Dielektrik sabiti 6. Dielektrik sabitini ölçme yöntemi

DİELEKTRİK SÜREKLİLİK, E yoğunluğundaki bir elektrik alanının etkisi altında dielektriklerin polarizasyonunu karakterize eden bir ε değeri. Dielektrik sabiti Coulomb yasasında, bir dielektrikteki iki serbest yük arasındaki etkileşim kuvvetinin, vakumdakinden kaç kat daha az olduğunu gösteren bir miktar olarak yer alır. Etkileşimin zayıflaması, ortamın polarizasyonu sonucu oluşan bağlı yüklerin serbest yükleri perdelemesinden kaynaklanmaktadır. Bağlı yükler, genel olarak elektriksel olarak nötr bir ortamda yüklerin (elektronlar, iyonlar) mikroskobik uzaysal yeniden dağılımının bir sonucu olarak ortaya çıkar.

SI sistemindeki izotropik bir ortamda polarizasyon vektörleri P, elektrik alan kuvveti E ve elektrik indüksiyonu D arasındaki ilişki şu şekildedir:

burada ε 0 elektrik sabitidir. Dielektrik sabiti ε'nin değeri yapıya ve kimyasal bileşim maddelerin yanı sıra basınç, sıcaklık ve diğer dış koşullar (tablo).

Gazlar için değeri 1'e yakındır, sıvılar ve katılar için birkaç birimden birkaç onluğa kadar değişir ve ferroelektrikler için 10 4'e ulaşabilir. ε değerlerinin bu dağılımı, farklı dielektriklerde meydana gelen farklı polarizasyon mekanizmalarından kaynaklanmaktadır.

Klasik mikroskobik teori, polar olmayan dielektriklerin dielektrik sabiti için yaklaşık bir ifadeye yol açar:

burada n i, i tipi atomların, iyonların veya moleküllerin konsantrasyonudur, α i bunların polarize edilebilirliğidir, β i, kristalin veya maddenin yapısal özelliklerinden dolayı iç alan faktörü olarak adlandırılır. Dielektrik sabiti 2-8 aralığında olan çoğu dielektrik için β = 1/3. Tipik olarak, dielektrik sabiti, dielektrikin elektriksel bozulmasına kadar uygulanan elektrik alanının büyüklüğünden pratik olarak bağımsızdır. Bazı metal oksitlerin ve diğer bileşiklerin yüksek ε değerleri, E alanının etkisi altında, pozitif ve negatif iyonların alt örgülerinin zıt yönlerde toplu olarak yer değiştirmesine izin veren yapılarının özelliklerinden kaynaklanmaktadır. kristal sınırında önemli bağlı yüklerin oluşumu.

Bir elektrik alanı uygulandığında dielektrikteki polarizasyon süreci anında gelişmez, ancak belirli bir τ (gevşeme süresi) süresi boyunca gelişir. E alanı, ω frekansına sahip bir harmonik yasaya göre t zamanında değişirse, o zaman dielektrik polarizasyonunun onu takip edecek zamanı yoktur ve P ve E salınımları arasında bir faz farkı δ belirir. Karmaşık genlikler yöntemini kullanarak P ve E'nin salınımlarını açıklarken, dielektrik sabiti karmaşık bir miktar olarak temsil edilir:

ε = ε’ + iε",

ayrıca ε' ve ε", ω ve τ'ye bağlıdır ve ε"/ε' = tan δ oranı ortamdaki dielektrik kayıpları belirler. Faz kayması δ, τ oranına ve alan periyoduna T = 2π/ω bağlıdır. τ'da<< 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 (yüksek frekanslar), polarizasyon değişime ayak uyduramaz Ε, δ → π ve ε' bu durumda ε (∞) anlamına gelir (polarizasyon mekanizması “kapalıdır”). ε (0) > ε (∞) olduğu açıktır ve alternatif alanlarda dielektrik sabiti ω'nin bir fonksiyonu olarak ortaya çıkar. ω = l/τ civarında, ε' ε (0)'dan ε (∞)'ye (dağılım bölgesi) değişir ve tanδ(ω) bağımlılığı bir maksimumdan geçer.

Dağılım bölgesindeki ε'(ω) ve tanδ(ω) bağımlılıklarının doğası polarizasyon mekanizması tarafından belirlenir. Bağlı yüklerin elastik yer değiştirmesi ile iyonik ve elektronik polarizasyon durumunda, E alanının kademeli olarak dahil edilmesiyle P(t)'deki değişim, sönümlü salınım karakterine sahiptir ve ε'(ω) ve tanδ(ω) bağımlılıklarına denir. rezonans. Yönelimsel polarizasyon durumunda, P(t)'nin oluşumu üsteldir ve ε'(ω) ve tanδ(ω) bağımlılıklarına gevşeme adı verilir.

