Діелектрична проникність: відмінності між версіями
[перевірена версія] | [очікує на перевірку] |
Вилучено вміст Додано вміст
Діелектрична проникність слюди 7 Мітки: Візуальний редактор Редагування з мобільного пристрою Редагування через мобільну версію |
|||
(Не показана 21 проміжна версія 11 користувачів) | |||
Рядок 1:
{{unibox}}'''Діелектр́ична прон́икність''' (''діелектрична стала'') середовища ε —
== Загальна характеристика ==
Міра впливу середовища на потенційну енергію взаємодії між двома зарядами. Визначається відношенням ємностей [[Електричний конденсатор|конденсатора]] в присутності та відсутності заряду між обкладинками конденсатора. Це також характеристика відносної здатності діелектрика в конденсаторі забезпечувати зберігання енергії. Використовується в розрахунках, що моделюють присутність розчинника, в методах [[Молекулярна механіка|молекулярної механіки]] та [[Квантова хімія|квантової хімії]].
== Фізична природа ==
Зменшення сили взаємодії між зарядами викликано процесами [[
Сильні електричні поля можуть
== Статична діелектрична проникність ==
Рядок 35 ⟶ 38:
|-
| [[Слюда]]
|
|-
| [[Метанол|Метиловий спирт]]
| 30
|-
Рядок 49 ⟶ 52:
При розгляді незмінних із часом електричних полів вводять поняття '''статичної діелектричної проникності'''.
Статична діелектрична проникність встановлює зв'язок між[[вектор електричної індукції|
: <math> \mathbf{D} = \hat{\varepsilon} \mathbf{E} </math>.
Формула записана в системі [[СГС]].
У
: <math> \mathbf{D} = \hat{\varepsilon}_r \varepsilon_0 \mathbf{E} </math>.
Для ізотропних середовищ, у яких немає виділеного напрямку, [[тензор]] діелектричної проникності має діагональну форму й характеризується одним характерним для середовища числом, який називають діелектричною сталою середовища. Відповідно, у
Відносна діелектрична проникність ''ε<sub>r</sub>'' може бути визначена шляхом порівняння [[
: <math>\varepsilon_{r} = \frac{C_{x}} {C_{0}}.</math>
Рядок 70 ⟶ 72:
Фізична картина, яка лежить в основі відгуку (реакції) середовища на змінне [[електричне поле]], має суттєво інший характер. Зовнішнє електричне поле викликає зміщення зарядів і утворення наведених дипольних моментів, але цей процес відстає від зміни зовнішнього поля. В такому випадку, електричне поле створене наведеними дипольними моментами, залежить від того, яким було зовнішнє електричне поле в попередні моменти часу.
Враховуючи відставання відклику середовища від зміни поля, для поляризації <math> \mathbf{P}</math>
: <math> \mathbf{P} = \int_{-\infty}^t \hat{\alpha}(t-t^\prime) \mathbf{E}(t^\prime) dt^\prime </math>.
Рядок 81 ⟶ 83:
Наведений зв'язок справедливий тільки для слабких полів, коли нелінійні ефекти не грають великої ролі.
Діелектрична функція є загалом комплексною величиною, тобто має дійсну й уявну
та <math> \varepsilon^{\prime\prime} </math>.
: <math> \varepsilon(\omega) = \varepsilon^\prime(\omega) + i \varepsilon^{\prime\prime}(\omega) </math>
Якщо дійсна складова діелектричної проникності аналогічна діелектричній сталій, описуючи зумовлене поляризацією зменшення електричного поля в речовині, то уявна частина описує [[електричний струм|струми]], які виникають в речовині в змінному електричному полі. Діелектрики, які не проводять [[Постійний струм|постійного струму]], можуть проводити [[Змінний струм|змінні струми]], зв'язані із періодичним зміщенням зв'язаних електронів відносно [[Ядро атома|ядер]].▼
Якщо дійсна складова діелектричної проникності аналогічна▼
▲діелектричній сталій, описуючи зумовлене поляризацією зменшення електричного поля в речовині, то уявна частина описує [[електричний струм|струми]], які виникають в речовині в змінному електричному полі. Діелектрики, які не проводять постійного струму, можуть проводити змінні струми, зв'язані із періодичним зміщенням зв'язаних електронів відносно ядер.
В оптичному діапазоні дійсна складова діелектричної проникності зв'язана з [[показник заломлення|показником заломлення]], а уявна частина — із [[
: <math> \varepsilon^{\prime\prime} > 0 </math>.
Від'ємні значення уявної складової діелектричної проникності виникають лише для дуже нерівноважних середовищ, у яких можливе підсилення світла (див. [[лазер]]).
Загалом принцип причинності накладає певні обмеження на можливі значення дійсної та уявної складових діелектричної проникності, які задаються [[Співвідношення Крамерса — Кроніга|співвідношеннями Крамерса-Кроніґа]].
=== Низькі частоти ===
На низьких частотах діелектрична проникність речовин близька до діелектричної сталої. Проте необхідно враховувати той факт, що реальні діелектрики хоча б частково проводять [[Струм витоку|електричний струм]]. Для речовини з [[електропровідність|провідністю]] σ діелектрична проникність на частоті ω дорівнює
: <math> \varepsilon(\omega) = \varepsilon_{st} + \frac{4\pi \sigma i}{\omega } </math>,
де c — [[швидкість світла]], <math>\varepsilon_{st} </math> — діелектрична стала.
Для [[провідник
=== Високі частоти ===
: <math> \varepsilon(\omega) = 1 - \frac{4\pi Ne^2}{m\omega^2} </math>,
Рядок 113:
== Діелектрична проникність та показник заломлення ==
Діелектрична функція в оптичному частотному діапазоні зв'язана із [[показник заломлення|показником заломлення]] світла
: <math> \varepsilon(\omega) = (n + i \kappa)^2 \ </math>,
Рядок 120:
У випадку, коли затухання мале (світло розповсюджується в прозорому середовищі),
: <math> \varepsilon = n^2 \ </math>.
== Див. також ==
* [[Поляризація діелектриків]]
* [[Діелектрична сприйнятливість]]
* [[Струм витоку]]
* [[Електрична стала|Діелектрична проникність вакууму]]
== Примітки ==
{{примітки}}
== Література ==
* Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет
* {{публікація|книга
|автор=Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик П. П.
|назва=Загальний курс фізики
|інфо = навч. посібник у 3-х т
|том назва = Електрика і магнетизм
|том=2
|рік=2006
|видавництво=Техніка
|місце=Київ
}}
[[Категорія:Електродинаміка суцільних середовищ]]
Рядок 130 ⟶ 149:
[[Категорія:Теоретичні основи електротехніки]]
[[Категорія:Фізика діелектриків]]
|