Kaj je elektrika? (S poskusom)

The Električni dodatek Parameter količinsko določa odziv medija na prisotnost električnega polja. Označena je z grško črko ε in njegovo vrednostjo za praznino, ki služi kot referenca za druga sredstva, je naslednja: ε_tudi = 8,8541878176 x 10^-12  C² /N.m² 

Narava medija mu daje poseben odziv na električna polja. Na ta način temperatura, vlaga, molekulska masa, geometrija sestavnih molekul, mehanske napetosti v notranjosti ali da je v prostoru, v katerem je olajšan, nekaj preferencialne smeri.

Slika 1. Zrak postane voznik nad določeno napetostjo. Vir: Pixabay.

V slednjem primeru naj bi gradivo predstavljalo Anizotropija. In kadar nobena smer ni prednostna, se gradivo upošteva izotropno. Prepustnost kakršnih koli homogenih sredstev je mogoče izraziti na podlagi prepustnosti vakuuma ε_tudi Skozi izraz:

ε = κε_tudi

Kjer je κ relativna prepustnost materiala, imenovana tudi Dielektrična konstanta, brezdimenzionalna količina, ki je bila eksperimentalno določena za številne materiale. Kasneje bo razložen način za izvedbo te meritve.

[TOC]

Dielektrični in kondenzatorji

Dielektrik je material, ki ne vodi električne energije, zato ga je mogoče uporabiti kot izolator. Vendar to ne preprečuje, da bi se material odzval na zunanje električno polje in ustvaril svoje.

V nadaljevanju bomo analizirali odziv izotropnih dielektričnih materialov, kot so steklo, vosek, papir, porcelan in nekatere maščobe, ki se običajno uporabljajo v elektroniki.

Električno polje, ki je zunaj dielektrika, lahko ustvarite med dvema kovinskima listoma kondenzatorja plošča.

Vam lahko služi: Thévenin teorem: kaj je sestavljeno, aplikacije in primeri

Dielektrični, za razliko od voznikov, kot je baker, nimajo prostih obremenitev, ki jih je mogoče premakniti znotraj materiala. Molekule, ki jih sestavljajo, so električno nevtralne, vendar se obremenitve lahko rahlo premaknejo. Na ta način jih je mogoče modelirati kot električni dipoli.

Dipol je električno nevtralen, vendar je pozitivna obremenitev ločena na majhno razdaljo od negativne obremenitve. Znotraj dielektričnega materiala in v odsotnosti zunanjega električnega polja se dipoli ponavadi porazdelijo naključno, kot je razvidno iz slike 2.

Slika 2. V dielektričnem materialu so dipoli naključno usmerjeni. Vir: Self Made.

Dielektrični v zunanjem električnem polju

Ko je dielektrik vstavljen na sredino zunanjega polja, na primer tistega, ki je ustvarjen znotraj dveh prevodnih listov, se dipoli reorganizirajo in obremenitve ločijo, kar ustvari notranje električno polje v materialu v nasprotni smeri do zunanjega do zunanje smeri Polje.

Ko se ta premik zgodi, se reče, da je gradivo Polarizirano.

Slika 3. Polariziran dielektrični material. Vir: Self Made.

Ta inducirana polarizacija povzroči mrežo ali posledično električno polje In Zmanjšanje, učinek, prikazan na sliki 3, saj imata zunanje polje in notranje polje, ustvarjeno z omenjeno polarizacijo. Velikost In Daje ga:

E = e_tudi - In_Yo

Zunanje polje doživi zmanjšanje zahvaljujoč interakciji z materialom v faktorju, imenovanem κ ali dielektrična konstanta materiala, makroskopske lastnosti istega. Glede na ta znesek je rezultat ali neto polje:

E = e_tudi/κ

Dielektrična konstanta κ je relativni dodatek materiala, brezdimenzionalna količina, ki je vedno večja od 1 in enaka 1 v vakuumu.