Dielektrik polarizasyonu ölçmeye yönelik yöntemler, elektriksel polarizasyon arasındaki etkileşim olgusuna dayanmaktadır. manyetik alan madde parçacıklarının elektrik dipol momentleriyle ilişkilidir ve farklı frekanslar için farklıdır. ω ≤ 10 8 Hz'deki çoğu yöntem, incelenen dielektrikle doldurulmuş bir ölçüm kapasitörünün şarj edilmesi ve boşaltılması işlemine dayanmaktadır. Daha yüksek frekanslarda dalga kılavuzu, rezonans, çoklu frekans ve diğer yöntemler kullanılır.

Bazı dielektriklerde, örneğin ferroelektriklerde, P ile E [P = ε 0 (ε ‒ 1)E] arasındaki ve dolayısıyla D ile E arasındaki orantısal ilişki, pratikte elde edilen sıradan elektrik alanlarında zaten ihlal edilmiştir. Resmi olarak bu, ε(Ε) ≠ const bağımlılığı olarak tanımlanır. Bu durumda önemli elektriksel özellikler dielektrik, diferansiyel dielektrik sabitidir:

Doğrusal olmayan dielektriklerde, ε diff değeri genellikle güçlü bir sabit alanın eşzamanlı uygulanmasıyla zayıf alternatif alanlarda ölçülür ve değişken bileşen ε diff, tersinir dielektrik sabiti olarak adlandırılır.

Aydınlatılmış. Sanat'a bakın. Dielektrikler.

3 No'lu SANAL LABORATUVAR ÇALIŞMASI

KATI HAL FİZİĞİ

Uygulama yönergeleri laboratuvar işi Her türlü eğitimin teknik uzmanlık öğrencileri için “Katı Hal” fiziği bölümünde 3 numara

Krasnoyarsk 2012

İnceleyen

Fiziksel ve Matematik Bilimleri Adayı, Doçent O.N. Bandurina

(Sibirya Devlet Havacılık ve Uzay Üniversitesi

Akademisyen M.F. Reşetnev)

BİT metodoloji komisyonunun kararıyla yayınlandı

Yarı iletkenlerin dielektrik sabitinin belirlenmesi. Katı hal fiziği üzerine 3 numaralı sanal laboratuvar çalışması: Teknik öğrenciler için “Katı Hal” fiziği bölümünde 3 numaralı laboratuvar çalışmasının gerçekleştirilmesine ilişkin yönergeler. uzman. her türlü eğitim / derleyen: A.M. Kharkiv; Kardeşim. durum havacılık üniversite – Krasnoyarsk, 2012. – 21 s.

Sibirya Devlet Havacılık

Akademisyen M.F.'nin adını taşıyan üniversite Reşetneva, 2012

Giriş…………………………………………………………………………………………4

Laboratuvar çalışmalarına kabul………………………………………………………4

Savunmaya yönelik laboratuvar çalışmalarının hazırlanması………………………………………4

Yarı iletkenlerin dielektrik sabitinin belirlenmesi…………..5

Yöntemin teorisi…………………………………………………………………………………….5

Dielektrik sabitini ölçme metodolojisi…………………..……..11

Ölçüm sonuçlarının işlenmesi………………………..………………………16

Test soruları…………..………………………………………………….17

Test……………………………………………………………………………….17

Referanslar…………………………………………………………………………………20

Ek………………………………………………………………………………………21

GİRİİŞ

Veri yönergeler“Katı Hal Fiziği” dersinden sanal modellerin kullanıldığı laboratuvar çalışmalarının açıklamalarını içerir.

Laboratuvar çalışmalarına kabul:

Gruplar halinde bir öğretmen tarafından her öğrenciye kişisel bir anket uygulanır. Kabul için:

1) Her öğrenci öncelikle bu laboratuvar çalışması için kişisel notlarını hazırlar;

2) Öğretmen notların formatını bireysel olarak kontrol eder ve teori, ölçüm teknikleri, sonuçların kurulumu ve işlenmesi hakkında sorular sorar;

3) Öğrenci cevaplar sorulan sorular;

4) Öğretmen öğrencinin çalışmasına izin verir ve öğrencinin notlarına imza atar.

Savunmaya yönelik laboratuvar çalışmalarının hazırlanması:

Tamamen tamamlanan ve savunmaya hazırlanan çalışma aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:

Tüm noktaların tamamlanması: gerekli değerlerin tüm hesaplamaları, mürekkeple doldurulmuş tüm tablolar, çizilen tüm grafikler vb.

Programlar öğretmenin tüm gereksinimlerini karşılamalıdır.

Tablolardaki tüm değerler için ilgili ölçü birimi yazılmalıdır.

Her grafiğin sonuçları kaydedildi.

Cevap öngörülen biçimde yazılmıştır.

Cevaplara dayalı sonuçlar kaydedildi.

YARI İLETKENLERİN DİELEKTRİK SÜREKLİLİK TAYİNİ

Yöntemin teorisi

Polarizasyon bir dielektrik maddenin bir elektrik alanının etkisi altında polarize olma yeteneğidir, yani. Bağlı yüklü dielektrik parçacıkların uzaydaki yerini değiştirir.

