Konstanta dielektrik 6. Metode pengukuran konstanta dielektrik
KONTINUITAS DIELEKTRIK, nilai ε yang mencirikan polarisasi dielektrik di bawah pengaruh medan listrik dengan intensitas E. Permitivitas termasuk dalam hukum Coulomb sebagai besaran yang menunjukkan berapa kali gaya interaksi antara dua muatan bebas dalam dielektrik lebih kecil daripada dalam ruang hampa. Melemahnya interaksi terjadi karena tersaringnya muatan bebas oleh muatan terikat yang terbentuk akibat polarisasi medium. Muatan terikat muncul sebagai akibat dari redistribusi muatan spasial mikroskopis (elektron, ion) dalam lingkungan yang umumnya netral secara listrik.
Hubungan antara vektor polarisasi P, kuat medan listrik E dan induksi listrik D dalam medium isotropik sistem SI berbentuk:
dimana ε 0 adalah konstanta listrik. Nilai konstanta dielektrik ε bergantung pada struktur dan komposisi kimia zat, serta tekanan, suhu dan kondisi eksternal lainnya (tabel).
Untuk gas nilainya mendekati 1, untuk cairan dan padatan bervariasi dari beberapa satuan hingga beberapa puluh, untuk feroelektrik bisa mencapai 10 4. Penyebaran nilai ε ini disebabkan oleh perbedaan mekanisme polarisasi yang terjadi pada dielektrik yang berbeda.
Teori mikroskopis klasik memberikan perkiraan ekspresi konstanta dielektrik dielektrik non-polar:
di mana n i adalah konsentrasi atom, ion, atau molekul jenis ke-i, α i adalah polarisasinya, β i adalah apa yang disebut faktor medan internal, karena ciri struktural kristal atau zat. Untuk sebagian besar dielektrik dengan konstanta dielektrik pada kisaran 2-8, β = 1/3. Biasanya, konstanta dielektrik praktis tidak bergantung pada besarnya medan listrik yang diterapkan hingga kerusakan listrik dielektrik. Nilai ε yang tinggi dari beberapa oksida logam dan senyawa lain disebabkan oleh kekhasan strukturnya, yang memungkinkan, di bawah pengaruh medan E, perpindahan kolektif subkisi ion positif dan negatif ke arah yang berlawanan dan pembentukan muatan terikat yang signifikan pada batas kristal.
Proses polarisasi suatu dielektrik ketika diterapkan medan listrik tidak terjadi secara instan, tetapi dalam periode waktu τ (waktu relaksasi). Jika medan E berubah terhadap waktu t menurut hukum harmonik dengan frekuensi ω, maka polarisasi dielektrik tidak sempat mengikutinya dan muncul beda fasa antara osilasi P dan E. Saat mendeskripsikan osilasi P dan E menggunakan metode amplitudo kompleks, konstanta dielektrik direpresentasikan sebagai besaran kompleks:
ε = ε’ + iε",
terlebih lagi, ε' dan ε" bergantung pada ω dan τ, dan rasio ε"/ε' = tan δ menentukan rugi-rugi dielektrik dalam medium. Pergeseran fasa δ bergantung pada rasio τ dan periode medan T = 2π/ω. Di τ<< Т (ω<< 1/τ, низкие частоты) направление Р изменяется практически одновременно с Е, т. е. δ → 0 (механизм поляризации «включён»). Соответствующее значение ε’ обозначают ε (0) . При τ >> T (frekuensi tinggi), polarisasinya tidak mengikuti perubahan Ε, δ → π dan ε’ dalam hal ini melambangkan ε (∞) (mekanisme polarisasi “dimatikan”). Jelas bahwa ε (0) > ε (∞), dan dalam medan bolak-balik konstanta dielektrik ternyata merupakan fungsi dari ω. Dekat ω = l/τ, ε’ berubah dari ε (0) menjadi ε (∞) (daerah dispersi), dan ketergantungan tanδ(ω) melewati maksimum.
Sifat ketergantungan ε’(ω) dan tanδ(ω) pada daerah dispersi ditentukan oleh mekanisme polarisasi. Dalam kasus polarisasi ionik dan elektronik dengan perpindahan elastis muatan terikat, perubahan P(t) dengan masuknya medan E secara bertahap bersifat osilasi teredam dan ketergantungan ε'(ω) dan tanδ(ω) disebut resonan. Dalam kasus polarisasi orientasional, pembentukan P(t) bersifat eksponensial, dan ketergantungan ε’(ω) dan tanδ(ω) disebut relaksasi.
Metode pengukuran polarisasi dielektrik didasarkan pada fenomena interaksi antar listrik medan magnet dengan momen dipol listrik partikel materi dan berbeda untuk frekuensi yang berbeda. Kebanyakan metode pada ω ≤ 10 8 Hz didasarkan pada proses pengisian dan pengosongan kapasitor pengukur yang diisi dengan dielektrik yang diteliti. Pada frekuensi yang lebih tinggi, metode pandu gelombang, resonansi, multifrekuensi dan lainnya digunakan.