Vam lahko služi: nepravilna galaksija: tvorba, značilnosti, vrste, primeri

κ = ε/ε_tudi

Ali ε = κε_tudi Kot je opisano na začetku. Enote ε so enake enotnim ε_tudi: C² /N.m² od m.

Merjenje električnega dodatka

Učinek vstavljanja dielektrika med kondenzatorskimi ploščami je omogočiti dodatno shranjevanje obremenitve, to je povečanje zmogljivosti. To dejstvo je odkril Michael Faraday v 19. stoletju.

Možno je meriti dielektrično konstanto materiala s pomočjo vzporednega kondenzatorja plošče na naslednji način: Kadar je med ploščami le zrak, je mogoče dokazati, da je zmogljivost podana z::

C_tudi = ε_tudi. A/d

Kje C_tudi To je zmogljivost kondenzatorja, Do Je območje plošč in d je razdalja med njimi. Ko pa vstavite dielektrik, se zmogljivost poveča v κ faktorju, kot je razvidno v prejšnjem razdelku, nato pa je nova zmogljivost C sorazmerna z izvirnikom:

C = κε_tudi. A/d = ε. A/d

Razlog med končno in začetno zmogljivostjo je dielektrična konstanta materiala ali relativni dodatek:

κ = c /c_tudi 

In absolutni električni dodatek zadevnega materiala je znan skozi:

ε = ε_tudi .  (C / c_tudi)

Ukrepi je mogoče enostavno izvesti, če je na voljo multimeter, ki je sposoben meriti kapacitivnost. Druga možnost je merjenje napetosti VO med kondenzatorskimi ploščami brez dielektrika in izoliranega iz vira. Nato se uvede dielektrik in opazimo zmanjšanje napetosti, katerega vrednost bo v.

Potem κ = v_tudi / V

Eksperimentiranje za merjenje električnega dodatka zraka

-Materiali

- Ravne plošče kondenzator vzporedno nastavitvena ločitev.

- Mikrometrični ali vernirski vijak.

Vam lahko služi: mehanski valovi: značilnosti, lastnosti, formule, vrste

- Multimeter, ki ima funkcijo merilne zmogljivosti.

- Graf papir.

-Postopek

- Izberite ločitev d Med kondenzacijskimi ploščami in s pomočjo multimetra merijo zmogljivost C_tudi. Zapišite podatkovni par v tabelo vrednosti.

- Prejšnji postopek ponovite za vsaj 5 ločij od plošč.

- Poiščite količnik (A/D) Za vsako izmerjeno meritev.

- Zahvaljujoč izrazu C_tudi = ε_tudi. A/d Znano je, da c_tudi Je sorazmerna s količnikom (A/d). Graf na milimetrskem papirju vsaka vrednost C_tudi z njihovo vrednostjo A/d.

- Vizualno prilagodite najboljšo črto in določite pobočje. Ali poiščite naklon z linearno regresijo. Vrednost pobočja je dodatek zraka.

Pomembno

Ločitev med ploščami ne sme presegati približno 2 mm, saj je enačba za zmogljivost vzporedne kondenzacije plošče neskončne plošče. Vendar je to dokaj dober pristop, saj je stran plošč vedno veliko večja od ločitve med njimi.

Ta eksperiment določa dodatek zraka, ki je precej blizu. Dielektrična konstanta vakuuma je κ = 1, medtem ko je suh zrak κ = 1.00059.

Reference

1. Dielektric. Dielektrična konstanta. Okrevano od: električarji.Cl.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Fizične serije za znanost in inženiring. Zvezek 5 Električna interakcija. 2. mesto. Izdaja. 213-215.
3. Laboratori d'Electricat I magnetisme (UPC). Relativni dodatek materiala. Okreval od: Elaula.je.
4. Monge, m. Dielektric. Elektrostatično polje. Univerza Carlos III iz Madrida. Okreval od: OCW.UC3M.je.
5. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14^th. Ed. 797 - 806.