En önemli mülk dielektrikler elektriksel olarak polarize olma yetenekleridir, yani. bir elektrik alanının etkisi altında, sınırlı bir mesafe boyunca yüklü parçacıkların veya moleküllerin yönlendirilmiş bir yer değiştirmesi meydana gelir. Bir elektrik alanının etkisi altında hem polar hem de polar olmayan moleküllerdeki yükler yer değiştirir.

Bir düzineden fazla var çeşitli türler kutuplaşma. Bunlardan bazılarına bakalım:

1. Elektronik polarizasyon pozitif yüklü bir çekirdeğe göre elektron yörüngelerinin yer değiştirmesidir. Herhangi bir maddenin tüm atomlarında meydana gelir, yani. tüm dielektriklerde. Elektronik polarizasyon 10 -15 –10 -14 saniye içerisinde kurulur.

2. İyonik polarizasyon– iyonik bağa sahip maddelerde zıt yüklü iyonların birbirine göre yer değiştirmesi. Kuruluş süresi 10 -13 –10 -12 sn'dir. Elektronik ve iyonik polarizasyon, polarizasyonun anlık veya deformasyon türleri arasındadır.

3. Dipol veya oryantasyon polarizasyonu dipollerin elektrik alanı yönünde yönlendirilmesinden dolayı. Polar dielektrikler dipol polarizasyona sahiptir. Kuruluş süresi 10 -10 –10 -6 sn'dir. Dipol polarizasyonu, yavaş veya gevşeme polarizasyon türlerinden biridir.

4. Göç kutuplaşması Homojen olmayan bölgenin sınırında elektrik yüklerinin biriktiği homojen olmayan dielektriklerde gözlenir. Göç kutuplaşmasını oluşturma süreçleri çok yavaştır ve dakikalar, hatta saatler sürebilir.

5. İyon gevşeme polarizasyonu kafes sabitini aşan mesafeler boyunca bir elektrik alanının etkisi altında zayıf bağlı iyonların aşırı transferinden kaynaklanır. İyon gevşeme polarizasyonu bazı durumlarda kendini gösterir. kristal maddeler iyon şeklinde yabancı maddeler veya kristal kafesin gevşek bir şekilde paketlenmesi durumunda. Kuruluş süresi 10 -8 –10 -4 sn'dir.

6. Elektronik gevşeme polarizasyonu aşırı “kusurlu” elektronlar veya termal enerji tarafından uyarılan “delikler” nedeniyle ortaya çıkar. Bu tür polarizasyon genellikle yüksek bir dielektrik sabitine neden olur.

7. Kendiliğinden polarizasyon– belirli bir sıcaklık aralığında bazı maddelerde (örneğin Rochelle tuzu) meydana gelen kendiliğinden polarizasyon.

8. Elastik-dipol polarizasyonu dipollerin küçük açılardan elastik dönüşüyle ilişkilidir.

9. Artık polarizasyon– elektrik alanı kaldırıldıktan sonra bazı maddelerde (elektretlerde) uzun süre kalan polarizasyon.

10. Rezonans polarizasyonu. Elektrik alanının frekansı, dipollerin salınımlarının doğal frekansına yakınsa, moleküllerin titreşimleri artabilir ve bu, dipol dielektrikte rezonans polarizasyonunun ortaya çıkmasına yol açacaktır. Kızılötesi ışık bölgesinde bulunan frekanslarda rezonans polarizasyonu gözlemlenir. Gerçek bir dielektrik aynı anda birkaç tür polarizasyona sahip olabilir. Bir veya başka tür kutuplaşmanın oluşumu belirlenir fiziksel ve kimyasal özellikler maddeler ve kullanılan frekans aralığı.

Ana parametreler:

ε – dielektrik sabiti– bir malzemenin polarizasyon yeteneğinin bir ölçüsü; bu, elektrik yüklerinin etkileşim kuvvetinin kaç kat olduğunu gösteren bir miktardır. bu materyal boşlukta olduğundan daha azdır. Dielektrik içinde, dış alana zıt yönde bir alan belirir.

Dış alan kuvveti, aynı yüklerin vakumdaki alanına kıyasla ε katı kadar zayıflar; burada ε, bağıl dielektrik sabitidir.

Kapasitör plakaları arasındaki vakumun yerini bir dielektrik alırsa, polarizasyon sonucunda kapasitans artar. Bu, dielektrik sabitinin basit bir tanımının temelidir:

burada C 0, plakalar arasında vakum bulunan kapasitörün kapasitansıdır.

Cd, aynı kapasitörün bir dielektrikle kapasitansıdır.

İzotropik bir ortamın dielektrik sabiti ε aşağıdaki ilişkiyle belirlenir:

(2)

burada χ dielektrik duyarlılığıdır.