Dalam beberapa dielektrik, misalnya feroelektrik, hubungan proporsional antara P dan E [P = ε 0 (ε ‒ 1)E] dan, oleh karena itu, antara D dan E sudah dilanggar dalam medan listrik biasa yang dicapai dalam praktik. Secara formal, ini digambarkan sebagai ketergantungan ε(Ε) ≠ const. Dalam hal ini, ini penting karakteristik kelistrikan dielektrik adalah konstanta dielektrik diferensial:
Dalam dielektrik nonlinier, nilai ε diff biasanya diukur dalam medan bolak-balik lemah dengan penerapan medan konstan kuat secara simultan, dan komponen variabel ε diff disebut konstanta dielektrik reversibel.
menyala. lihat Seni. Dielektrik.
PEKERJAAN LABORATORIUM VIRTUAL No.3 PADA
FISIKA PADAT
Pedoman pelaksanaan pekerjaan laboratorium Nomor 3 di bagian fisika "Keadaan Padat" untuk siswa spesialisasi teknis dari semua bentuk studi
Krasnoyarsk 2012
pengulas
Kandidat Ilmu Fisika dan Matematika, Associate Professor O.N. Bandurina
(Universitas Dirgantara Negeri Siberia
dinamai akademisi M.F. Reshetnev)
Diterbitkan berdasarkan keputusan komisi metodologi TIK
Penentuan konstanta dielektrik semikonduktor. Pekerjaan laboratorium virtual No. 3 tentang fisika benda padat: Pedoman pelaksanaan pekerjaan laboratorium No. 3 pada bagian fisika “Padat” untuk mahasiswa teknik. spesialis. segala bentuk pendidikan / disusun oleh : A.M. Kharkov; Saudara. negara luar angkasa universitas. – Krasnoyarsk, 2012. – 21 hal.
Dirgantara Negara Siberia
Universitas dinamai akademisi M.F. Reshetneva, 2012
Pendahuluan…………………………………………………………………………………...4
Masuk ke pekerjaan laboratorium…………………………………………………...4
Persiapan pekerjaan laboratorium untuk pertahanan……………………………………...4
Penentuan konstanta dielektrik semikonduktor………..5
Teori Metode………………………………………………………………………………......5
Metodologi pengukuran konstanta dielektrik…………………..……..11
Pengolahan hasil pengukuran…………………..………………………16
Soal tes...............................................................................................17
Tes……………………………………………………………………….17
Referensi................................................................................................................20
Lampiran…………………………………………………………………………………21
PERKENALAN
Data pedoman berisi deskripsi pekerjaan laboratorium yang menggunakan model virtual dari mata kuliah “Fisika Padat”.
Masuk ke pekerjaan laboratorium:
Dilakukan oleh seorang guru secara berkelompok dengan survei pribadi terhadap setiap siswa. Untuk masuk:
1) Setiap mahasiswa terlebih dahulu menyiapkan catatan pribadinya untuk pekerjaan laboratorium ini;
2) Guru secara individu memeriksa format catatan dan mengajukan pertanyaan tentang teori, teknik pengukuran, pemasangan dan pengolahan hasil;
3) Siswa menjawab pertanyaan yang diajukan;
4) Guru mempersilakan siswa bekerja dan membubuhkan tanda tangannya pada catatan siswa.
Persiapan pekerjaan laboratorium untuk pertahanan:
Pekerjaan yang diselesaikan sepenuhnya dan dipersiapkan untuk pertahanan harus memenuhi persyaratan berikut:
Penyelesaian semua poin: semua perhitungan nilai yang diperlukan, semua tabel diisi tinta, semua grafik digambar, dll.
Jadwal harus memenuhi semua persyaratan guru.
Untuk semua nilai dalam tabel, satuan pengukuran yang sesuai harus ditulis.
Kesimpulan untuk setiap grafik dicatat.
Jawabannya ditulis dalam formulir yang ditentukan.
Kesimpulan berdasarkan jawaban dicatat.
PENENTUAN KONTINUITAS DIELEKTRIK SEMIKONDUKTOR
Teori metode
Polarisasi adalah kemampuan dielektrik untuk terpolarisasi di bawah pengaruh medan listrik, yaitu. mengubah lokasi partikel dielektrik bermuatan yang terhubung di ruang angkasa.
Properti yang paling penting dielektrik adalah kemampuannya untuk mempolarisasi secara elektrik, mis. di bawah pengaruh medan listrik, terjadi perpindahan terarah dari partikel atau molekul bermuatan dalam jarak terbatas. Di bawah pengaruh medan listrik, muatan molekul polar dan non-polar dipindahkan.
Ada lebih dari selusin berbagai jenis polarisasi. Mari kita lihat beberapa di antaranya:
1. Polarisasi elektronik adalah perpindahan orbit elektron relatif terhadap inti bermuatan positif. Itu terjadi di semua atom zat apa pun, mis. di semua dielektrik. Polarisasi elektronik terjadi dalam 10 -15 –10 -14 detik.
