ANO ANG DIELECTRIC NA PARE-PAREHO? - PISIKAL - 2025

Ang dielectric na pare-pareho ay isang halaga na nauugnay sa materyal na nakalagay sa pagitan ng mga plato ng isang kapasitor (o kapasitor - Larawan 1) at pinapayagan nito ang pag-optimize at pagtaas ng function nito. (Giancoli, 2006). Ang dielectric ay magkasingkahulugan sa elektrikal na insulator, iyon ay, ang mga ito ay mga materyales na hindi pinapayagan ang pagpasa ng kasalukuyang de-koryenteng.

Mahalaga ang halagang ito mula sa maraming mga aspeto, dahil karaniwan sa lahat na gumamit ng mga de-koryenteng at elektronikong kagamitan sa aming mga tahanan, libangan sa libangan, pang-edukasyon o workstations, ngunit tiyak na hindi namin alam ang mga kumplikadong proseso na nagaganap sa kagamitang ito upang magawang gumana.

Larawan 1: Iba't ibang mga uri ng capacitor.

Halimbawa, ang aming mga minicomponents, telebisyon at multimedia aparato, ay gumagamit ng direktang kasalukuyang para sa kanilang mga pag-andar, ngunit ang mga domestic at pang-industriya na mga alon na umaabot sa aming mga tahanan at lugar ng trabaho ay mga alternatibong alon. Paano ito posible ?.

Larawan 2: Electrical circuit ng isang domestic na kagamitan

Ang sagot sa tanong na ito ay nasa loob ng parehong elektrikal at elektronikong kagamitan: capacitors (o capacitors). Pinapayagan ang mga sangkap na ito, bukod sa iba pang mga bagay, upang maging posible ang pagwawasto ng alternating kasalukuyang upang idirekta ang kasalukuyang at ang kanilang pag-andar ay nakasalalay sa geometry o hugis ng capacitor at ang dielectric na materyal na naroroon sa disenyo nito.

Ang mga materyal na dielectric ay may mahalagang papel, dahil pinapayagan nila ang mga plato na bumubuo sa kapasitor na maging malapit, walang hawakan, at ganap na takpan ang puwang sa pagitan ng sinabi ng mga plato na may dielectric na materyal upang madagdagan ang pag-andar ng mga capacitor.

Pinagmulan ng dielectric na pare-pareho: mga capacitor at dielectric na materyales

Ang halaga ng palagiang ito ay isang pang-eksperimentong resulta, iyon ay, nagmula ito sa mga eksperimento na isinasagawa kasama ang iba't ibang uri ng mga insulating material at nagreresulta sa parehong kababalaghan: nadagdagan ang pag-andar o kahusayan ng isang kapasitor.

Ang mga capacitor ay nauugnay sa isang pisikal na dami na tinatawag na capacitance "C", na tumutukoy sa dami ng singil ng kuryente na "Q" na maiimbak ng isang capacitor sa pamamagitan ng pagbibigay ng isang tiyak na potensyal na pagkakaiba-iba "∆V" (Equation 1).

(Equation 1)

Napagpasyahan ng mga eksperimento na sa pamamagitan ng ganap na sumasaklaw sa puwang sa pagitan ng mga plato ng isang kapasitor na may materyal na dielectric, pinatataas ng mga capacitor ang kanilang kapasidad sa pamamagitan ng isang kadahilanan, na tinatawag na "dielectric na pare-pareho." (Equation 2).

(Equation 2)

Ang isang paglalarawan ng isang flat paralel plate kapasitor kapasitor C sisingilin at dahil dito sa isang pantay na patlang ng kuryente na nakadirekta pababa sa pagitan ng mga plato nito ay ipinakita sa Larawan 3.

Sa tuktok ng pigura ay ang kapasitor na may vacuum sa pagitan ng mga plato nito (vacuum - permittivity ∊0). Pagkatapos, sa ilalim, ang parehong capacitor na may capacitance C '> C ay ipinakita, na may isang dielectric sa pagitan ng mga plate nito (ng permittivity ∊).

Larawan 3: Plano-parallel plate capacitor na walang dielectric at may dielectric.

Ang Figueroa (2005), ay naglilista ng tatlong mga pag-andar para sa dielectric na materyales sa mga capacitor:

1. Pinapayagan nila ang isang mahigpit at compact na konstruksyon na may isang maliit na agwat sa pagitan ng mga conductive plate.
2. Pinapayagan nila ang isang mas mataas na boltahe na mailalapat nang hindi nagiging sanhi ng isang paglabas (ang breakdown electric field ay mas malaki kaysa sa hangin)
3. Pinatataas ang kapasidad ng kapasitor sa pamamagitan ng isang kadahilanan κ na kilala bilang dielectric na pare-pareho ng materyal.

Kaya, ipinapahiwatig ng may-akda na, κ "ay tinatawag na dielectric na pare-pareho ng materyal at sinusukat ang tugon ng mga molekular na dipoles sa isang panlabas na magnetic field". Iyon ay, ang dielectric constant ay mas mataas ang mas mataas na polarity ng mga molekula ng materyal.

Mga modelo ng Atomic ng dielectrics

Sa pangkalahatan, ang mga materyales ay may mga tiyak na pag-aayos ng molekular na nakasalalay sa mga molekula mismo at ang mga elemento na bumubuo sa bawat materyal. Kabilang sa mga pag-aayos ng molekular na makagambala sa mga proseso ng dielectric ay ang tinatawag na "polar molekula" o polarized.

Sa mga molekulang polar, mayroong isang paghihiwalay sa pagitan ng gitnang posisyon ng mga negatibong singil at ang gitnang posisyon ng mga positibong singil, na nagiging sanhi ng mga ito ng mga de-koryenteng mga pole.

