Σχετική Διαπερατότητα Υλικού

Η σχετική διαπερατότητα είναι η ιδιότητα ενός συγκεκριμένου διηλεκτρικού υλικού που καθορίζει ποια στατική ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί ανά μονάδα όγκου του διηλεκτρικού υλικού ανά μονάδα τάσης που εφαρμόζεται σε αυτό και έχει μεγάλη σημασία για τους πυκνωτές και τους υπολογισμούς χωρητικότητας. Η διαπερατότητα συμβολίζεται στις εξισώσεις χρησιμοποιώντας το σύμβολο ε (έψιλον). Μετρά την ηλεκτρική πολικότητα ενός διηλεκτρικού μέσου.

Συνήθως, τα υλικά με υψηλή διαπερατότητα πολώνονται υψηλότερα σε απόκριση σε ένα εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο σε σύγκριση με ένα υλικό που προσφέρει χαμηλή διαπερατότητα. Επομένως, μπορούν να αποθηκεύσουν περισσότερη ενέργεια μέσα στο δεδομένο υλικό. Τόσο η διαπερατότητα όσο και η διηλεκτρική σταθερά έχουν την ίδια σημασία για τους περισσότερους από τους δεδομένους σκοπούς τους, αλλά υπάρχουν περιπτώσεις όπου αυτοί οι όροι έχουν διαφορετική σημασία.

Σχετική Επιτρεπτότητα

Ο παλαιός όρος για τη σχετική διαπερατότητα ονομάζεται επίσης διηλεκτρική σταθερά. Εξακολουθεί να χρησιμοποιείται συχνά, αλλά τελευταία, τα πρότυπα πολλών οργανισμών το έχουν καταργήσει λόγω της ασάφειάς του. ακόμη και κάποιες προηγούμενες αναφορές το χρησιμοποιούσαν για την απόλυτη διαπερατότητα ε. Η διαπερατότητα συχνά προτιμάται είτε ως στατική ιδιότητα, αλλά μπορεί επίσης να περιγραφεί ως ιδιότητα που εξαρτάται από τη συχνότητα. Η σχετική διαπερατότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υποδηλώσει την πραγματική συνιστώσα ε’r όταν η τιμή της σχετικής διαπερατότητας είναι μιγαδικός αριθμός.

Η σχετική διαπερατότητα γενικά δηλώνεται ως ε r (ω ).

r()=()0,

όπου το () υποδηλώνει τη σύνθετη διαπερατότητα του υλικού και ε Το 0 υποδηλώνει τη διαπερατότητα κενού.

Μια σχετική διαπερατότητα είναι ένας αδιάστατος αριθμός που έχει γενικά μιγαδικές τιμές. Τα πραγματικά και τα φανταστικά μέρη του δίνονται από

r()=r,() –r,,()

Η σχετική διαπερατότητα ενός μέσου σχετίζεται επίσης με την ηλεκτρική επιδεκτικότητα του ίδιου μέσου, χ e , ως

ε r (ω ) =1 + χ e

Συνήθως, τα ανισότροπα μέσα (π.χ. μη κυβικοί κρύσταλλοι) έχουν σχετική διαπερατότητα ως τανυστής δεύτερης τάξης. Η σχετική διαπερατότητα ενός υλικού με συχνότητα 0 είναι συχνά η στατική σχετική διαπερατότητά του.

Η σχετική στατική διαπερατότητα, ε r , χρησιμοποιείται συνήθως για τη μέτρηση του στατικού ηλεκτρικού πεδίου. Στην αρχή, η χωρητικότητα ενός συγκεκριμένου πυκνωτή, C 0, μετριέται από το κενό μεταξύ των πλακών πυκνωτών. Μετά από αυτό, χρησιμοποιώντας τον ίδιο πυκνωτή και την ίδια απόσταση μεταξύ των πλακών του, η χωρητικότητα C μετράται τοποθετώντας ένα διηλεκτρικό μεταξύ των πλακών πυκνωτή. Η σχετική διαπερατότητα υπολογίζεται ως

r=CC0.

Η ποσότητα που αναφέρεται παραπάνω μετατρέπεται σε εξαρτώμενη από τη συχνότητα για χρονικά μεταβαλλόμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία.

Εφαρμογές σχετικής επιτρεπότητας

Η σχετική διαπερατότητα είναι μια πληροφορία που απαιτείται για το σχεδιασμό πυκνωτών και σε διάφορες συνθήκες και περιστάσεις όπου το υλικό αναμένεται πιθανώς να προκαλέσει χωρητικότητα σε ένα κύκλωμα. Ας υποθέσουμε ότι ένα συγκεκριμένο υλικό με υψηλή διαπερατότητα τοποθετείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Η τιμή ή το μέγεθος αυτού του πεδίου θα μειωθεί όσο βρίσκεται εντός του όγκου του συγκεκριμένου διηλεκτρικού. Αυτό το γεγονός χρησιμοποιείται συχνά για την αύξηση της χωρητικότητας για ένα συγκεκριμένο σχέδιο πυκνωτή. Τα στρώματα κάτω από αυτούς τους χαραγμένους αγωγούς στις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων και επίσης πάνω τους λειτουργούν ως διηλεκτρικά.

