Pagal Kulono dėsnią yra du taškiniai stacionarūs krūviai q1 ir q2 vakuume sąveikauja su jėga, kurią nusako formulė Fcl= ((1/4)*π* ε)*(|q1|*|q2|/r2). Jei sąveika vyksta ne vakuume, į formulę įtraukiamas dar vienas dydis, nustatantis medžiagos poveikį Kulono jėgai, ir Kulono dėsnis užrašomas taip F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q1|*|q2|/r2). Šis dydis žymimas graikiška raide ε (epsilonas) ir yra be matmenų (neturi matavimo vieneto).
Dielektrinė skvarba - tai krūvių sąveikos medžiagoje silpnėjimo koeficientas. Dažnai fizikoje dielektrinė konstanta vartojama kartu su elektrine konstanta, ir tokiu atveju patogu įvesti absoliučiosios dielektrinės konstantos sąvoką. Jis žymimas εa ir yra lygus εa= ε* ε. Šiuo atveju absoliuti skvarba yra F/m dydžio. Normalioji skvarba ε taip pat vadinama santykine skvarba, kad ją būtų galima atskirti nuo εa.
Dielektrinės skvarbos pobūdis
Dielektrinės skvarbos pobūdis pagrįstas poliarizacijos reiškiniu veikiant elektriniam laukui. Dauguma medžiagų paprastai yra elektriškai neutralios, nors jose yra įkrautų dalelių. Šios dalelės materijos masėje išsidėstys chaotiškai, o jų elektriniai laukai vidutiniškai neutralizuoja vienas kitą. Dielektrikuose yra daugiausia surištų krūvių (dipolių). Šie dipoliai paprastai yra dviejų nepanašių dalelių ryšuliai, kurie spontaniškai orientuojasi išilgai dielektriko storio ir vidutiniškai sukuria nulinį elektrinio lauko stiprį. Veikiami išorinio lauko, dipoliai linkę orientuotis pagal veikiančią jėgą. Taip sukuriamas papildomas elektrinis laukas. Panašūs reiškiniai vyksta ir nepoliniuose dielektrikuose.
Laidininkai veikia panašiai, tačiau juose yra laisvų krūvininkų, kuriuos skiria išorinis laukas ir kurie gali sukurti savo elektrinį lauką. Šis laukas nukreiptas prieš išorinį lauką, apsaugo krūvius ir sumažina jų sąveikos jėgą. Kuo didesnė medžiagos poliarizacijos geba, tuo didesnis ε.
Skirtingų medžiagų dielektrinė skvarba
Skirtingų medžiagų dielektrinė skvarba skiriasi. Kai kurių iš jų ε vertė pateikta 1 lentelėje. Akivaizdu, kad šios vertės yra didesnės už vienetą, todėl krūvių sąveika, palyginti su vakuumu, visada mažėja. Be to, reikia pastebėti, kad ore ε yra šiek tiek didesnis už vienetą, todėl krūvių sąveika ore praktiškai nesiskiria nuo sąveikos vakuume.
- 1 lentelė. Skirtingų medžiagų elektrinio pralaidumo vertės.
Kondensatoriaus dielektrinė skvarba ir talpa
Žinoti ε vertę svarbu praktikoje, pavyzdžiui, projektuojant elektros kondensatorius. Jų talpa priklauso nuo įdėklų geometrinių matmenų, atstumo tarp jų ir dielektriko dielektrinės skvarbos. Jei norite pagaminti kondensatorių, kondensatoriaus talpa didėja didinant dangtelių plotą, o taip pat galima sumažinti atstumą tarp elektrodų arba pasirinkti izoliatorių su padidinta dielektrine skvarba. Jei naudojama medžiaga su didesniu ε, galima sumažinti elektrodų dydį arba padidinti atstumą tarp elektrodų neprarandant elektrinė talpa.
Atskira medžiagų kategorija vadinama feroelektrikais, kurie tam tikromis sąlygomis gali pasižymėti savaimine poliarizacija. Jiems būdingos didelės dielektrinės skvarbos vertės (tipinės vertės svyruoja nuo šimtų iki kelių tūkstančių) ir galimybė valdyti dielektrinės skvarbos vertę keičiant išorinį elektrinį lauką. Šios savybės naudojamos mažų matmenų didelės talpos kondensatoriams gaminti (didinant izoliatoriaus dielektrinę skvarbą). Feroelektrikų prietaisai veikia tik žemo dažnio grandinėse - didėjant dažniui jų dielektrinė skvarba mažėja. Kitas feroelektrikų pritaikymas - kintamieji kondensatoriai, kurių charakteristikos kinta veikiant kintamų parametrų elektriniam laukui.
Dielektriniai nuostoliai
Dielektriniai nuostoliai, t. y. energijos dalis, kuri dielektrike prarandama dėl šilumos, taip pat priklauso nuo dielektrinės skvarbos. Šiems nuostoliams apibūdinti paprastai naudojamas parametras tg δ - dielektrinių nuostolių kampas. Kiekvienos medžiagos savitoji nuostolių galia apibrėžiama pagal formulę p=E2*ώ*ε*ε*tg δ, kur p - savitoji nuostolių galia, ώ=2*π*f - apskritiminis elektrinio lauko dažnis, E - elektrinio lauko stipris, V/m. Akivaizdu, kad kuo didesnė dielektrinė skvarba, tuo didesni nuostoliai dielektrike, jei kitos sąlygos yra vienodos.
Dielektrinės skvarbos priklausomybė nuo išorinių veiksnių
Kalbant apie priklausomybę nuo išorės veiksnių, dielektrinė skvarba priklauso nuo elektrinio lauko dažnio. Didėjant dažniui daugelio medžiagų ε vertė mažėja. Šis poveikis ryškus poliariniams dielektrikams. Šį reiškinį galima paaiškinti tuo, kad krūviai (dipoliai) nebeturi laiko sekti paskui lauką. Joninė arba elektroninė poliarizacija pasižymi mažesne dažnio priklausomybe. Todėl svarbu parinkti medžiagas kondensatoriaus dielektrikui gaminti: nepoliniai dielektrikai dažnai naudojami kaip izoliatoriai esant aukštiems dažniams.
Dielektrinė skvarba taip pat priklauso nuo temperatūros ir skiriasi priklausomai nuo medžiagos. Nepoliariuose dielektrikuose ji mažėja didėjant temperatūrai. Tokiu atveju kondensatoriams, pagamintiems iš tokio izoliatoriaus, taikomas neigiamas temperatūrinis talpos koeficientas (TKE) - talpa mažėja didėjant temperatūrai po ε. Kitose medžiagose pralaidumas didėja didėjant temperatūrai, todėl galima gauti kondensatorių su teigiamu TKE. Sujungus kondensatorių su priešingomis TKE, galima gauti termostabilią talpą.
Praktičiai svarbu suprasti ir žinoti įvairių medžiagų dielektrinę skvarbą
Suprotaminti ir žinoti įvairių medžiagų dielektrinę skvarbą svarbu praktiniais tikslais. Galimybė kontroliuoti dielektrinės konstantos lygį suteikia papildomų techninių perspektyvų.
tags: #asfalto #dielektrine #skvarba