De elektrische permittiviteit Het is de parameter die de reactie van een medium op de aanwezigheid van een elektrisch veld kwantificeert. Het wordt aangeduid met de Griekse letter ε en de waarde voor de leegte, die als referentie dient voor de andere media, is de volgende: εof = 8,8541878176 x 10-12 Ctwee /N.mtwee
De aard van het medium geeft het een bijzondere reactie op elektrische velden. Op deze manier, de temperatuur, vochtigheid, molecuulgewicht, de geometrie van de samenstellende moleculen, de mechanische spanningen in het interieur of dat er een bepaalde voorkeursrichting in de ruimte is waarin het bestaan van een veld wordt vergemakkelijkt..
In het laatste geval wordt gezegd dat het materiaal presenteert anisotropie. En als geen enkele richting de voorkeur heeft, wordt het materiaal in overweging genomen isotroop. De permeabiliteit van elk homogeen medium kan worden uitgedrukt als een functie van de permeabiliteit van het vacuüm εof met de uitdrukking:
ε = κεof
Waar κ de relatieve permeabiliteit van het materiaal is, ook wel diëlektrische constante, een dimensieloze grootheid die voor veel materialen experimenteel is bepaald. Een manier om deze meting uit te voeren, zal later worden uitgelegd..
Artikel index
Een diëlektricum is een materiaal dat elektriciteit niet goed geleidt, dus het kan als isolator worden gebruikt. Dit belet echter niet dat het materiaal kan reageren op een extern elektrisch veld, waardoor het zijn eigen veld creëert..
In wat volgt zullen we de respons analyseren van isotrope diëlektrische materialen zoals glas, was, papier, porselein en sommige vetten die veel worden gebruikt in elektronica..
Een elektrisch veld buiten het diëlektricum kan worden gecreëerd tussen twee metalen platen van een vlakke parallelle plaatcondensator..
Diëlektrica, in tegenstelling tot geleiders zoals koper, missen gratis ladingen die in het materiaal kunnen bewegen. Hun samenstellende moleculen zijn elektrisch neutraal, maar ladingen kunnen enigszins verschuiven. Op deze manier kunnen ze worden gemodelleerd als elektrische dipolen.
Een dipool is elektrisch neutraal, maar de positieve lading is op een kleine afstand van de negatieve lading gescheiden. Binnen het diëlektrische materiaal en bij afwezigheid van een extern elektrisch veld zijn de dipolen meestal willekeurig verdeeld, zoals weergegeven in figuur 2.
Wanneer het diëlektricum in het midden van een extern veld wordt geïntroduceerd, bijvoorbeeld het veld dat is gecreëerd binnen twee geleidende platen, reorganiseren de dipolen zich en scheiden de ladingen zich, waardoor een intern elektrisch veld in het materiaal wordt gecreëerd in de tegenovergestelde richting van het externe veld..
Wanneer deze verplaatsing optreedt, wordt gezegd dat het materiaal is gepolariseerd.
Deze geïnduceerde polarisatie veroorzaakt het netto of resulterende elektrische veld EN afname, effect getoond in figuur 3, aangezien het externe veld en het interne veld gegenereerd door genoemde polarisatie dezelfde richting maar tegengestelde richtingen hebben. De omvang van EN is gegeven door:
E = Eof - ENik
Het externe veld ondergaat een reductie dankzij de interactie met het materiaal in een factor genaamd κ of diëlektrische constante van het materiaal, een macroscopische eigenschap daarvan. In termen van deze hoeveelheid is het resulterende of netto veld:
E = Eof/ κ
De diëlektrische constante κ is de relatieve diëlektrische constante van het materiaal, een dimensieloze hoeveelheid altijd groter dan 1 en gelijk aan 1 in vacuüm.
κ = ε/ εof
Of ε = κεof net zoals beschreven aan het begin. De eenheden van ε zijn dezelfde als die van εof: Ctwee /N.mtwee van M.
Het effect van het plaatsen van een diëlektricum tussen de platen van een condensator is dat er extra ladingen kunnen worden opgeslagen, dat wil zeggen een toename van de capaciteit. Dit feit werd in de 19e eeuw ontdekt door Michael Faraday.
Het is mogelijk om de diëlektrische constante van een materiaal te meten met behulp van een vlakke parallelle plaatcondensator op de volgende manier: als er alleen lucht tussen de platen zit, kan worden aangetoond dat de capaciteit wordt bepaald door:
Cof = εof. Advertentie
Waar Cof is de capaciteit van de condensator, NAAR is de oppervlakte van de platen en d is de afstand tussen hen. Maar wanneer een diëlektricum wordt geplaatst, neemt de capaciteit toe met een factor κ, zoals te zien is in de vorige sectie, en dan is de nieuwe capaciteit C evenredig met het origineel:
C = κεof. A / d = ε. Advertentie
De verhouding tussen de uiteindelijke en de initiële capaciteit is de diëlektrische constante van het materiaal of de relatieve permittiviteit:
κ = C / Cof
En de absolute elektrische permittiviteit van het materiaal in kwestie is bekend door:
ε = εof . C / Cof
Metingen kunnen eenvoudig worden uitgevoerd als u een multimeter heeft die capaciteit kan meten. Een alternatief is om de spanning Vo tussen de platen van de condensator te meten zonder diëlektricum en geïsoleerd van de bron. Vervolgens wordt het diëlektricum geïntroduceerd en wordt een afname van de spanning waargenomen, waarvan de waarde V zal zijn.
Dan is κ = Vof / V
- Instelbare scheiding vlakke parallelle platencondensor.
- Micrometer of noniusschroef.
- Multimeter die de functie heeft van het meten van capaciteit.
- Ruitjespapier.
- Kies een scheiding d tussen de condensatorplaten en meet met behulp van de multimeter de capaciteit Cof. Leg het gegevenspaar vast in een tabel met waarden.
- Herhaal de bovenstaande procedure voor minimaal 5 plaatscheidingen.
- Vind het quotiënt (Advertentie) voor elk van de gemeten afstanden.
- Dankzij de uitdrukking Cof = εof. Advertentie het is bekend dat Cof is evenredig met het quotiënt (AdvertentieZet elke waarde van Cof met zijn respectieve waarde van Advertentie.
- Pas visueel de beste lijn aan en bepaal de helling. Of zoek de helling met behulp van lineaire regressie. De waarde van de helling is de permittiviteit van lucht.
De afstand tussen de platen mag niet groter zijn dan ongeveer 2 mm, aangezien de vergelijking voor de capaciteit van de parallelle vlakke plaatcondensator uitgaat van oneindige platen. Dit is echter een redelijk goede benadering, aangezien de zijkant van de platen altijd veel groter is dan de afstand ertussen..
In dit experiment wordt de permittiviteit van lucht bepaald, die vrij dicht bij die van een vacuüm ligt. De diëlektrische constante van vacuüm is κ = 1, terwijl die van droge lucht κ = 1.00059 is.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.