liv. Disse materialene er viktige komponenter for internettenheter når det gjelder datalagring, kommunikasjon og dataoverføring ytelsesfunksjoner. (Nalwa, 1999).

Referanser

1. Fedziuszko, s. J., Jeger, i. C., Itah, t., Kobayashi, og., Nishikawa, t., Stitzer, s. N., & Wakino, K. (2002). Dielektriske materialer, enheter og circu. IEEE gjennomfører på mikrobølgeovnsteori og teknikker, 50 (3), 706-720.
2. Figueroa, d. (2001). Elektrisk interaksjon. Caracas, Venezuela: Miguel Angel García og sønn, Srl.
3. Giancoli, d. (2006). FYSISK. Prinsipp med applikasjoner. Mexico: Pearson Education.
4. Nalwa, h. S. (Red.). (1999). Håndbok med lavt og høy dielektrisk konstant materiale og deres applikasjoner, to-binders sett. Elsevier.
5. Sebastian, m. T. (2010). Dielektriske materialer for trådløs kommunikasjon. Elsevier.
6. Serway, r. & Jewett, J. (2005). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Mexico: International Thomson Editores.