Вікіпедія

Діелектрична проникність: відмінності між версіями

Інтерактивний перегляд історії
(Переглянути усі неперевірені зміни)
[перевірена версія][очікує на перевірку]
← Попереднє редагування
Вилучено вміст Додано вміст
ВізуальнийВікірозмітка
Діелектрична проникність слюди 7
Мітки: Візуальний редактор Редагування з мобільного пристрою Редагування через мобільну версію
 
(Не показані 19 проміжних версій 11 користувачів)
Рядок 1:
{{unibox}}'''Діелектр́ична прон́икність''' (''діелектрична стала'') середовища ε — безрозмірна[[Безрозмірнісна фізична величина|безрозмірнісна фізична величина,]] що характеризує [[ІзоляціяЕлектроізоляція|ізоляційні]] властивості середовища. Вона показує, у скільки разів взаємодія між [[Електричний заряд|зарядами]]ами в однорідному середовищі менша, ніж у [[вакуум]]і.
 
== Загальна характеристика ==
Мiра впливу середовища на потенцiальну енергiю взаємодiї
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]].
мiж двома зарядами. Визначається вiдношенням ємностей
 
конденсатора в присутностi та вiдсутностi зразка мiж обкла-динками конденсатора. Це також характеристика відносної
здатності діелектрика в конденсаторі забезпечувати зберігання
енергії. Використовується в розрахунках, що моделюють
присутність розчинника, в методах молекулярної механіки та
квантової хімії.
== Фізична природа ==
Зменшення сили взаємодії між зарядами викликано процесами [[діелектричнаПоляризація поляризаціядіелектриків|поляризації]] середовища. У електричному полі [[електрон]]и в атомах та молекулах[[молекула]]х зміщуються відносно [[Іон|йонів]], і виникає наведений [[Електричний дипольний момент|дипольний момент]]. Ті молекули, які мають власний дипольний момент (наприклад, молекула води), орієнтуються в електричному полі. [[Електричний дипольний момент|Дипольні моменти]] створюють своє [[електричне поле]], яке протидіє тому полю, що зумовило їх появу. ВУ результатіпідсумку, сумарне електричне поле зменшується. При невеликих полях таке зменшення можна описати за допомогою діелектричної проникності.
 
Сильні електричні поля можуть сильнодуже змінити процеси, які відбуваються в середовищі. Наприклад, може наступити пробій. У такому випадку поняття діелектричної проникності втрачає сенс.
 
== Статична діелектрична проникність ==
Рядок 42 ⟶ 38:
|-
| [[Слюда]]
| 6.07
|-
| [[Метанол|Метиловий спирт]]
| 30
|-
Рядок 56 ⟶ 52:
 
При розгляді незмінних із часом електричних полів вводять поняття '''статичної діелектричної проникності'''.
 
Статична діелектрична проникність встановлює зв'язок між
Статична діелектрична проникність встановлює зв'язок між[[вектор електричної індукції| вектором електричної індукції]] <math> \mathbf{D}</math> й [[напруженість електричного поля|напруженістю електричного поля]] <math> \mathbf{E} </math>. Загалом, напрямки цих векторів не збігаються, тож діелектрична проникність є [[Тензорна алгебра|тензорною величиною]].
[[напруженість електричного поля |напруженістю електричного поля]] <math> \mathbf{E} </math>. Загалом напрямки цих векторів не збігаються, тож діелектрична проникність є тензорною величиною.
: <math> \mathbf{D} = \hat{\varepsilon} \mathbf{E} </math>.
 
Формула записана в системі [[СГС]].
 
У системі [[СІМіжнародна система величин|Міжнародній системі величин (ISQ)]] вектор електричної індукції й напруженість електричного поля мають різну розмірність, тому <math> \hat{\varepsilon} </math> потрібно ще додатоковододатково помножити на певний коефіцієнт перетворення до інших одиниць &epsilon;<sub>0</sub>, який тепер офіційно називають [[електрична стала|електричною сталою]] а(застаріла раніше називалиназва&nbsp;— [[діелектричнаЕлектрична проникність вакуумустала|діелектричноюдіелектрична проникністюпроникність вакууму]].):
 
: <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 СІ[[Міжнародна система величин|ISQ]] <math> \hat{\varepsilon}_r </math> називають '''відносною діелектричною проникністю'''.
 
Відносна діелектрична проникність ''ε<sub>r</sub>'' може бути визначена шляхом порівняння [[електричнаЄмність ємність(електрика)|електричної ємності]] тестового [[електричний конденсатор|електричного конденсатора]] з певним [[діелектрикДіелектрики|діелектриком]]ом (C<sub>x</sub>) і ємності того ж [[Електричний конденсатор|конденсатора]]а у [[вакуум]]і (C<sub>o</sub>):
 
: <math>\varepsilon_{r} = \frac{C_{x}} {C_{0}}.</math>
Рядок 77 ⟶ 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> можна записати<ref> У цьому розділі формули записані в [[СГС]]Г</ref>
: <math> \mathbf{P} = \int_{-\infty}^t \hat{\alpha}(t-t^\prime) \mathbf{E}(t^\prime) dt^\prime </math>.
 
Рядок 88 ⟶ 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 сладовіскладові. Зазвичай їх позначають <math> \varepsilon^\prime</math>
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 [[затуханняЗагасання|затуханням]]м [[світло|світла]]. Уявна частина діелектричної функції завжди додатнядодатна для середовища, яке поглинає світло
: <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]].
[[співвідношення Крамерса-Кроніґа|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&nbsp;— [[швидкість світла]], <math>\varepsilon_{st} </math>&nbsp;— діелектрична стала.
 
Для [[провідник (фізика)|провідників]]ів другий член великий завдяки великому значенню провідності. Існуванням цього члена пояснюється [[скін-ефект]] — часткове проникнення електричного поля в провідник.
 
=== Високі частоти ===
ПриЗа дуже високих частотахчастот, діелектрична проникність поводиться однаково для провідників та діелектриків. Ця поведінка описується формулою
: <math> \varepsilon(\omega) = 1 - \frac{4\pi Ne^2}{m\omega^2} </math>,
 
Рядок 120 ⟶ 113:
 
== Діелектрична проникність та показник заломлення ==
Діелектрична функція в оптичному частотному діапазоні зв'язана із [[показник заломлення|показником заломлення]] світла співвідношенннямспіввідношенням:
: <math> \varepsilon(\omega) = (n + i \kappa)^2 \ </math>,
 
Рядок 127 ⟶ 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]]
▲Якщо* дійсна складова[[Визначення діелектричної проникності аналогічна]]
 
== 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 . — Донецьк: «Вебер», 2008.  — 758  с.  — ISBN 978-966-335-206-0
* {{публікація|книга
|автор=Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик П. П.
Рядок 142 ⟶ 144:
|місце=Київ
}}
 
[[Категорія:Електродинаміка суцільних середовищ]]
[[Категорія:Фізичні властивості]]
[[Категорія:Теоретичні основи електротехніки]]
[[Категорія:Фізика діелектриків]]
 
[[de:Dielektrizitätszahl]]
Отримано з https://uk.wikipedia.org/wiki/Діелектрична_проникність