- Dielektrikler ve Kapasitörler
- Harici bir elektrik alanında dielektrik
- Elektriksel geçirgenliğin ölçülmesi
- Havanın elektriksel geçirgenliğini ölçmek için deney yapın
- -Malzemeler
- -Süreç
- Önemli
- Referanslar
Elektrik dielektrik bir elektrik alanının varlığında bir ortamın tepkisi nicelendirilir parametredir. Bu Yunan harfi değerine ve diğer ortam için bir referans olarak hizmet vakum değeri ile gösterilir, şu şekildedir: ε o = 8,8541878176 x 10 -12 ° C 2 / Nm 2
Ortamın doğası, ona elektrik alanlarına özel bir yanıt verir. Bu şekilde, sıcaklık, nem, moleküler ağırlık, kurucu moleküllerin geometrisi, mekanik gerilmeler iç mekanı etkiler veya uzayda bir alanın varlığının kolaylaştırıldığı bazı tercihli yönler vardır.
Şekil 1. Hava, belirli bir voltajın üzerinde iletken hale gelir. Kaynak: Pixabay.
İkinci durumda, malzemenin anizotropiye sahip olduğu söylenir. Ve hiçbir yön tercihli olmadığında, malzeme izotropik olarak kabul edilir. Herhangi bir homojen ortamın geçirgenliği, vakumun geçirgenliğinin bir fonksiyonu olarak ε veya şu ifade ile ifade edilebilir:
ε = κε veya
Κ malzemenin göreceli geçirgenliği olduğunda, aynı zamanda dielektrik sabiti olarak da adlandırılır, birçok malzeme için deneysel olarak belirlenen boyutsuz bir miktar. Bu ölçümü gerçekleştirmenin bir yolu daha sonra açıklanacaktır.
Dielektrikler ve Kapasitörler
Bir dielektrik, elektriği iyi iletmeyen bir malzemedir, bu nedenle bir yalıtkan olarak kullanılabilir. Ancak bu, malzemenin harici bir elektrik alanına tepki vermesini engellemez, kendi kendini yaratır.
Aşağıda, cam, mum, kağıt, porselen ve elektronikte yaygın olarak kullanılan bazı yağlar gibi izotropik dielektrik malzemelerin tepkisini analiz edeceğiz.
Dielektriğe harici bir elektrik alanı, düz bir paralel plaka kapasitörünün iki metalik tabakası arasında oluşturulabilir.
Dielektrikler, bakır gibi iletkenlerin aksine, malzeme içinde hareket edebilen serbest yüklerden yoksundur. Kurucu molekülleri elektriksel olarak nötrdür, ancak yükler biraz kayabilir. Bu şekilde elektrik çift kutuplu olarak modellenebilirler.
Bir dipol elektriksel olarak nötrdür, ancak pozitif yük, negatif yükten biraz uzaktadır. Dielektrik malzeme içinde ve harici bir elektrik alanı olmadığında, çift kutuplar Şekil 2'de gösterildiği gibi genellikle rasgele dağıtılır.
Şekil 2. Bir dielektrik malzemede, çift kutuplar rastgele yönlendirilmiştir. Kaynak: kendi kendine.
Harici bir elektrik alanında dielektrik
Dielektrik, örneğin iki iletken tabaka içinde oluşturulan harici bir alanın ortasına sokulduğunda, çift kutuplar yeniden organize olur ve yükler ayrılır, bu da malzemede dış alanın tersi yönde bir iç elektrik alanı oluşturur. .
Bu yer değiştirme meydana geldiğinde, malzemenin polarize olduğu söylenir.
Şekil 3. Polarize dielektrik malzeme. Kaynak: kendi kendine.
Bu indüklenen polarizasyon, ağın veya sonuçta ortaya çıkan elektrik alanının (E) azalmasına neden olur, bu, Şekil 3'te gösterilen bir etki, çünkü söz konusu polarizasyon tarafından üretilen dış alan ve iç alan aynı yöne, ancak zıt yönlere sahiptir. E'nin büyüklüğü şu şekilde verilir:
Dış alan, malzemenin makroskopik bir özelliği olan κ veya malzemenin dielektrik sabiti olarak adlandırılan bir faktörde malzeme ile etkileşim sayesinde bir azalmaya uğrar. Bu miktar açısından, ortaya çıkan veya net alan:
Dielektrik sabiti κ, malzemenin göreceli geçirgenliğidir, boyutsuz bir miktar her zaman 1'den büyük ve vakumda 1'e eşittir.