D = tan δ – dielektrik kayıp tanjantı

Dielektrik kayıpları – dielektriklerdeki akım akışından kaynaklanan elektrik enerjisi kayıpları. Dielektriklerde az sayıda kolayca hareket edebilen iyonun varlığından kaynaklanan doğrudan iletim akımı I sc.pr ile polarizasyon akımları arasında bir ayrım yapılır. Elektronik ve iyon polarizasyonu ile polarizasyon akımı I cm yer değiştirme akımı olarak adlandırılır; çok kısa ömürlüdür ve cihazlar tarafından kaydedilmez. Yavaş (gevşeme) polarizasyon türleriyle ilişkili akımlara soğurma akımları I abs denir. Genel durumda dielektrikteki toplam akım şu şekilde belirlenir: I = I abs + I sk.pr. Polarizasyon oluştuktan sonra toplam akım şuna eşit olacaktır: I=I rms. Sabit bir alanda, voltajın açılıp kapatıldığı anda polarizasyon akımları ortaya çıkarsa ve toplam akım şu denkleme göre belirlenirse: I = I sk.pr, o zaman alternatif alanda polarizasyon akımları şu anda ortaya çıkar: voltaj polaritesi değişir. Sonuç olarak, alternatif bir alandaki dielektrikteki kayıplar, özellikle uygulanan voltajın yarım döngüsü polarizasyonun oluşma zamanına yaklaştığında önemli olabilir.

İncirde. Şekil 1(a), alternatif voltaj devresinde yer alan dielektrikli kapasitöre eşdeğer bir devreyi göstermektedir. Bu devrede, kayıpları olan gerçek dielektrikli bir kapasitör, R paralel aktif direncine sahip ideal bir kapasitör C ile değiştirilir. Şekil 1(b), söz konusu devre için akımların ve gerilimlerin bir vektör diyagramını göstermektedir; burada U, devredeki gerilimdir; ben ak – aktif akım; I r – fazdaki aktif bileşenin 90° ilerisinde olan reaktif akım; ben ∑ - toplam akım. Bu durumda: I а =I R =U/R ve I р =I C =ωCU, burada ω alternatif alanın dairesel frekansıdır.

Pirinç. 1. (a) – diyagram; (b) – akım ve gerilimlerin vektör diyagramı

Dielektrik kayıp açısı, kapasitif devredeki akım I ∑ ile gerilim U arasındaki faz kayma açısını φ 90°'ye kadar tamamlayan δ açısıdır. Alternatif bir alandaki dielektriklerdeki kayıplar, dielektrik kayıp tanjantı ile karakterize edilir: tan δ=I a /I r.

Yüksek frekanslı dielektrikler için dielektrik kayıp tanjantının sınır değerleri (0,0001 - 0,0004) ve düşük frekanslı dielektrikler için - (0,01 - 0,02) aşmamalıdır.

ε ve tan δ'nın T sıcaklığına ve ω frekansına bağımlılığı

Malzemelerin dielektrik parametreleri sıcaklık ve frekansa göre değişen derecelere bağlıdır. Çok sayıda dielektrik malzemeler bu faktörlere olan tüm bağımlılıkların özelliklerini kapsamamıza izin vermez.

Bu nedenle, Şekil 2'de. 2 (a, b), bazı ana grupların karakteristik genel eğilimlerini göstermektedir; Dielektrik sabitinin ε sıcaklığına (a) ve frekansa (ω (b)) tipik bağımlılıkları verilmiştir.

Pirinç. 2. Oryantasyonel bir gevşeme mekanizmasının varlığında dielektrik sabitinin gerçek (εʹ) ve sanal (εʺ) kısımlarının frekansa bağımlılığı

Karmaşık dielektrik sabiti. Gevşeme süreçlerinin varlığında dielektrik sabitini karmaşık biçimde yazmak uygundur. Debye formülü polarize edilebilirlik için geçerliyse:

(3)

burada τ gevşeme süresidir, α 0 istatistiksel yönelimsel polarizasyondur. Daha sonra, yerel alanın dış alana eşit olduğunu varsayarak (SGS'de) şunu elde ederiz:

εʹ ve εʺ'nin ωτ ürününe bağımlılığının grafikleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 2. εʹ'deki (ε'nin gerçek kısmı) azalmanın, εʺ'nin (ε'nin hayali kısmı) maksimumuna yakın bir yerde gerçekleştiğine dikkat edin.

εʹ ve εʺ'nin frekansa göre değişimi, daha genel bir sonucun sık görülen bir örneğidir; buna göre frekans üzerindeki εʹ(ω), aynı zamanda εʺ(ω)'nin frekansa bağımlılığını da gerektirir. SI sisteminde 4π'nin 1/ε 0 ile değiştirilmesi gerekir.

Uygulanan alanın etkisi altında, polar olmayan bir dielektrikteki moleküller polarize olur ve indüklenen dipol momenti μ ile dipoller haline gelir. Ve, alan gücüyle orantılı:

(5)

Polar bir dielektrikte, polar bir molekül μ'nin dipol momenti genellikle kendi μ 0 ve indüklenen μ'nin vektör toplamına eşittir. Ve anlar:

(6)

Bu dipollerin ürettiği alan güçleri dipol momentiyle orantılı, mesafenin küpüyle ters orantılıdır.

