Wat is de diëlektrische constante?

De Diëlektrische constante Het is een waarde geassocieerd met het materiaal dat wordt geplaatst tussen de platen van een condensator (of condensor - figuur 1) en die het mogelijk maakt om de functie te optimaliseren en te vergroten. (Giancoli, 2006). Diëlektrisch is synoniem met elektrische isolator, dat wil zeggen dat het materiaal zijn die de doorgang van de elektrische stroom niet toestaan.

Deze waarde is belangrijk uit veel aspecten, omdat deze voor iedereen gebruikelijk is.

Figuur 1: Verschillende soorten condensatoren.

Onze minicomponenten, televisies en multimedia -apparaten gebruiken bijvoorbeeld directe stroom voor hun functies, maar binnenlandse en industriële stromingen die onze huizen en banen bereiken, zijn alternatieve stromingen. Hoe is dit mogelijk?.

Figuur 2: Elektrisch circuit van een huishoudelijke apparatuur

Het antwoord op deze vraag is binnen dezelfde elektrische en elektronische apparatuur: condensatoren (of condensatoren). Deze componenten stellen onder andere de rectificatie van de wisselstroom in de continue stroom en de functionaliteit van de geometrie of vorm van de condensator en het diëlektrische materiaal in zijn ontwerp mogelijk af, hangt af van de geometrie of vorm.

Diëlektrische materialen spelen een belangrijke rol, omdat ze veel toestaan ​​om de platen waaruit de condensator bestaat, zonder aangeraakt te worden, en de ruimte tussen deze platen met diëlektrisch materiaal volledig bedekken om de functionaliteit van de condensatoren te vergroten.

[TOC]

Oorsprong van de diëlektrische constante: condensatoren en diëlektrische materialen

De waarde van deze constante is een experimenteel resultaat, dat wil zeggen, het komt van de experimenten die zijn gemaakt met verschillende soorten isolerende materialen en resulterend in hetzelfde fenomeen: verhoogde functionaliteit of efficiëntie van een condensator.

De condensatoren hebben een fysieke grootte geassocieerd genaamd capaciteit "C" en die definieert de hoeveelheid elektrische lading "Q" die een condensor kan opslaan door een bepaald potentieel verschil "∆V" te bieden (vergelijking 1).

Kan u van dienst zijn: wat zijn de elementen van het universum?(Vergelijking 1)

De experimenten hebben geconcludeerd dat door de ruimte tussen de platen van een condensator met een diëlektrisch materiaal volledig te bedekken, de condensatoren hun capaciteit vergroten door een κ -factor, "diëlektrische constante" genoemd. (Vergelijking 2).

(Vergelijking 2)

Figuur 3 presenteert een illustratie van een condensator van capaciteit C van plaques parallel geladen en bijgevolg, met een uniform elektrisch veld gericht tussen zijn platen.

In het bovenste deel van de figuur bevindt zich de condensator met vacuüm onder zijn platen (vacuüm - waardoor ∊0 toestaan). Vervolgens wordt onderaan dezelfde condensator met C '> C -condensator gepresenteerd, met een diëlektricum onder zijn platen (van toestaan ​​∊).

Figuur 3: platte platen condensator zonder diëlektrisch en diëlektrisch.

Figueroa (2005), vermeld drie functies voor diëlektrische materialen in condensatoren:

1. Ze maken een rigide en compacte constructie mogelijk met een kleine scheiding tussen de geleidende platen.
2. Ze maken het mogelijk om een ​​grotere spanning toe te passen zonder een ontlading te veroorzaken (het brekende elektrische veld is groter dan dat van de lucht)
3. Verhoogt de condensatorcapaciteit in een K -factor die bekend staat als de materiaalconstante van het materiaal.

Aldus geeft de auteur aan dat κ "de materiaalconstante van het materiaal wordt genoemd en de respons van zijn moleculaire dipolen op een extern magnetisch veld meet". Dat wil zeggen, de diëlektrische constante is hoe groter de polariteit van de materiaalmoleculen.

Atomische modellen van diëlektrisch

De aanwezige materialen, in het algemeen, specifieke moleculaire regelingen die afhankelijk zijn van de moleculen zelf en de elementen die ze in elk materiaal vormen. Onder de moleculaire opstellingen die betrokken zijn bij diëlektrische processen zijn de zo -called "polaire moleculen" of gepolariseerd.

In polaire moleculen is er een scheiding tussen de gemiddelde positie van negatieve belastingen en de gemiddelde positie van positieve ladingen, waardoor ze elektrische polen hebben.

Het kan u van dienst zijn: convectiewarmteoverdracht (met voorbeelden)

Het watermolecuul (figuur 4) heeft bijvoorbeeld een permanente polarisatie omdat het positieve belastingverdelingscentrum zich in het middelpunt tussen waterstofatomen bevindt. (Serway en Jewett, 2005).

