ANO ANG ELECTRICAL PERMITTIVITY? (SA EKSPERIMENTO) - PISIKAL - 2025

Ang electric permittivity ay ang parameter na kinakalkula ang tugon ng isang daluyan sa pagkakaroon ng isang electric field. Ito ay tinukoy ng liham na Greek ε at ang halaga nito para sa vacuum, na nagsisilbing sanggunian para sa iba pang media, ay ang sumusunod: ε _o = 8.8541878176 x 10 ^-12 C ² / Nm ²

Ang likas na katangian ng daluyan ay nagbibigay ito ng isang partikular na tugon sa mga patlang ng kuryente. Sa ganitong paraan, ang temperatura, halumigmig, timbang ng molekular, ang geometry ng mga molekulang molekula, ang mekanikal na stress sa impluwensya ng panloob, o na mayroong ilang kagustuhan na direksyon sa puwang kung saan ang pagkakaroon ng patlang ay pinadali.

Larawan 1. Ang air ay nagiging kondaktibo sa itaas ng isang tiyak na boltahe. Pinagmulan: Pixabay.

Sa huling kaso, ang materyal ay sinasabing mayroong anisotropy. At kung alinman sa direksyon ay mas gusto ang materyal ay isinasaalang-alang isotropic. Ang pagkamatagusin ng anumang homogenous medium ay maaaring ipahiwatig bilang isang function ng pagkamatagusin ng vacuum ε _{o sa} pamamagitan ng expression:

ε = κε _o

Kung saan κ ang kamag-anak na pagkamatagusin ng materyal, na tinawag din na dielectric na pare-pareho, isang sukat na walang sukat na natukoy na eksperimento para sa maraming mga materyales. Ang isang paraan upang maisagawa ang pagsukat na ito ay ipaliwanag sa ibang pagkakataon.

Mga Dielectric at Capacitors

Ang isang dielectric ay isang materyal na hindi maayos na nagsasagawa ng koryente, kaya maaari itong magamit bilang isang insulator. Gayunpaman, hindi nito mapigilan ang materyal mula sa kakayahang tumugon sa isang panlabas na larangan ng kuryente, na lumilikha ng sarili nitong.

Sa mga sumusunod ay susuriin natin ang tugon ng mga isotropic dielectric na materyales tulad ng baso, waks, papel, porselana at ilang mga taba na karaniwang ginagamit sa electronics.

Ang isang electric field na panlabas sa dielectric ay maaaring malikha sa pagitan ng dalawang metallic sheet ng isang flat parallel plate capacitor.

Ang mga dielectric, hindi katulad ng mga conductor tulad ng tanso, ay walang mga singil na maaaring ilipat sa loob ng materyal. Ang kanilang mga constituent na molekula ay electrically neutral, ngunit ang mga singil ay maaaring lumipat nang bahagya. Sa ganitong paraan maaari silang maging modelo bilang electric dipoles.

Ang isang dipole ay walang kinikilingan neutral, ngunit ang positibong singil ay isang maliit na distansya mula sa negatibong singil. Sa loob ng materyal na dielectric at kung wala ang isang panlabas na larangan ng kuryente, ang mga dipoles ay karaniwang random na ipinamamahagi, tulad ng ipinapakita sa Larawan 2.

Larawan 2. Sa isang dielectric na materyal ang mga dipoles ay nakatuon nang random. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Dielectric sa isang panlabas na larangan ng kuryente

Kapag ang dielectric ay ipinakilala sa gitna ng isang panlabas na larangan, halimbawa ang isang nilikha sa loob ng dalawang kondaktibo na sheet, ang mga dipoles ay muling nag-aayos at ang mga singil ay hiwalay, na lumilikha ng isang panloob na larangan ng kuryente sa materyal sa kabaligtaran patungo sa panlabas na larangan. .

Kapag nangyari ang pag-aalis na ito, ang materyal ay sinasabing polarized.

Larawan 3. Polarized dielectric na materyal. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Ang sapilitan na polariseysyon na ito ay nagiging sanhi ng net o nagresultang electric field E na bumaba, isang epekto na ipinakita sa figure 3, dahil ang panlabas na larangan at panloob na larangan na nabuo ng sinabi na polariseyasyon ay magkatulad na direksyon ngunit kabaligtaran ng mga direksyon. Ang laki ng E ay ibinigay ng:

Ang panlabas na larangan ay sumasailalim ng isang pagbawas salamat sa pakikipag-ugnay sa materyal sa isang kadahilanan na tinatawag na κ o dielectric na pare-pareho ng materyal, isang macroscopic na pag-aari ng pareho. Sa mga tuntunin ng dami na ito, ang nagreresulta o net field ay:

Ang dielectric na palaging κ ay ang kamag-anak na permittivity ng materyal, isang dimensionless na dami na laging mas malaki kaysa sa 1 at katumbas ng 1 sa vacuum.

