Was ist die Dielektrizitätskonstante?

Der Dielektrizitätskonstante Es ist ein Wert, der mit dem Material verbunden ist, das zwischen den Platten eines Kondensators (oder Kondensators - Abbildung 1) platziert wird und die seine Funktion optimieren und erhöht. (Giancoli, 2006). Dielektrikum ist gleichbedeutend mit elektrischem Isolator, dh sie sind Materialien, die den Durchgang des elektrischen Stroms nicht erlauben.

Dieser Wert ist aus vielen Aspekten wichtig, da er für alle üblich ist.

Abbildung 1: verschiedene Arten von Kondensatoren.

Zum Beispiel verwenden unsere Minicomponenten, Fernseher und Multimedia -Geräte Gleichstrom für ihre Funktionen, aber inländische und industrielle Strömungen, die unsere Häuser und Arbeitsplätze erreichen. Wie ist das möglich?.

Abbildung 2: Stromkreis einer Hausausrüstung

Die Antwort auf diese Frage liegt in denselben elektrischen und elektronischen Geräten: Kondensatoren (oder Kondensatoren). Diese Komponenten ermöglichen es unter anderem, die Behebung des Wechselstroms zu kontinuierlichem Strom zu ermöglichen, und seine Funktionalität hängt von der Geometrie oder Form des Kondensators und des in seinem Design vorhandenen dielektrischen Materialien ab.

Dielektrische Materialien spielen eine wichtige Rolle, da sie eine Menge ermöglichen, die Platten zu bringen, aus denen der Kondensator besteht, ohne berührt zu werden, und den Raum zwischen diesen Platten mit dielektrischem Material vollständig abdecken, um die Funktionalität der Kondensatoren zu erhöhen.

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Ursprung der Dielektrizitätskonstante: Kondensatoren und dielektrische Materialien

Der Wert dieser Konstante ist ein experimentelles Ergebnis, dh er stammt aus den Experimenten mit verschiedenen Arten von Isoliermaterialien und führt zu demselben Phänomen: erhöhte Funktionalität oder Effizienz eines Kondensators.

Die Kondensatoren haben eine physikalische Größe, die als Kapazität "C" bezeichnet wird, in Verbindung gebracht und die Menge an elektrischer Ladung "q" definiert, die einen Kondensator speichern kann, indem eine bestimmte Potentialdifferenz "∆V" bereitgestellt wird (Gleichung 1).

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Die Experimente haben zu dem Schluss gekommen, dass die Kondensatoren ihre Kapazität durch einen κ -Faktor, der als "dielektrische Konstante" bezeichnet wird, durch vollständiger Abdeckung des Raums zwischen den Platten eines Kondensators mit einem dielektrischen Material erhöhen, "dielektrische Konstante" bezeichnet. (Gleichung 2).

(Gleichung 2)

Abbildung 3 zeigt eine Darstellung eines Kondensators der Kapazität C von Plaques parallel beladen und folglich mit einem gleichmäßigen elektrischen Feld zwischen seinen Platten.

Im oberen Teil der Figur befindet sich der Kondensator mit Vakuum zwischen seinen Platten (Vakuum - zulässt ∊0). Am Boden wird dann der gleiche Kondensator mit c '> c Kondensator vorgestellt, wobei ein Dielektrikum zwischen seinen Platten (von ∊ zuzulassen).

Abbildung 3: Flachplattenkondensator ohne Dielektrikum und Dielektrikum.

Figueroa (2005) listet drei Funktionen für dielektrische Materialien in Kondensatoren auf:

1. Sie ermöglichen eine starre und kompakte Konstruktion mit einer geringen Trennung zwischen den leitenden Platten.
2. Sie ermöglichen eine größere Spannung, ohne eine Entladung zu verursachen (das brechende elektrische Feld ist größer als das der Luft)
3. Erhöht die Kondensatorkapazität in einem κ -Faktor, der als Materialkonstante des Materials bekannt ist.

Somit gibt der Autor an, dass κ "als Materialkonstante des Materials bezeichnet wird und die Reaktion seiner molekularen Dipole auf ein externes Magnetfeld misst". Das heißt, die Dielektrizitätskonstante ist die Polarität der Materialmoleküle umso größer.

Atommodelle von Dielektrikum

Die vorhandenen Materialien im Allgemeinen spezifische molekulare Anordnungen, die von den Molekülen selbst und den Elementen abhängen, die sie in jedem Material ausmachen. Zu den molekularen Anordnungen, die an dielektrischen Prozessen beteiligt sind, gehört die sogenannten "polaren Moleküle" oder polarisiert.