Polar olmayan malzemeler için genellikle ε = 2 – 2,5 olup ω ≈10 12 Hz'ye kadar frekansa bağlı değildir. ε'nin sıcaklığa bağımlılığı, değiştiğinde katıların doğrusal boyutlarının ve sıvı ve gaz halindeki dielektriklerin hacimlerinin değişmesi, bunun da birim hacim başına n molekül sayısını değiştirmesinden kaynaklanmaktadır.

ve aralarındaki mesafeler. Dielektrik teorisinden bilinen bağıntıların kullanılması F=n\μ Ve Ve f=ε 0 (ε - 1)E, Nerede F– malzemenin polarizasyonu, polar olmayan dielektrikler için elimizde:

(7)

E=const olduğunda μ Ve= sabit ve sıcaklık değişimi ε yalnızca sıcaklığın Θ doğrusal bir fonksiyonu olan n'deki değişimden kaynaklanmaktadır, ε = ε(Θ) bağımlılığı da doğrusaldır. Polar dielektrikler için analitik bağımlılık yoktur ve genellikle ampirik olanlar kullanılır.

1) Sıcaklık arttıkça dielektrik hacmi artar ve dielektrik sabiti bir miktar azalır. ε'daki azalma, özellikle polar olmayan dielektriklerin yumuşaması ve erimesi döneminde, hacimleri önemli ölçüde arttığında fark edilir. Yörüngelerdeki yüksek elektron dolaşımı frekansı nedeniyle (yaklaşık 10 15 –10 16 Hz), elektronik polarizasyonun denge durumunu oluşturma süresi çok kısadır ve polar olmayan dielektriklerin geçirgenliği ε, alan frekansına bağlı değildir. yaygın olarak kullanılan frekans aralığı (10 12 Hz'ye kadar).

2) Sıcaklık arttıkça, bireysel iyonlar arasındaki bağlar zayıflar, bu da dış alanın etkisi altında etkileşimlerini kolaylaştırır ve bu, iyon polarizasyonunda ve dielektrik sabitinde ε bir artışa yol açar. İyon polarizasyonunun durumunu oluşturmak için gereken kısa süre nedeniyle (kristal kafesteki iyonların doğal titreşim frekansına karşılık gelen yaklaşık 10-13 Hz), geleneksel çalışma aralıklarında dış alanın frekansındaki bir değişikliğin pratikte hiçbir etkisi yoktur. iyonik malzemelerde ε değeri üzerindeki etkisi.

3) Polar dielektriklerin dielektrik sabiti büyük ölçüde dış alanın sıcaklığına ve frekansına bağlıdır. Sıcaklık arttıkça parçacıkların hareketliliği artar ve aralarındaki etkileşimin enerjisi azalır, yani. dış bir alanın etkisi altında yönelimleri kolaylaştırılır - dipol polarizasyonu ve dielektrik sabiti artışı. Ancak bu işlem belli bir sıcaklığa kadar devam eder. Sıcaklığın daha da artmasıyla geçirgenlik ε azalır. Dipollerin alan yönünde yönlendirilmesi termal hareket sürecinde ve termal hareket yoluyla gerçekleştirildiğinden, polarizasyonun kurulması oldukça zaman alır. Bu süre o kadar uzundur ki, yüksek frekanslı alternatif alanlarda dipollerin kendilerini alan boyunca yönlendirmek için zamanları olmaz ve geçirgenlik ε azalır.

Dielektrik sabitini ölçme metodolojisi

Kapasitör kapasitesi. Kapasitör- bu, kalınlığı diğerlerine göre küçük olan bir dielektrik ile ayrılmış iki iletkenden (plaka) oluşan bir sistemdir doğrusal boyutlar iletkenler. Örneğin paralel olarak düzenlenmiş ve bir dielektrik katmanla ayrılmış iki düz metal plaka bir kapasitör oluşturur (Şekil 3).

Düz bir kapasitörün plakalarına eşit büyüklükte ve zıt işaretli yükler verilirse, plakalar arasındaki elektrik alan kuvveti, bir plakanın alan gücünden iki kat daha güçlü olacaktır:

(8)

burada ε plakalar arasındaki boşluğu dolduran dielektrik maddenin dielektrik sabitidir.

Yük oranına göre belirlenen fiziksel miktar Q kapasitör plakalarından birine, kapasitör plakaları arasındaki Δφ potansiyel farkına denir. kapasitörün kapasitansı:

(9)

SI elektrik kapasitesi birimi – Farad(F). 1 F kapasiteli bir kapasitörün plakalarına farklı 1 C yükler uygulandığında plakaları arasında 1 V'a eşit bir potansiyel farkı vardır: 1 F = 1 C/1 V.