Alinman sa ε = κε _o tulad ng inilarawan sa simula. Ang mga yunit ng ε ay pareho sa ε _o : C ² / Nm ² o F / m.

Pagsukat ng elektrikal na pagpapahintulot

Ang epekto ng pagpasok ng isang dielectric sa pagitan ng mga plato ng isang kapasitor ay upang payagan ang isang imbakan ng mga karagdagang singil, iyon ay, isang pagtaas sa kapasidad. Ang katotohanang ito ay natuklasan ni Michael Faraday noong ika-19 na siglo.

Posible upang masukat ang dielectric na pare-pareho ng isang materyal gamit ang isang flat parallel plate capacitor sa sumusunod na paraan: kapag may hangin lamang sa pagitan ng mga plato, maipakita na ang kapasidad ay ibinibigay ng:

Kung saan ang C _o ang kapasidad ng capacitor, A ay ang lugar ng mga plato at d ang distansya sa pagitan nila. Ngunit kapag ang pagpasok ng isang dielectric, ang kapasidad ay nagdaragdag ng isang kadahilanan as, tulad ng nakikita sa nakaraang seksyon, at pagkatapos ang bagong kapasidad C ay proporsyonal sa orihinal:

C = κε _o . A / d = ε. Ad

Ang ratio sa pagitan ng panghuli at paunang kapasidad ay ang dielectric na pare-pareho ng materyal o kamag-anak na permittivity:

κ = C / C _o

At ang ganap na de-koryenteng permittivity ng materyal na pinag-uusapan ay kilala sa pamamagitan ng:

ε = ε _o . (C / C _o )

Ang mga pagsukat ay madaling isagawa kung mayroon kang isang multimeter na may kakayahang masukat ang kapasidad. Ang isang kahalili ay upang masukat ang boltahe Vo sa pagitan ng mga plato ng kapasitor nang walang dielectric at ihiwalay mula sa mapagkukunan. Pagkatapos ay ipinakilala ang dielectric at ang pagbaba ng boltahe ay sinusunod, ang halaga ng kung saan ay magiging V.

Pagkatapos κ = V _o / V

Eksperimento upang masukat ang electrical permittivity ng hangin

-Material

- Madaling iakma ang puwang na parisukat na flat plate condenser.

- Micrometric o vernier screw.

- Multimeter na may function ng pagsukat ng kapasidad.

- Graph paper.

-Process

- Pumili ng isang paghihiwalay d sa pagitan ng mga capacitor plate at sa tulong ng multimeter sukatin ang kapasidad C _o . Itala ang pares ng data sa isang talahanayan ng mga halaga.

- Ulitin ang pamamaraan sa itaas para sa hindi bababa sa 5 paghihiwalay ng plate.

- Hanapin ang quient (A / d) para sa bawat isa sa mga sinusukat na distansya.

- Salamat sa expression C _o = ε _o . Ang A / d ay kilala na ang C _o ay proporsyonal sa quotient (A / d). I-plot ang bawat halaga ng C _o ang kani-kanilang halaga ng A / d sa graph paper .

- Biswal na ayusin ang pinakamahusay na linya at matukoy ang slope nito. O hanapin ang slope gamit ang linear regression. Ang halaga ng slope ay ang permittivity ng hangin.

Mahalaga

Ang puwang sa pagitan ng mga plato ay hindi dapat lumampas sa mga 2 mm, dahil ang equation para sa kapasidad ng kahanay na flat plate capacitor ay ipinapalagay ang walang katapusang mga plato. Gayunpaman, ito ay isang medyo mahusay na pagtatantya, dahil ang panig ng mga plato ay palaging mas malaki kaysa sa paghihiwalay sa pagitan nila.

Sa eksperimento na ito, ang permittivity ng hangin ay tinutukoy, na kung saan ay malapit na sa isang vacuum. Ang dielectric na pare-pareho ng vacuum ay κ = 1, habang ang tuyong hangin ay κ = 1.00059.

Mga Sanggunian

1. Dielectric. Dielectric na pare-pareho. Nabawi mula sa: electricistas.cl.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Series ng Physics para sa Science at Engineering. Dami ng 5 Pakikipag-ugnay sa Elektriko. Ika-2. Edisyon. 213-215.
3. Laboratori d'Electricitat i Magnetisme (UPC). Relatibong Permitivity ng isang Materyal. Nabawi mula sa: elaula.es.
4. Monge, M. Dielectrics. Patlang ng Elektrostiko. Pamantasan Carlos III ng Madrid. Nabawi mula sa: ocw.uc3m.es.
5. Mga Luha, Zemansky. 2016. Unibersidad sa Unibersidad na may Makabagong Pisika. ^Ika- 14 . Ed. 797-806.