2. Polarisasi ionik– perpindahan ion-ion yang bermuatan berlawanan relatif satu sama lain dalam zat yang mempunyai ikatan ionik. Waktu pendiriannya adalah 10 -13 –10 -12 detik. Polarisasi elektronik dan ionik termasuk jenis polarisasi sesaat atau deformasi.
3. Polarisasi dipol atau orientasi karena orientasi dipol searah medan listrik. Dielektrik polar memiliki polarisasi dipol. Waktu pendiriannya adalah 10 -10 –10 -6 detik. Polarisasi dipol adalah salah satu jenis polarisasi lambat atau relaksasi.
4. Polarisasi migrasi diamati pada dielektrik tak homogen, di mana muatan listrik terakumulasi pada batas wilayah ketidakhomogenan. Proses pembentukan polarisasi migrasi sangat lambat dan dapat berlangsung dalam hitungan menit bahkan jam.
5. Polarisasi relaksasi ion disebabkan oleh perpindahan berlebihan ion-ion yang terikat lemah di bawah pengaruh medan listrik dalam jarak yang melebihi konstanta kisi. Polarisasi relaksasi ion memanifestasikan dirinya dalam beberapa hal zat kristal jika mengandung pengotor dalam bentuk ion atau kemasan kisi kristal yang longgar. Waktu pendiriannya adalah 10 -8 –10 -4 detik.
6. Polarisasi relaksasi elektronik muncul karena kelebihan “cacat” elektron atau “lubang” yang tereksitasi oleh energi panas. Jenis polarisasi ini biasanya menyebabkan konstanta dielektrik yang tinggi.
7. Polarisasi spontan– polarisasi spontan yang terjadi pada beberapa zat (misalnya garam Rochelle) dalam kisaran suhu tertentu.
8. Polarisasi dipol elastis terkait dengan rotasi elastis dipol melalui sudut kecil.
9. Polarisasi sisa– polarisasi yang bertahan lama pada beberapa zat (elektroda) setelah medan listrik dihilangkan.
10. Polarisasi resonansi. Jika frekuensi medan listrik mendekati frekuensi alami osilasi dipol, maka getaran molekul dapat meningkat, yang akan menyebabkan munculnya polarisasi resonansi pada dielektrik dipol. Polarisasi resonansi diamati pada frekuensi yang terletak di wilayah cahaya inframerah. Dielektrik nyata dapat memiliki beberapa jenis polarisasi secara bersamaan. Terjadinya satu atau beberapa jenis polarisasi ditentukan sifat fisik dan kimia zat dan rentang frekuensi yang digunakan.
Parameter utama:
ε – konstanta dielektrik– ukuran kemampuan suatu bahan untuk melakukan polarisasi; ini adalah besaran yang menunjukkan berapa kali gaya interaksi muatan listrik masuk bahan ini kurang dari pada ruang hampa. Sebuah medan muncul di dalam dielektrik, arahnya berlawanan dengan medan luar.
Kekuatan medan luar melemah dibandingkan dengan medan muatan yang sama dalam ruang hampa sebanyak ε kali, di mana ε adalah konstanta dielektrik relatif.
Jika ruang hampa antara pelat kapasitor digantikan oleh dielektrik, maka akibat polarisasi kapasitansi meningkat. Ini adalah dasar untuk definisi sederhana konstanta dielektrik:
di mana C 0 adalah kapasitansi kapasitor, di antara pelat-pelatnya terdapat ruang hampa.
C d adalah kapasitansi kapasitor yang sama dengan dielektrik.
Konstanta dielektrik medium isotropik ditentukan oleh hubungan:
(2)
dimana χ adalah kerentanan dielektrik.
D = tan δ – tangen rugi-rugi dielektrik
Kerugian dielektrik – hilangnya energi listrik yang disebabkan oleh aliran arus pada dielektrik. Perbedaan dibuat antara arus konduksi I sc.pr, yang disebabkan oleh adanya sejumlah kecil ion yang mudah bergerak dalam dielektrik, dan arus polarisasi. Dengan polarisasi elektronik dan ion, arus polarisasi disebut arus perpindahan I cm; berumur sangat pendek dan tidak direkam oleh instrumen. Arus yang berhubungan dengan jenis polarisasi lambat (relaksasi) disebut arus serapan I abs. Secara umum, arus total dalam dielektrik ditentukan sebagai: I = I abs + I sk.pr. Setelah polarisasi terbentuk, arus total akan sama dengan: I=I rms. Jika pada medan konstan timbul arus polarisasi pada saat tegangan dihidupkan dan dimatikan, dan arus total ditentukan sesuai dengan persamaan : I = I sk.pr, maka pada medan bolak-balik timbul arus polarisasi pada saat tegangan dihidupkan. perubahan polaritas tegangan. Akibatnya, rugi-rugi dielektrik dalam medan bolak-balik bisa menjadi signifikan, terutama jika setengah siklus tegangan yang diberikan mendekati waktu pembentukan polarisasi.