Paralel plakalı kapasitörün kapasitansı. Düz bir kapasitörün elektrik kapasitesinin hesaplanmasına yönelik formül, ifade (8) kullanılarak elde edilebilir. Aslında alan gücü: e= φ/εε 0 = q/εε 0 S, Nerede S– plaka alanı. Alan düzgün olduğundan kapasitörün plakaları arasındaki potansiyel fark şuna eşittir: φ 1 – φ 2 = Ed = qd/εε 0 S, Nerede D– plakalar arasındaki mesafe. Formül (9)'u değiştirerek düz bir kapasitörün elektrik kapasitesi için bir ifade elde ederiz:

(10)

Nerede ε 0 – havanın dielektrik sabiti; S– kapasitör plakasının alanı, S=hl, Nerede H– plaka genişliği, ben– uzunluğu; D– kapasitör plakaları arasındaki mesafe.

İfade (10), alanın arttırılmasıyla kapasitörün elektrik kapasitesinin artırılabileceğini göstermektedir. S mesafeyi azaltan örtüleri D aralarında ve büyük dielektrik sabiti ε değerlerine sahip dielektriklerin kullanılması.

Pirinç. 3. İçine dielektrik yerleştirilmiş kondansatör

Bir kapasitörün plakaları arasına bir dielektrik plaka yerleştirilirse, kapasitörün kapasitansı değişecektir. Kapasitör plakaları arasına dielektrik plaka yerleştirme seçeneği dikkate alınmalıdır.

Şunu belirtelim: D c – hava boşluğunun kalınlığı, D m - dielektrik plakanın kalınlığı, ben B, kapasitörün hava kısmının uzunluğudur, ben m, kapasitörün dielektrikle dolu kısmının uzunluğu, ε m ise malzemenin dielektrik sabitidir. Hesaba katıldığında ben = ben+ ben m, bir D = D+ D m, o zaman bu seçenekler aşağıdaki durumlar için düşünülebilir:

Ne zaman ben= 0'da, D= 0'da katı dielektrikli bir kapasitörümüz var:

(11)

Maxwell denklemlerine dayanan klasik makroskopik elektrodinamik denklemlerinden, bir dielektrik zayıf bir alternatif alana yerleştirildiğinde, frekansı ω olan bir harmonik yasaya göre değişen, karmaşık geçirgenlik tensörünün şu şekli aldığı sonucu çıkar:

(12)

burada σ maddenin optik iletkenliğidir, εʹ dielektrik polarizasyonuyla ilişkili maddenin dielektrik sabitidir. İfade (12) şuna indirgenebilir: sonraki görünüm:

burada hayali terim dielektrik kayıplardan sorumludur.

Pratikte C ölçülür - düz kapasitör şeklindeki bir numunenin kapasitansı. Bu kapasitör dielektrik kayıp tanjantı ile karakterize edilir:

tgδ=ωCR c (14)

veya kalite faktörü:

Q c =1/ tanδ (15)

burada Rc esas olarak dielektrik kayıplara bağlı dirençtir. Bu özellikleri ölçmek için çok sayıda yöntem vardır: çeşitli köprü yöntemleri, ölçülen parametrenin bir zaman aralığına dönüştürüldüğü ölçümler, vb. .

Bu çalışmada kapasitans C'yi ve dielektrik kayıp tanjantını D = tanδ ölçerken, GOOD WILL INSTRUMENT Co Ltd şirketi tarafından geliştirilen bir teknik kullandık. Ölçümler hassas bir immitans ölçer olan LCR-819-RLC üzerinde gerçekleştirildi. Cihaz, 20 pF–2,083 mF aralığında kapasitansı, 0,0001–9999 aralığında kayıp tanjantını ölçmenize ve bir öngerilim alanı uygulamanıza olanak tanır. 2 V'a kadar dahili önyargı, 30 V'a kadar harici önyargı. Ölçüm doğruluğu %0,05'tir. Test sinyali frekansı 12 Hz -100 kHz.

Bu çalışmada 77 K sıcaklık aralığında 1 kHz frekansta ölçümler yapılmıştır.< 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 .

Sıcaklık bağımlılığını elde etmek için, numune içeren hücre, sıcaklığı ısıtıcı tarafından ayarlanan bir ısı eşanjöründen geçen bir soğutucu (nitrojen) akışına yerleştirilir. Isıtıcı sıcaklığı bir termostat tarafından kontrol edilir. Sıcaklık ölçerden termostata geri bildirim, sıcaklık ölçüm hızını ayarlamanıza veya onu dengelemenize olanak tanır. Sıcaklığı kontrol etmek için bir termokupl kullanılır. Bu çalışmada sıcaklık 1 derece/dakika oranında değişti. Bu yöntem, sıcaklığı 0,1 derecelik bir hatayla ölçmenizi sağlar.

Numunenin eklendiği ölçüm hücresi bir akış kriyostatına yerleştirilir. Hücre, kriyostat kapağındaki bir konnektör aracılığıyla korumalı kablolarla LCR ölçüm cihazına bağlanır. Kriyostat, FL-1 elektromıknatısın kutupları arasına yerleştirilir. Mıknatıs güç kaynağı, 15 kOe'ye kadar manyetik alanlar elde etmenizi sağlar. Manyetik alan gücünü (H) ölçmek için elektronik üniteli termal olarak stabilize edilmiş bir Hall sensörü kullanılır. Manyetik alanı dengelemek için güç kaynağı ile manyetik alan ölçer arasında geri bildirim vardır.

