Ще в школі на уроках фізики викладач,розповідаючи про електричні явища, пояснював, що таке діелектрична проникність середовища. Надалі, якщо основна професія не пов'язана з електротехнікою, тема благополучно забувалася. У даній роботі ми згадаємо, що ж ховається за цим визначенням.
Зазвичай для пояснення терміна «діелектричнапроникність середовища »прийнято розглядати приклад з конденсатором, пластини якого плоскі. Уявімо найпростіший конденсатор, що знаходиться у вакуумі. Визначимо значення електричного заряду:
Qv = (U * S * Ev) / d,
де d - відстань між пластинами, U -напруга, S - площа пластини, Ev - діелектр. постійна. Остання є еталонним значенням, її представляє діелектрична проникність середовища без повітря (вакуум) і дорівнює 8.85 * 10 ^ -12 Фарад на метр.
Але в конденсаторах розділяє пластини середовищемможе виступати не тільки вакуум, але і будь-який інший діелектричний матеріал. Очевидно, що в цьому випадку діелектрична проникність середовища відрізняється від «Ev», тому й заряд змінюється. Якщо конденсатор підключений до джерела ЕРС, то значення заряду на пластинах стає рівним Qz. Діелектрична проникність матеріалу представляє собою відношення заряду пластин підключеного конденсатора Qz до заряду в разі вакууму Qv, тобто
E = Qz / Qv.
Очевидно, що розмірність відсутня. Живиться конденсатор споживає додаткову потужність від джерела.
Фактично, це відносна діелектричнапроникність середовища. Вона показує, у скільки разів зменшується інтенсивність взаємодії зарядів, розділених діелектриком, в порівнянні з пластинами в вакуумі. Також можна сказати, що це одна з характеристик матеріалу.
Якщо ж при накопиченні заряду на пластинах подача енергії припиняється, має місце інше явище. Знижується величина напруги і, як наслідок, падає напруженість електричного поля. Чому?
Будь-який матеріал складається з атомів з обертовиминавколо ядра електронами. При появі електричного поля відбувається розосередження носіїв заряду в кожній молекулі згідно полярності зовнішнього впливу - виникає так звана поляризація, що формує диполь. Це електронний її вид. Сам матеріал може складатися як з полярних, так і неполярних молекул. У першому випадку молекула орієнтується згідно полю (напрузі), а так як диполі самопозиціонується, то відносна діелектрична проникність досить висока. Значення їх проникності часто перевищує 100 одиниць. У другому випадку (неполярні молекули) хоча завдяки дії поля диполі і утворюються, частина енергії витрачається на підтримання їх просторової конфігурації, тому проникність несуттєва і рідко перевищує 5 одиниць. Варто відзначити, що газоподібна речовина завжди має низький показник проникності через малу кількість молекул в одиниці об'єму, причому незалежно від їх природної структури.
Для більшості поширених діелектричнихматеріалів дані по проникності наводяться у відповідних таблицях, тому при виконанні розрахунків не виникає складнощів з визначенням потрібного значення. Цікаво, що повітря має проникністю в 1 одиницю. Це пояснює, чому в конденсаторах використовують різні додаткові діелектричні прошарку - кераміка, слюда, парафін тощо. Всі ці матеріали, володіючи більш високою проникністю, збільшують значення накопичується на пластинах заряду. Іншими словами, ємність можна регулювати не тільки способом розташування пластин, а й розділяє їх матеріалом. Чемпіонами серед речовин з високою проникністю є кераміка (близько 80) і очищена від домішок вода (не менше 81).