Ya ε = κε ya da başlangıçta anlatıldığı gibi. Ε birimleri ε o : C 2 / Nm 2 veya F / m ile aynıdır .
Elektriksel geçirgenliğin ölçülmesi
Bir kapasitörün plakaları arasına bir dielektrik sokmanın etkisi, ek yüklerin depolanmasına, yani kapasitede bir artışa izin vermektir. Bu gerçek, 19. yüzyılda Michael Faraday tarafından keşfedildi.
Düz paralel plakalı kondansatör kullanarak bir malzemenin dielektrik sabitini şu şekilde ölçmek mümkündür: Plakalar arasında sadece hava olduğunda, kapasitenin şu şekilde verildiği gösterilebilir:
C o kapasitörün kapasitansı olduğunda, A plakaların alanıdır ve d aralarındaki mesafedir. Ancak bir dielektrik yerleştirildiğinde, kapasite önceki bölümde görüldüğü gibi κ faktörü kadar artar ve ardından yeni kapasite C orijinal ile orantılıdır:
C = κε veya . A / d = ε. A / d
Nihai ve başlangıç kapasitesi arasındaki oran, malzemenin dielektrik sabiti veya göreceli geçirgenliğidir:
κ = C / C veya
Ve söz konusu malzemenin mutlak elektriksel geçirgenliği şu yollarla bilinir:
ε = ε o . (C / C o )
Kapasitans ölçebilen bir multimetreniz varsa, ölçümler kolaylıkla gerçekleştirilebilir. Bir alternatif, kapasitörün plakaları arasındaki voltajı, dielektrik olmadan ve kaynaktan izole etmektir. Daha sonra dielektrik eklenir ve değeri V olacak olan voltajda bir düşüş gözlenir.
O zaman κ = V veya / V
Havanın elektriksel geçirgenliğini ölçmek için deney yapın
-Malzemeler
- Ayarlanabilir aralıklı paralel düz plaka kondansatör.
- Mikrometrik veya sürgülü vida.
- Kapasite ölçme fonksiyonuna sahip multimetre.
- Grafik kağıdı.
-Süreç
- Kapasitör plakaları arasında bir ayırma d seçin ve multimetre yardımıyla C o kapasitesini ölçün . Veri çiftini bir değerler tablosuna kaydedin.
- En az 5 plaka ayırma işlemi için yukarıdaki prosedürü tekrarlayın.
- Ölçülen mesafelerin her biri için bölümü (A / d) bulun.
- C o = ε o ifadesi sayesinde . A / d, C o'nun bölüm (A / d) ile orantılı olduğu bilinmektedir . Her bir C değerini veya ilgili A / d değerini grafik kağıdına çizin .
- En iyi çizgiyi görsel olarak ayarlayın ve eğimini belirleyin. Veya doğrusal regresyon kullanarak eğimi bulun. Eğimin değeri, havanın geçirgenliğidir.
Önemli
Paralel düz plaka kapasitörünün kapasitans denklemi sonsuz plakaları varsaydığından, plakalar arasındaki boşluk yaklaşık 2 mm'yi geçmemelidir. Bununla birlikte, bu oldukça iyi bir yaklaşımdır, çünkü plakaların kenarı her zaman aralarındaki mesafeden çok daha büyüktür.
Bu deneyde, bir vakuma oldukça yakın olan havanın geçirgenliği belirlenir. Vakumun dielektrik sabiti κ = 1 iken kuru havanınki κ = 1.00059'dur.
Referanslar
- Dielektrik. Dielektrik sabiti. Elde edilen kaynak: electricistas.cl.
- Figueroa, Douglas. 2007. Bilim ve Mühendislik için Fizik Serisi. Cilt 5 Elektriksel Etkileşim. 2. Baskı. 213-215.
- Laboratori d'Electricitat i Magnetisme (UPC). Bir Malzemenin Göreceli Geçirgenliği. Elaula.es'den kurtarıldı.
- Monge, M. Dielectrics. Elektrostatik alan. Madrid Üniversitesi Carlos III. Kurtarıldı: ocw.uc3m.es.
- Sears, Zemansky. 2016. Modern Fizikle Üniversite Fiziği. 14 inci . Ed. 797-806.