Figuur 4: Verdeling van het watermolecuul.

Terwijl in het Beh2 -molecuul (berylliumhydride - figuur 5), lineair molecuul, geen polarisatie optreedt, aangezien het positieve belastingverdelingscentrum (hydrogenen) zich bevindt in het negatieve belastingverdelingscentrum (beryllium), waarbij elke polarisatie kan worden geannuleerd die kan bestaan ​​die kan bestaan. Dit is een niet -polair molecuul.

Figuur 5: Verdeling van een Beryl -hydridemolecuul.

In dezelfde volgorde van ideeën, wanneer een diëlektrisch materiaal in aanwezigheid van een elektrisch veld E is, zullen de moleculen worden uitgelijnd volgens het elektrische veld, waardoor een oppervlaktebelastingsdichtheid op de diëlektrische gezichten wordt veroorzaakt die de platen van de condensator tegenkomen.

Vanwege dit fenomeen is het elektrische veld in het diëlektricum minder dan het externe elektrische veld dat door de condensator wordt gegenereerd. In de volgende illustratie (figuur 6) wordt een elektrisch gepolariseerd diëlektricum getoond in een platte platencondensator.

Het is belangrijk op te merken dat dit fenomeen gemakkelijker is in polaire materialen dan in niet -polair, vanwege het bestaan ​​van gepolariseerde moleculen die efficiënter interageren in aanwezigheid van het elektrische veld. Hoewel, de enkele aanwezigheid van het elektrische veld veroorzaakt de polarisatie van niet -polaire moleculen, afkomstig van hetzelfde fenomeen als bij polaire materialen.

Figuur 6: Modellen van de gepolariseerde moleculen van een diëlektricum als gevolg van het elektrische veld zijn ontstaan ​​in de geladen condensator.

Diëlektrische constante waarden in sommige materialen

Afhankelijk van de functionaliteit, economie en ultieme nut van condensatoren, worden verschillende isolerende materialen gebruikt om hun werking te optimaliseren.

Materialen zoals papier zijn zeer economisch, hoewel ze kunnen falen met hoge temperaturen of watercontact. Terwijl het rubber nog steeds kneedbaar is, maar beter bestand. We hebben ook het porselein, dat bestand is tegen hoge temperaturen, hoewel het niet kan worden aangepast aan verschillende manieren als dat nodig is.

Kan u van dienst zijn: wat zijn de thermische eigenschappen en wat zijn? (Met voorbeelden)

Hieronder is een tabel gespecificeerd door de diëlektrische constante van sommige materialen, waarbij diëlektrische constanten geen eenheden hebben (zijn dimensieloos):

Tabel 1: Diëlektrische constanten van sommige materialen bij kamertemperatuur.

Enkele toepassingen van diëlektrische materialen

Diëlektrische materialen zijn belangrijk in Global Society met een breed scala aan toepassingen, van land- en satellietcommunicatie die radiosoftware, huisartsen, milieumonitoring via satellieten omvatten, onder andere. (Sebastian, 2010)

Bovendien beschrijven Fiedziuszko en anderen (2002) het belang van diëlektrische materialen voor de ontwikkeling van draadloze technologie, zelfs voor mobiele telefonie. In hun publicatie beschrijven ze de relevante van dit type materialen bij de miniaturisatie van de apparatuur.

In deze volgorde van ideeën heeft de moderniteit een grote vraag naar materialen met hoge en lage diëlektrische constanten gegenereerd voor de ontwikkeling van een technologisch leven. Deze materialen zijn essentiële componenten voor internetapparaten in termen van gegevensopslag, communicatie- en gegevensoverdrachtprestatiefuncties. (Nalwa, 1999).

Referenties

1. Fedziuszko, s. J., Hunter, ik. C., Itah, T., Kobayashi, en., Nishikawa, t., Stitzer, s. N., & Wakino, K. (2002). Diëlektrische materialen, apparaten en circu. IEEE transacties op magnetronsheorie en technieken, 50 (3), 706-720.
2. Figueroa, D. (2001). Elektrische interactie. Caracas, Venezuela: Miguel Angel García en zoon, SRL.
3. Giancoli, D. (2006). FYSIEK. Principe met toepassingen. Mexico: Pearson Education.
4. Nalwa, h. S. (ED.)). (1999). Handboek van lage en hoge diëlektrische constante materialen en hun toepassingen, twee volumeset. Elsevier.
5. Sebastian, m. T. (2010). Diëlektrische materialen voor draadloze communicatie. Elsevier.
6. Serway, r. & Jewett, J. (2005). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Mexico: International Thomson Editores.