Pada Gambar. Gambar 1(a) menunjukkan rangkaian ekivalen kapasitor dengan dielektrik yang terletak pada rangkaian tegangan bolak-balik. Pada rangkaian ini, kapasitor dengan dielektrik nyata yang mempunyai rugi-rugi, diganti dengan kapasitor ideal C dengan resistansi aktif paralel R. Pada Gambar. Gambar 1(b) menunjukkan diagram vektor arus dan tegangan untuk rangkaian yang ditinjau, di mana U adalah tegangan dalam rangkaian; saya aku – arus aktif; I р – arus reaktif, yaitu 90° lebih cepat dari komponen aktif dalam fasa; Saya ∑ - arus total. Dalam hal ini: I а =I R =U/R dan I р =IC =ωCU, dimana ω adalah frekuensi melingkar dari medan bolak-balik.
Beras. 1. (a) – diagram; (b) – diagram vektor arus dan tegangan
Sudut kerugian dielektrik adalah sudut δ, yang melengkapi sudut pergeseran fasa φ hingga 90° antara arus I ∑ dan tegangan U dalam rangkaian kapasitif. Rugi-rugi dielektrik pada medan bolak-balik dicirikan oleh tangen rugi-rugi dielektrik: tan δ=I a /I r.
Nilai batas tangen rugi-rugi dielektrik untuk dielektrik frekuensi tinggi tidak boleh melebihi (0,0001 - 0,0004), dan untuk dielektrik frekuensi rendah - (0,01 - 0,02).
Ketergantungan ε dan tan δ pada suhu T dan frekuensi ω
Parameter dielektrik bahan bergantung pada suhu dan frekuensi pada tingkat yang berbeda-beda. Jumlah besar bahan dielektrik tidak memungkinkan kita untuk mencakup fitur dari semua ketergantungan pada faktor-faktor ini.
Oleh karena itu, pada Gambar. 2 (a, b) menggambarkan kecenderungan umum yang menjadi ciri beberapa kelompok utama, yaitu. Ketergantungan khas konstanta dielektrik ε pada suhu T (a) dan frekuensi ω (b) diberikan.
Beras. 2. Ketergantungan frekuensi bagian nyata (εʹ) dan imajiner (εʺ) dari konstanta dielektrik dengan adanya mekanisme relaksasi orientasi
Konstanta dielektrik kompleks. Dengan adanya proses relaksasi, akan lebih mudah untuk menulis konstanta dielektrik dalam bentuk kompleks. Jika rumus Debye valid untuk polarisasi:
(3)
dimana τ adalah waktu relaksasi, α 0 adalah polarisasi orientasi statistik. Kemudian, dengan asumsi field lokal sama dengan field eksternal, kita memperoleh (di SGS):
Grafik ketergantungan εʹ dan εʺ pada produk ωτ ditunjukkan pada Gambar. 2. Perhatikan bahwa penurunan εʹ (bagian nyata dari ε) terjadi mendekati maksimum εʺ (bagian imajiner dari ε).
Variasi εʹ dan εʺ dengan frekuensi ini merupakan contoh umum dari hasil yang lebih umum, yang menyatakan bahwa εʹ(ω) pada frekuensi juga memerlukan ketergantungan εʺ(ω) pada frekuensi. Dalam sistem SI, 4π harus diganti dengan 1/ε 0.
Di bawah pengaruh medan yang diterapkan, molekul dalam dielektrik non-polar terpolarisasi, menjadi dipol dengan momen dipol terinduksi μ Dan, sebanding dengan kekuatan medan:
(5)
Dalam dielektrik polar, momen dipol molekul polar μ umumnya sama dengan jumlah vektor μ 0-nya sendiri dan μ yang diinduksi Dan momen:
(6)
Kuat medan yang dihasilkan oleh dipol tersebut sebanding dengan momen dipol dan berbanding terbalik dengan pangkat tiga jarak.
Untuk bahan non polar biasanya ε = 2 – 2,5 dan tidak bergantung pada frekuensi sampai dengan ω ≈10 12 Hz. Ketergantungan pada suhu disebabkan oleh fakta bahwa ketika berubah, dimensi linier padatan dan volume dielektrik cair dan gas berubah, yang mengubah jumlah molekul n per satuan volume.
dan jarak di antara mereka. Menggunakan hubungan yang diketahui dari teori dielektrik F=n\μ Dan Dan F=ε 0 (ε - 1)E, Di mana F– polarisasi material, untuk dielektrik non-polar kita mempunyai:
(7)
Ketika E=const juga μ Dan= konstanta dan perubahan suhu ε hanya disebabkan oleh perubahan n, yang merupakan fungsi linier dari suhu Θ, ketergantungan ε = ε(Θ) juga linier. Untuk dielektrik polar tidak ada ketergantungan analitis, dan biasanya digunakan ketergantungan empiris.