In polaren Molekülen besteht eine Trennung zwischen der durchschnittlichen Position negativer Lasten und der durchschnittlichen Position positiver Ladungen, wodurch sie elektrische Pole haben.

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Zum Beispiel hat das Wassermolekül (Abbildung 4) eine dauerhafte Polarisation, da sich das positive Lastverteilungszentrum im Mittelpunkt zwischen Wasserstoffatomen befindet. (Serway und Jewett, 2005).

Abbildung 4: Verteilung des Wassermoleküls.

Während im Verhaltensmolekül (Berylliumhydrid - Abbildung 5) lineares Molekül keine Polarisation auftritt. Dies ist ein nicht -polares Molekül.

Abbildung 5: Verteilung eines Berylhydrid -Moleküls.

In der gleichen Reihenfolge der Ideen werden die Moleküle, wenn sich ein dielektrisches Material in Gegenwart eines elektrischen Feldes befindet.

Aufgrund dieses Phänomens ist das elektrische Feld innerhalb des Dielektrikums geringer als das vom Kondensator erzeugte externe elektrische Feld. In der folgenden Abbildung (Abbildung 6) ist in einem flachen Plattenkondensator ein elektrisch polarisiertes Dielektrikum dargestellt.

Es ist wichtig zu beachten. Das einzelne Vorhandensein des elektrischen Feldes verursacht jedoch die Polarisation nicht -polarer Moleküle, die in demselben Phänomen wie bei polaren Materialien abgeleitet ist.

Abbildung 6: Modelle der polarisierten Moleküle eines Dielektrikums aufgrund des elektrischen Feldes, der aus dem geladenen Kondensator stammt.

Dielektrizitätskonstante Werte in einigen Materialien

Abhängig von der Funktionalität, Wirtschaftlichkeit und dem endgültigen Nutzen von Kondensatoren werden unterschiedliche Isoliermaterialien verwendet, um ihren Betrieb zu optimieren.

Materialien wie Papier sind sehr wirtschaftlich, obwohl sie mit hohen Temperaturen oder Wasserkontakt versagen können. Während der Gummi immer noch formbar, aber widerstandsfähiger ist. Wir haben auch das Porzellan, das hohe Temperaturen widersteht, obwohl es nicht nach Bedarf auf unterschiedliche Weise angepasst werden kann.

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Im Folgenden finden Sie eine Tabelle, die durch die dielektrische Konstante einiger Materialien angegeben ist, in denen dielektrische Konstanten keine Einheiten haben (dimensionlos):

Tabelle 1: Dielektrische Konstanten einiger Materialien bei Raumtemperatur.

Einige Anwendungen von dielektrischen Materialien

Dielektrische Materialien sind in der globalen Gesellschaft wichtig mit einer Vielzahl von Anwendungen, von Land- und Satellitenkommunikation, darunter Funksoftware, GPS, Umweltüberwachung durch Satelliten unter anderem. (Sebastian, 2010)

Darüber hinaus beschreiben Fiedziuszko und andere (2002), wie wichtig dielektrische Materialien für die Entwicklung der drahtlosen Technologie sind, selbst für die Mobiltelefonie. In ihrer Veröffentlichung beschreiben sie die relevante dieser Art von Materialien bei der Miniaturisierung der Ausrüstung.

In dieser Reihenfolge der Ideen hat die Moderne eine große Nachfrage nach Materialien mit hohen und niedrigen dielektrischen Konstanten für die Entwicklung eines technologischen Lebens erzeugt. Diese Materialien sind wesentliche Komponenten für Internetgeräte in Bezug auf die Leistungsfunktionen der Datenspeicherung, Kommunikation und Datenübertragungen. (Nalwa, 1999).

Verweise

1. Fedziuszko, s. J., Hunter, ich. C., Itah, t., Kobayashi und., Nishikawa, t., Stitzer, s. N., & Wakino, k. (2002). Dielektrische Materialien, Geräte und Zirku. IEEE Transaktionen über Mikrowellentheorie und -techniken, 50 (3), 706-720.
2. Figueroa, d. (2001). Elektrische Wechselwirkung. Caracas, Venezuela: Miguel Angel García und Sohn SRL.
3. Giancoli, d. (2006). Physisch. Prinzip mit Anwendungen. Mexiko: Pearson Ausbildung.
4. Nalwa, h. S. (Ed.). (1999). Handbuch mit niedrigen und hohen dielektrischen konstanten Materialien und ihren Anwendungen, zweibändiger Set. Elsevier.
5. Sebastian, m. T. (2010). Dielektrische Materialien für die drahtlose Kommunikation. Elsevier.
6. Serway, r. & Jewett, J. (2005). Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Mexiko: Internationale Thomson -Herausgeber.