Χρησιμοποιώντας τη σχετική διαπερατότητα ενός διαλύτη, μπορεί κανείς να προσεγγίσει τη χημική πολικότητα του διαλύτη σε καλό βαθμό. Το νερό, για παράδειγμα, είναι ένας πολύ πολικός διαλύτης και η σχετική στατική διαπερατότητα του νερού σε θερμοκρασία 293 Kelvin είναι 80,10. Συγκριτικά, η σχετική στατική διαπερατότητα του ν-εξανίου, ενός μη πολικού διαλύτη, στα ίδια 293 Kelvin, είναι 1,89. Αυτό το γεγονός χρησιμοποιείται για τη δημιουργία των διαφορετικών τύπων χρωματογραφικών τεχνικών.

Ενώ η σχετική διαπερατότητα δίνει ένα καλό μέτρο για την αναγνώριση υλικού μέσω μιας δοκιμής χρωματογραφίας, η συσχέτιση πρέπει να αντιμετωπίζεται με προσοχή. Ένα παράδειγμα τέτοιας εξαίρεσης είναι το διχλωρομεθάνιο και το τετραϋδροφουράνιο. Στα 296 Kelvin, η σχετική στατική διαπερατότητα του διχλωρομεθανίου είναι 9,08. είναι πολύ αδιάλυτο στο νερό. Αλλά στην περίπτωση του τετραϋδροφουρανίου, η σχετική στατική διαπερατότητα στα 295 Kelvin είναι 7,52. Κατά συνέπεια, το τετραϋδροφουράνιο θα πρέπει επίσης να είναι αδιάλυτο στο νερό. Ωστόσο, το τετραϋδροφουράνιο είναι εξαιρετικά διαλυτό στο νερό επειδή τα άτομα οξυγόνου στα μόρια σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με μόρια νερού.

Η σχετική διαπερατότητα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη σύγκριση της πόλωσης δύο οντοτήτων. Ωστόσο, μια τέτοια συσχέτιση θα πρέπει να αντιμετωπίζεται με προσοχή. Για παράδειγμα, η σχετική διαπερατότητα του οξικού οξέος είναι 6,25 και αυτή του ιωδοαιθανίου είναι 7,62. Το άτομο ιωδίου είναι εύκολα πολώσιμο. η σχετική διαπερατότητα του ιωδοαιθανίου πρέπει να είναι μικρότερη από αυτή του οξικού οξέος. Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει.

Σημασία της σχετικής επιτρεπότητας

Ας υποθέσουμε ότι ένα υλικό με υψηλή σχετική διαπερατότητα τοποθετείται μέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Με τη μέτρηση του μεγέθους του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στον όγκο που καταλαμβάνει το διηλεκτρικό, μπορεί να παρατηρηθεί ότι το ηλεκτρικό πεδίο μέσα σε αυτόν τον όγκο μειώνεται. Αυτή η ιδιότητα παίζει ζωτικό ρόλο στη δημιουργία ενός συγκεκριμένου σχεδιασμού πυκνωτή με αυξημένη χωρητικότητα.

Μια μεγαλύτερη σχετική διαπερατότητα είναι ένδειξη ότι το υλικό είναι πιο πολώσιμο. Μια χαμηλότερη σχετική διαπερατότητα δείχνει ότι το υλικό δεν είναι εύκολα πολώσιμο. Με άλλα λόγια, απαιτείται υψηλότερο ηλεκτρικό πεδίο για την πόλωση του υλικού.

Συμπέρασμα

Ο παλαιός όρος για τη σχετική διαπερατότητα ονομάζεται επίσης διηλεκτρική σταθερά. Εξακολουθεί να χρησιμοποιείται συχνά, αλλά τελευταία, τα πρότυπα πολλών οργανισμών το έχουν καταργήσει λόγω της ασάφειάς του. ακόμη και κάποιες προηγούμενες αναφορές το χρησιμοποιούσαν για την απόλυτη διαπερατότητα ε. Η διαπερατότητα συχνά προτιμάται είτε ως στατική ιδιότητα, αλλά μπορεί επίσης να περιγραφεί ως ιδιότητα που εξαρτάται από τη συχνότητα. Η σχετική διαπερατότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υποδηλώσει την πραγματική συνιστώσα ε’r όταν η τιμή της σχετικής διαπερατότητας είναι μιγαδικός αριθμός.