1) Dengan meningkatnya suhu, volume dielektrik meningkat dan konstanta dielektrik sedikit menurun. Penurunan ε terutama terlihat selama periode pelunakan dan peleburan dielektrik non-polar, ketika volumenya meningkat secara signifikan. Karena frekuensi sirkulasi elektron yang tinggi dalam orbit (sekitar 10 15 –10 16 Hz), waktu untuk mencapai keadaan setimbang polarisasi elektronik sangat singkat dan permeabilitas dielektrik non-polar tidak bergantung pada frekuensi medan di rentang frekuensi yang umum digunakan (hingga 10 12 Hz).
2) Ketika suhu meningkat, ikatan antara masing-masing ion melemah, yang memfasilitasi interaksi mereka di bawah pengaruh medan eksternal dan ini menyebabkan peningkatan polarisasi ion dan konstanta dielektrik ε. Karena singkatnya waktu yang diperlukan untuk membentuk keadaan polarisasi ion (sekitar 10 13 Hz, yang sesuai dengan frekuensi getaran alami ion dalam kisi kristal), perubahan frekuensi medan eksternal dalam rentang operasi konvensional praktis tidak berpengaruh. berpengaruh pada nilai ε dalam bahan ionik.
3) Konstanta dielektrik dielektrik polar sangat bergantung pada suhu dan frekuensi medan luar. Dengan meningkatnya suhu, mobilitas partikel meningkat dan energi interaksi di antara mereka berkurang, yaitu. orientasinya difasilitasi di bawah pengaruh medan eksternal - polarisasi dipol dan peningkatan konstanta dielektrik. Namun proses ini hanya berlanjut sampai suhu tertentu. Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, permeabilitas ε menurun. Karena orientasi dipol terhadap arah medan dilakukan dalam proses gerak termal dan melalui gerak termal, pembentukan polarisasi memerlukan waktu yang cukup lama. Waktu ini sangat lama sehingga dalam medan bolak-balik berfrekuensi tinggi, dipol tidak mempunyai waktu untuk menyesuaikan diri sepanjang medan, dan permeabilitas ε menurun.
Metodologi untuk mengukur konstanta dielektrik
Kapasitas kapasitor. Kapasitor- ini adalah sistem dua konduktor (pelat) yang dipisahkan oleh dielektrik, yang ketebalannya kecil dibandingkan dimensi linier konduktor. Misalnya, dua pelat logam datar, disusun secara paralel dan dipisahkan oleh lapisan dielektrik, membentuk kapasitor (Gbr. 3).
Jika pelat-pelat kapasitor datar diberi muatan yang besarnya sama dan tandanya berlawanan, maka kuat medan listrik antar pelat akan dua kali lebih kuat dari kuat medan satu pelat:
(8)
dimana ε adalah konstanta dielektrik dari dielektrik yang mengisi ruang antar pelat.
Besaran fisis ditentukan oleh perbandingan muatan Q salah satu pelat kapasitor terhadap beda potensial antara pelat kapasitor disebut kapasitansi kapasitor:
(9)
Satuan SI untuk kapasitas listrik – Farad(F). Sebuah kapasitor dengan kapasitas 1 F mempunyai beda potensial antara pelat-pelatnya sebesar 1 V bila muatan-muatan berbeda sebesar 1 C diberikan ke pelat-pelat tersebut: 1 F = 1 C/1 V.
Kapasitansi kapasitor pelat sejajar. Rumus untuk menghitung kapasitas listrik kapasitor datar dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (8). Faktanya, kekuatan medan adalah: E= φ/εε 0 = q/εε 0 S, Di mana S– luas pelat. Karena medannya seragam, maka beda potensial antara pelat-pelat kapasitor adalah: φ 1 – φ 2 = Ed = qd/εε 0 S, Di mana D– jarak antar pelat. Mengganti rumus (9), kita memperoleh ekspresi kapasitas listrik kapasitor datar:
(10)
Di mana ε 0 – konstanta dielektrik udara; S– luas pelat kapasitor, S = hal, Di mana H– lebar pelat, aku– panjangnya; D– jarak antara pelat kapasitor.
Persamaan (10) menunjukkan bahwa kapasitas listrik kapasitor dapat diperbesar dengan bertambahnya luas S sampulnya, mengurangi jarak D antara keduanya dan penggunaan dielektrik dengan nilai konstanta dielektrik ε yang besar.
Beras. 3. Kapasitor dengan dielektrik ditempatkan di dalamnya
Jika pelat dielektrik diletakkan di antara pelat kapasitor, maka kapasitansi kapasitor akan berubah. Pilihan untuk menempatkan pelat dielektrik di antara pelat kapasitor harus dipertimbangkan.