Kapasitans C ve kayıp tanjantı D = tan δ'nın ölçülen değerleri, aşağıdaki ilişkilerle istenen fiziksel büyüklükler εʹ ve εʺ'nin değerleriyle ilişkilidir:

(16)

(17)

№	C(pF)	Re(ε')	T (°K)	ten rengi δ	Qc	ben(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

Tablo No.1. Gd x Mn 1-x S, (x=0,1).

Elektrik geçirgenliği

Elektriksel geçirgenlik, bir kapasitörün plakaları arasına yerleştirilen bir dielektrikin kapasitansını karakterize eden bir değerdir. Bilindiği gibi, düz plakalı bir kapasitörün kapasitansı plakaların alanına bağlıdır (daha daha büyük alan plakalar, kapasitans ne kadar büyük olursa), plakalar arasındaki mesafe veya dielektrik kalınlığı (dielektrik ne kadar kalınsa, kapasitans o kadar küçük olur) ve ayrıca özelliği elektrik sabiti olan dielektrik malzeme üzerinde.

Sayısal olarak elektriksel geçirgenlik, kapasitörün kapasitansının aynı hava kapasitörünün herhangi bir dielektrik oranına eşittir. Kompakt kapasitörler oluşturmak için elektrik geçirgenliği yüksek dielektriklerin kullanılması gerekir. Çoğu dielektrik maddenin elektriksel geçirgenliği birkaç birimdir.

Teknolojide yüksek ve ultra yüksek elektrik geçirgenliğine sahip dielektrikler elde edilmiştir. Ana kısımları rutildir (titanyum dioksit).

Şekil 1. Ortamın elektriksel geçirgenliği

Dielektrik kayıp açısı

"Dielektrikler" makalesinde DC ve AC devrelerine dielektrik ekleme örneklerine baktık. Gerçek bir dielektrikte çalışırken ortaya çıktı Elektrik alanı alternatif voltaj tarafından üretilen termal enerji açığa çıkar. Bu durumda emilen güce dielektrik kayıplar denir.“Kapasitans içeren alternatif bir akım devresi” makalesinde, ideal bir dielektrikte kapasitif akımın voltajı 90°'den daha küçük bir açıyla yönlendirdiği kanıtlanacaktır. Gerçek bir dielektrikte kapasitif akım, voltajı 90°'den daha küçük bir açıyla yönlendirir. Açıdaki azalma, iletim akımı olarak da adlandırılan kaçak akımdan etkilenir.

Gerçek dielektrikli bir devrede 90° ile gerilim ve akım arasındaki kayma açısı arasındaki farka dielektrik kayıp açısı veya kayıp açısı denir ve δ (delta) ile gösterilir. Çoğu zaman, belirlenen açının kendisi değil, bu açının tanjantıdır.tan deltası.

Dielektrik kayıplarının voltajın karesi, alternatif akımın frekansı, kapasitörün kapasitansı ve dielektrik kayıp açısının tanjantı ile orantılı olduğu tespit edilmiştir.

Sonuç olarak, dielektrik kayıp tanjantı (tan δ) ne kadar büyük olursa, dielektrikteki enerji kaybı o kadar büyük olur ve dielektrik malzeme o kadar kötü olur. Nispeten büyük bir tg δ'ye (0,08 - 0,1 veya daha fazla) sahip malzemeler zayıf yalıtkanlardır. Nispeten küçük tan δ (yaklaşık 0,0001) değerine sahip malzemeler iyi yalıtkanlardır.

vakumda elektrik alan kuvvetinin belirlenmesi;
Uluslararası Birimler Sistemine karşılık gelen bir biçimde yazıldığında Coulomb yasası da dahil olmak üzere bazı elektromanyetizma yasalarının ifadelerinde yer alır.

Dielektrik sabiti, bağıl ve mutlak dielektrik sabiti arasında bir bağlantı sağlar. Aynı zamanda Coulomb yasasının notasyonuna da dahil edilmiştir:

Ayrıca bakınız

Notlar

Edebiyat

Bağlantılar

Wikimedia Vakfı. 2010.

Diğer sözlüklerde “Dielektrik sabiti”nin ne olduğunu görün:

dielektrik sabiti- dielektrik sabiti - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. İngilizce-Rusça elektrik mühendisliği ve enerji mühendisliği sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliği konuları, temel kavramlar Eş anlamlılar dielektrik sabiti... ...