Halimbawa, ang molekula ng tubig (Larawan 4) ay permanenteng polarado dahil ang sentro ng positibong pamamahagi ng singil ay nasa pagitan ng mga atomo ng hydrogen. (Serway at Jewett, 2005).

Larawan 4: Pamamahagi ng molekula ng tubig.

Habang sa Molekyul ng BeH2 (beryllium hydride - Larawan 5), isang linear molekula, walang polariseysyon, dahil ang sentro ng pamamahagi ng mga positibong singil (hydrogens) ay nasa gitna ng pamamahagi ng mga negatibong singil (beryllium) , pagkansela ng anumang polariseyasyon na maaaring umiiral. Ito ay isang molekulang nonpolar.

Larawan 5: Pamamahagi ng isang molekula ng beryllium hydride.

Sa parehong ugat, kapag ang isang dielectric na materyal ay nasa pagkakaroon ng isang electric field E, ang mga molekula ay magkahanay bilang isang pag-andar ng electric field, na nagiging sanhi ng isang density ng singil sa ibabaw sa mga mukha ng dielectric na nakaharap sa mga plato ng kapasitor.

Dahil sa hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang electric field sa loob ng dielectric ay mas mababa kaysa sa panlabas na larangan ng kuryente na nabuo ng capacitor. Ang sumusunod na ilustrasyon (Larawan 6) ay nagpapakita ng isang electrically polarized dielectric sa loob ng isang planar-parallel plate capacitor.

Mahalagang tandaan na ang kababalaghan na ito ay nagreresulta nang mas madali sa mga materyales na polar kaysa sa mga nonpolar, dahil sa pagkakaroon ng mga polarized na molekula na mas mahusay na nakikipag-ugnay sa pagkakaroon ng larangan ng kuryente. Bagaman, ang pagkakaroon lamang ng patlang ng koryente ay nagiging sanhi ng polariseysyon ng mga nonpolar na molekula, na nagreresulta sa parehong kababalaghan tulad ng sa mga materyales na polar.

Larawan 6: Ang mga modelo ng mga polarized na molekula ng isang dielectric dahil sa patlang ng kuryente na nagmula sa sisingilin na kapasitor.

Dielectric pare-pareho ang mga halaga sa ilang mga materyales

Depende sa pag-andar, ekonomiya, at panghuli utility ng mga capacitor, iba't ibang mga materyales sa insulasyon ang ginagamit upang mai-optimize ang kanilang pagganap.

Ang mga materyales tulad ng papel ay masyadong mura, bagaman maaari silang mabigo sa mataas na temperatura o sa pakikipag-ugnay sa tubig. Habang ang goma, ito ay malulungkot pa ngunit mas lumalaban. Mayroon din kaming porselana, na lumalaban sa mataas na temperatura bagaman hindi ito maiangkop sa iba't ibang mga hugis kung kinakailangan.

Nasa ibaba ang isang mesa kung saan ang dielectric na pare-pareho ng ilang mga materyales ay tinukoy, kung saan ang mga dielectric constants ay walang mga yunit (hindi sila dimensyado):

Talahanayan 1: Dielectric constants ng ilang mga materyales sa temperatura ng kuwarto.

Ang ilang mga aplikasyon ng dielectric na materyales

Ang mga materyal na dielectric ay mahalaga sa pandaigdigang lipunan na may malawak na hanay ng mga aplikasyon, mula sa terestrial at satellite komunikasyon kasama ang radio software, GPS, monitoring ng kapaligiran sa pamamagitan ng mga satellite, bukod sa iba pa. (Sebastian, 2010)

Bukod dito, inilarawan ni Fiedziuszko at iba pa (2002) ang kahalagahan ng dielectric na materyales para sa pagpapaunlad ng wireless na teknolohiya, kabilang ang para sa cellular telephony. Sa kanilang publication inilalarawan nila ang kaugnayan ng ganitong uri ng mga materyales sa miniaturization ng kagamitan.

Sa pagkakasunud-sunod ng mga ideya, ang pagiging moderno ay nakabuo ng isang mahusay na pangangailangan para sa mga materyales na may mataas at mababang dielectric constants para sa pagbuo ng isang teknolohikal na buhay. Ang mga materyal na ito ay mga mahahalagang sangkap para sa mga aparato sa Internet sa mga tuntunin ng mga pag-andar ng imbakan ng data, komunikasyon at ang pagganap ng mga paghahatid ng data. (Nalwa, 1999).

Mga Sanggunian

1. Fiedziuszko, SJ, Hunter, IC, Itoh, T., Kobayashi, Y., Nishikawa, T., Stitzer, SN, & Wakino, K. (2002). Dielectric na mga materyales, aparato, at mga circuit. Mga Transaksyon ng IEEE sa teorya at pamamaraan ng microwave, 50 (3), 706-720.
2. Figueroa, D. (2001). Pakikipag-ugnay sa Elektriko. Caracas, Venezuela: Miguel Angel García at Anak, SRL.
3. Giancoli, D. (2006). PISIKAL. Simula sa mga aplikasyon. Mexico: PEARSON EDUCACION.
4. Nalwa, HS (Ed.). (1999). Handbook ng mababa at mataas na dielectric pare-pareho ang mga materyales at ang kanilang mga aplikasyon, two-volume set. Elsevier.
5. Sebastian, MT (2010). Mga dielectric na materyales para sa wireless na komunikasyon. Elsevier.
6. Serway, R. & Jewett, J. (2005). Physics para sa Science at Engineering. Mexico: Mga Internasyonal na Thomson Editor.