Mari kita nyatakan: D c – ketebalan celah udara, D m – ketebalan pelat dielektrik, aku B adalah panjang bagian udara kapasitor, aku m adalah panjang bagian kapasitor yang diisi dielektrik, ε m adalah konstanta dielektrik bahan. Mengingat bahwa aku = aku di + aku m, sebuah D = D di + D m, maka opsi ini dapat dipertimbangkan untuk kasus berikut:
Jika aku di = 0, D pada = 0 kita memiliki kapasitor dengan dielektrik padat:
(11)
Dari persamaan elektrodinamika makroskopis klasik, berdasarkan persamaan Maxwell, berikut ini bahwa ketika dielektrik ditempatkan dalam medan bolak-balik lemah, yang bervariasi menurut hukum harmonik dengan frekuensi ω, tensor permitivitas kompleks berbentuk:
(12)
dimana σ adalah konduktivitas optik suatu zat, εʹ adalah konstanta dielektrik suatu zat, terkait dengan polarisasi dielektrik. Ekspresi (12) dapat direduksi menjadi tampilan selanjutnya:
dimana suku imajiner bertanggung jawab atas rugi-rugi dielektrik.
Dalam praktiknya, C diukur - kapasitansi sampel berbentuk seperti kapasitor datar. Kapasitor ini dicirikan oleh tangen rugi-rugi dielektrik:
tgδ=ωCR c (14)
atau faktor kualitas:
Q c =1/ tanδ (15)
di mana R c adalah resistansi, terutama bergantung pada rugi-rugi dielektrik. Ada beberapa metode untuk mengukur karakteristik ini: berbagai metode jembatan, pengukuran dengan konversi parameter yang diukur ke dalam interval waktu, dll. .
Saat mengukur kapasitansi C dan tangen kerugian dielektrik D = tanδ, pekerjaan ini menggunakan teknik yang dikembangkan oleh perusahaan GOOD WILL INSTRUMENT Co Ltd. Pengukuran dilakukan pada alat pengukur immittance presisi - LCR-819-RLC. Perangkat ini memungkinkan Anda mengukur kapasitansi dalam kisaran 20 pF–2,083 mF, tangen rugi-rugi dalam kisaran 0,0001–9999, dan menerapkan bidang bias. Bias internal hingga 2 V, bias eksternal hingga 30 V. Akurasi pengukuran 0,05%. Frekuensi sinyal uji 12 Hz -100 kHz.
Dalam penelitian ini, pengukuran dilakukan pada frekuensi 1 kHz pada kisaran suhu 77 K< T < 270 К в нулевом магнитном поле и в поле 5 kOe. Образцы для измерений имели форму параллелепипеда с размерами 2*3*4 мм (х=0.1), где d = 2 мм – толщина образца, площадь грани S = 3*4 мм 2 .
Untuk mendapatkan ketergantungan suhu, sel dengan sampel ditempatkan dalam aliran pendingin (nitrogen) yang melewati penukar panas, yang suhunya diatur oleh pemanas. Suhu pemanas dikontrol oleh termostat. Umpan balik dari pengukur suhu ke termostat memungkinkan Anda mengatur kecepatan pengukuran suhu atau menstabilkannya. Termokopel digunakan untuk mengontrol suhu. Pada percobaan ini, suhu berubah dengan kecepatan 1 derajat/menit. Metode ini memungkinkan Anda mengukur suhu dengan kesalahan 0,1 derajat.
Sel pengukur dengan sampel yang melekat padanya ditempatkan dalam cryostat aliran. Sel dihubungkan ke meteran LCR dengan kabel berpelindung melalui konektor di tutup cryostat. Cryostat ditempatkan di antara kutub elektromagnet FL-1. Catu daya magnet memungkinkan Anda memperoleh medan magnet hingga 15 kOe. Untuk mengukur kekuatan medan magnet H, digunakan sensor Hall yang distabilkan secara termal dengan unit elektronik. Untuk menstabilkan medan magnet, terdapat umpan balik antara catu daya dan pengukur medan magnet.
Nilai terukur kapasitansi C dan tangen rugi D = tan δ berhubungan dengan nilai besaran fisis yang diinginkan εʹ dan εʺ melalui hubungan berikut:
(16)
(17)
| № | C(pF) | Kembali(ε’) | T (°K) | tan δ | Qc | Saya (ε”) | ω (Hz) | σ (ω) |
| 3,805 | 71,66 | 0,075 | 13,33 | 5,375 | 10 3 | |||
| 3,838 | 0,093 | |||||||
| 3,86 | 0,088 | |||||||
| 3,849 | 0,094 | |||||||
| 3,893 | 0,106 | |||||||
| 3,917 | 0,092 | |||||||
| 3,951 | 0,103 | |||||||
| 3,824 | 0,088 | |||||||
| 3,873 | 0,105 | |||||||
| 3,907 | 0,108 | |||||||
| 3,977 | 0,102 | |||||||
| 4,031 | 0,105 | |||||||
| 4,062 | 0,132 | |||||||
| 4,144 | 0,109 | |||||||
| 4,24 | 0,136 | |||||||
| 4,435 | 0,175 | |||||||
| 4,553 | 0,197 | |||||||
| 4,698 | 0,233 | |||||||
| 4,868 | 0,292 | |||||||
| 4,973 | 0,361 | |||||||
| 5,056 | 0,417 | |||||||
| 5,164 | 0,491 | |||||||
| 5,246 | 0,552 | |||||||
| 5,362 | 0,624 | |||||||
| 5,453 | 0,703 | |||||||
| 5,556 | 0,783 | |||||||
| 5,637 | 0,867 | |||||||
| 5,738 | 0,955 | |||||||
| 5,826 | 1,04 | |||||||
| 5,902 | 1,136 |
Tabel No.1. Gd x Mn 1-x S, (x=0,1).