- (e0 tanımı), fiziksel miktar arasında etkiyen kuvvetin oranını gösterir. elektrik ücretleri bu yüklerin boyutu ve aralarındaki mesafe ile bir boşlukta. Başlangıçta bu göstergeye DİELEKTRİK adı verildi... ... Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük

dielektrik sabiti- mutlak dielektrik sabiti (izotropik bir madde için); endüstri dielektrik sabiti Bir dielektrik maddenin elektriksel özelliklerini karakterize eden ve içindeki elektriksel yer değiştirmenin voltaja oranına eşit olan skaler bir miktar... ...

dielektrik sabiti- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. dielektrik sabiti; geçirgenlik vok. dielektrische Leitfähigkeit, f; Dielektrizitätskonstante, f; İzin, f rus. dielektrik sabiti, f; dielektrik sabiti ... Fizikos terminų žodynas

Dielektrik sabiti için eski bir isim (bkz. Dielektrik sabiti) ... Büyük Sovyet Ansiklopedisi

Bazı sıvılar için dielektrik sabiti ε (20°C'de)- Solvent ε Aseton 21,5 Benzen 2,23 Su 81,0 ... Kimyasal referans kitabı

başlangıç dielektrik sabiti- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. İngilizce-Rusça elektrik mühendisliği ve enerji mühendisliği sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliğinin konuları, temel kavramlar EN başlangıç dielektrik sabiti ... Teknik Çevirmen Kılavuzu

bağıl dielektrik sabiti- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. İngilizce-Rusça elektrik mühendisliği ve enerji mühendisliği sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliğinin konuları, temel kavramlar EN göreceli geçirgenlikgöreceli dielektrik sabiti ... Teknik Çevirmen Kılavuzu

spesifik dielektrik sabiti- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. İngilizce-Rusça elektrik mühendisliği ve enerji mühendisliği sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliği konuları, temel kavramlar EN eşzamanlı değişim yeteneğiSIC ... Teknik Çevirmen Kılavuzu

dielektrik sabiti- mutlak dielektrik sabiti; endüstri dielektrik sabiti Bir dielektrik maddenin elektriksel özelliklerini karakterize eden, elektriksel yer değiştirmenin büyüklüğünün elektrik alan kuvvetinin büyüklüğüne oranına eşit olan skaler bir miktar ... Politeknik terminolojik açıklayıcı sözlük

Biliyor musun, Düşünce deneyi, gedanken deneyi nedir?
Bu var olmayan bir pratiktir, uhrevi bir deneyimdir, aslında var olmayan bir şeyin hayalidir. Düşünce deneyleri uyanıkken görülen rüyalar gibidir. Canavarlar doğuruyorlar. Deneysel bir hipotez testi olan fiziksel bir deneyden farklı olarak, bir "düşünce deneyi" sihirli bir şekilde deneysel testin yerine pratikte test edilmemiş istenen sonuçları koyar, kanıtlanmamış öncülleri kanıtlanmış öncüller olarak kullanarak aslında mantığın kendisini ihlal eden mantıksal yapıları manipüle eder. ikame yoluyladır. Bu nedenle, "düşünce deneyleri"ne başvuranların asıl görevi, gerçek bir fiziksel deneyi "oyuncak bebek" ile değiştirerek dinleyiciyi veya okuyucuyu aldatmaktır - fiziksel doğrulamanın kendisi olmadan şartlı tahliye üzerine hayali akıl yürütme.
Fiziğin hayali “düşünce deneyleri” ile doldurulması absürt, gerçeküstü, karmaşık bir dünya resminin ortaya çıkmasına yol açmıştır. Gerçek bir araştırmacının bu tür "şeker ambalajlarını" gerçek değerlerden ayırması gerekir.

Görelilikçiler ve pozitivistler, "düşünce deneylerinin" teorileri (aynı zamanda zihnimizde ortaya çıkan) tutarlılık açısından test etmek için çok yararlı bir araç olduğunu ileri sürerler. Herhangi bir doğrulama yalnızca doğrulama nesnesinden bağımsız bir kaynak tarafından gerçekleştirilebileceğinden, bu konuda insanları kandırıyorlar. Hipotezin başvuranının kendisi, kendi ifadesinin testi olamaz, çünkü bu ifadenin nedeni, başvuranın görebileceği ifadede çelişkilerin bulunmamasıdır.

Bunu bilimi ve kamuoyunu kontrol eden bir tür dine dönüşen SRT ve GTR örneğinde görüyoruz. Bunlarla çelişen hiçbir gerçek, Einstein'ın şu formülünün üstesinden gelemez: “Bir gerçek, teoriye uymuyorsa, gerçeği değiştirin” (Başka bir versiyonda, “Gerçek, teoriye uymuyor mu? - Gerçek için çok daha kötü). ”).

Bir "düşünce deneyinin" iddia edebileceği maksimum şey, hipotezin yalnızca başvuru sahibinin kendi mantığı çerçevesinde (çoğu zaman hiçbir şekilde doğru olmayan) iç tutarlılığıdır. Bu, uygulamaya uygunluğu kontrol etmez. Gerçek doğrulama yalnızca gerçek bir fiziksel deneyde gerçekleşebilir.

Deney bir deneydir çünkü düşüncenin iyileştirilmesi değil, düşüncenin testidir. Kendi içinde tutarlı olan bir düşünce kendini doğrulayamaz. Bu Kurt Gödel tarafından kanıtlandı.

Aşağıdaki materyaller ilginizi çekebilir