Permeabilitas listrik
Permitivitas listrik adalah nilai yang mencirikan kapasitansi dielektrik yang ditempatkan di antara pelat kapasitor. Seperti diketahui, kapasitansi kapasitor pelat datar bergantung pada luas pelat (th wilayah yang lebih besar pelat, semakin besar kapasitansinya), jarak antar pelat atau tebal dielektriknya (semakin tebal dielektriknya, semakin kecil kapasitansinya), serta pada bahan dielektrik yang ciri-cirinya adalah permeabilitas listrik.
Secara numerik, permitivitas listrik sama dengan rasio kapasitansi kapasitor dengan dielektrik kapasitor udara yang sama. Untuk membuat kapasitor kompak, perlu menggunakan dielektrik dengan permitivitas listrik yang tinggi. Permitivitas listrik sebagian besar dielektrik adalah beberapa satuan.
Dielektrik dengan permeabilitas listrik tinggi dan sangat tinggi telah diperoleh dalam teknologi. Bagian utamanya adalah rutil (titanium dioksida).
Gambar 1. Permeabilitas listrik medium
Sudut kerugian dielektrik
Dalam artikel "Dielektrik" kami melihat contoh penyertaan dielektrik dalam rangkaian DC dan AC. Ternyata dielektrik nyata, ketika beroperasi medan listrik dihasilkan oleh tegangan bolak-balik, energi panas dilepaskan. Daya yang diserap dalam hal ini disebut rugi-rugi dielektrik. Pada artikel “Rangkaian arus bolak-balik yang mengandung kapasitansi” akan dibuktikan bahwa pada dielektrik ideal arus kapasitif mendahului tegangan dengan sudut kurang dari 90°. Dalam dielektrik nyata, arus kapasitif memimpin tegangan dengan sudut kurang dari 90°. Penurunan sudut dipengaruhi oleh arus bocor atau disebut arus konduksi.
Selisih antara 90° dan sudut pergeseran antara tegangan dan arus yang mengalir pada suatu rangkaian dengan dielektrik nyata disebut sudut rugi-rugi dielektrik atau sudut rugi-rugi dan dilambangkan dengan δ (delta). Lebih sering, bukan sudut itu sendiri yang ditentukan, tetapi garis singgung sudut ini -tan δ.
Telah ditetapkan bahwa rugi-rugi dielektrik sebanding dengan kuadrat tegangan, frekuensi arus bolak-balik, kapasitansi kapasitor dan garis singgung sudut rugi-rugi dielektrik.
Akibatnya, semakin besar tangen rugi-rugi dielektrik, tan δ, semakin besar pula rugi-rugi energi pada dielektrik, maka semakin buruk bahan dielektrik tersebut. Bahan dengan tg δ yang relatif besar (antara 0,08 - 0,1 atau lebih) merupakan isolator yang buruk. Bahan dengan tan δ yang relatif kecil (sekitar 0,0001) merupakan isolator yang baik.
- menentukan kuat medan listrik dalam ruang hampa;
- termasuk dalam ekspresi beberapa hukum elektromagnetisme, termasuk hukum Coulomb, bila ditulis dalam bentuk yang sesuai dengan Sistem Satuan Internasional.
Konstanta dielektrik memberikan hubungan antara konstanta dielektrik relatif dan absolut. Hal ini juga termasuk dalam notasi hukum Coulomb:
Lihat juga
Catatan
Literatur
Tautan
Yayasan Wikimedia.
2010.
Lihat apa itu “Konstanta dielektrik” di kamus lain: konstanta dielektrik
- konstanta dielektrik - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Kamus Teknik Elektro dan Teknik Tenaga Inggris-Rusia, Moskow, 1999] Topik Teknik Elektro, Konsep Dasar Sinonim Konstanta Dielektrik... ... - (sebutan e0), kuantitas fisik , menunjukkan rasio gaya yang bekerja di antara keduanya muatan listrik dalam ruang hampa dengan ukuran muatan tersebut dan jarak antar muatan. Awalnya indikator ini disebut DIELECTRIC... ...
Lihat apa itu “Konstanta dielektrik” di kamus lain: Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis
Lihat apa itu “Konstanta dielektrik” di kamus lain:- konstanta dielektrik absolut (untuk zat isotropik); industri konstanta dielektrik Besaran skalar yang mencirikan sifat listrik suatu dielektrik dan sama dengan rasio perpindahan listrik di dalamnya terhadap tegangan... ...
- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. konstanta dielektrik; permitivitas vok. dielektrische Leitfähigkeit, f; Dielektrizitätskonstante, f; Izin, untuk rus. konstanta dielektrik, f; konstanta dielektrik ... Fizikos terminų žodynas Nama usang untuk konstanta dielektrik (Lihat Konstanta dielektrik) ...
Ensiklopedia Besar Soviet Konstanta dielektrik ε untuk beberapa cairan (pada 20°C) - Pelarut ε Aseton 21,5 Benzena 2,23 Air 81,0 ...
Buku referensi kimia konstanta dielektrik awal - - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Kamus Teknik Elektro dan Teknik Tenaga Inggris-Rusia, Moskow, 1999] Topik Teknik Elektro, Konsep Dasar EN Konstanta Dielektrik Awal ...
Panduan Penerjemah Teknis konstanta dielektrik relatif - - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Kamus Teknik Elektro dan Teknik Tenaga Inggris-Rusia, Moskow, 1999] Topik Teknik Elektro, Konsep Dasar EN Konstanta Dielektrik Awal ...
- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Kamus Teknik Elektro dan Teknik Tenaga Inggris-Rusia, Moskow, 1999] Topik Teknik Elektro, Konsep Dasar EN Permitivitas Relatif Konstanta Dielektrik Relatif ...- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Kamus Teknik Elektro dan Teknik Tenaga Inggris-Rusia, Moskow, 1999] Topik Teknik Elektro, Konsep Dasar EN Kemampuan Pertukaran Simultan SIC ... - - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Kamus Teknik Elektro dan Teknik Tenaga Inggris-Rusia, Moskow, 1999] Topik Teknik Elektro, Konsep Dasar EN Konstanta Dielektrik Awal ...
permitivitas- konstanta dielektrik absolut; industri konstanta dielektrik Besaran skalar yang mencirikan sifat kelistrikan suatu dielektrik, sama dengan perbandingan besar perpindahan listrik dengan besar kuat medan listrik ... Kamus Penjelasan Terminologi Politeknik
Tahukah kamu
Apa yang dimaksud dengan eksperimen pikiran, eksperimen gedanken?
Ini adalah praktik yang tidak ada, sebuah pengalaman dunia lain, sebuah imajinasi tentang sesuatu yang sebenarnya tidak ada. Eksperimen pikiran seperti mimpi saat bangun tidur. Mereka melahirkan monster. Berbeda dengan eksperimen fisik, yang merupakan uji eksperimental hipotesis, “eksperimen pikiran” secara ajaib menggantikan pengujian eksperimen dengan kesimpulan yang diinginkan namun belum teruji dalam praktik, memanipulasi konstruksi logika yang sebenarnya melanggar logika itu sendiri dengan menggunakan premis-premis yang belum terbukti sebagai premis yang terbukti, yaitu adalah, dengan substitusi. Dengan demikian, tugas utama pemohon “eksperimen pikiran” adalah menipu pendengar atau pembaca dengan mengganti eksperimen fisik nyata dengan “bonekanya” - penalaran fiktif dengan pembebasan bersyarat tanpa verifikasi fisik itu sendiri.
Mengisi fisika dengan “eksperimen pemikiran” imajiner telah menyebabkan munculnya gambaran dunia yang absurd, nyata, dan membingungkan. Seorang peneliti sejati harus membedakan “bungkus permen” tersebut dari nilai sebenarnya.
Penganut relativis dan positivis berpendapat bahwa “eksperimen pemikiran” adalah alat yang sangat berguna untuk menguji konsistensi teori (yang juga muncul dalam pikiran kita). Dalam hal ini mereka menipu masyarakat, karena verifikasi apapun hanya dapat dilakukan oleh sumber yang tidak tergantung pada objek verifikasi. Pemohon hipotesis itu sendiri tidak dapat menguji pernyataannya sendiri, karena alasan pernyataan itu sendiri adalah tidak adanya kontradiksi dalam pernyataan yang terlihat oleh pemohon.
Hal ini kita lihat pada contoh SRT dan GTR yang berubah menjadi semacam agama yang mengontrol ilmu pengetahuan dan opini publik. Fakta-fakta yang bertentangan dengannya tidak dapat mengatasi rumus Einstein: “Jika suatu fakta tidak sesuai dengan teori, ubahlah faktanya” (Dalam versi lain, “Apakah fakta tersebut tidak sesuai dengan teori? - Jauh lebih buruk dari fakta tersebut) ”).
Maksimum yang dapat diklaim oleh “eksperimen pemikiran” hanyalah konsistensi internal hipotesis dalam kerangka logika pemohon sendiri, yang seringkali tidak benar. Hal ini tidak menguji kepatuhan terhadap praktik. Verifikasi nyata hanya dapat dilakukan dalam eksperimen fisik yang sebenarnya.
Eksperimen adalah eksperimen karena bukan penyempurnaan pemikiran, melainkan ujian pemikiran. Sebuah pemikiran yang konsisten dengan dirinya sendiri tidak dapat memverifikasi dirinya sendiri. Hal ini dibuktikan oleh Kurt Gödel.
