Диелектрична проницаемост

Диелектричната проницаемост е физична величина, описваща как електричното поле влияе на диелектрична среда и как се променя самото то в резултат на това взаимодействие. Диелектричната проницаемост се определя от способността на материала да се поляризира в резултат от приложеното електрично поле, и във връзка с това частично да неутрализира полето в материала. Ето защо диелектричната проницаемост се отнася до свойството на материала да провежда (или да „позволява“ наличието на) електричното поле, т.е. се отнася до т. нар. електрична възприемчивост.

Диелектричната проницаемост е свързана с множество други физични величини като електрически капацитет и скорост на светлината. Например в кондензатора използването на материал с по-голямата диелектрична проницаемост позволява даден електричен заряд да се натрупа при по-малко напрежение, респ. води до по-голям капацитет на кондензатора при еднакви други параметри.

Абсолютната диелектрична проницаемост ε е отношението на електричната индукция D към интензитета E на електричното поле в условията на вакуум и е една от фундаменталните константи във физиката. Стандартната SI размерност за диелектрична проницаемост е фарад на метър (F/m или F·m⁻¹).^[1]

\varepsilon _{0}={\frac {1}{c^{2}\mu _{0}}}\approx 8,8541878176

× 10^-12 F/m,

където $c$ е скоростта на светлината, а $\mu _{0}$ e магнитната проницаемост на вакуума. Всички константи са дефинирани в единици от SI. Размерността може да се изрази и с други мерни единици:

{\frac {\text{F}}{\text{m}}}={\frac {\text{C}}{{\text{V}}{\cdot }{\text{m}}}}={\frac {{\text{C}}^{2}}{{\text{N}}{\cdot }{\text{m}}^{2}}}={\frac {{\text{C}}^{2}{\cdot }{\text{s}}^{2}}{{\text{kg}}{\cdot }{\text{m}}^{3}}}

$\,\varepsilon _{0}$ фигурира също в константата на Кулон ${\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}$ (виж Електростатика).

Ако средата е хомогенна (еднородна) и изотропна (с еднакви свойства във всички посоки), диелектричната проницаемост е константа (наричана още диелектрична константа) и съвпада с:

Относителната диелектрична проницаемост $\varepsilon _{r}$ , която се определя числено от отношението на капацитета на кондензатор с разглеждания диелектрик между плочите към капацитета на същия кондензатор с вакуум между плочите, т.е.

\varepsilon _{r}={\frac {\varepsilon }{\varepsilon _{0}}}

.

В общия случай обаче диелектричната проницаемост е тензор от (ранг 2) свързан с интензитета на индуциращото електрично поле:

{\mathbf {P} }=\varepsilon _{0}\chi _{e}{\mathbf {E} }

където $\,\varepsilon _{0}$ е диелектричната проницаемост на вакуума, P – плътност на поляризацията

Диелектричната проницаемост на средата е свързана с (ди) електричната възприемчивост $\chi _{e}\$ посредством:

\chi _{e}\ =\varepsilon _{r}-1

В случай че средата е вакуум:

\chi _{e}\ =0

Електричната индукция D е свързана с плътността на поляризация P чрез равенството:

\mathbf {D} \ =\ \varepsilon _{0}\mathbf {E} +\mathbf {P} \ =\ \varepsilon _{0}(1+\chi _{e})\mathbf {E} \ =\ \varepsilon \mathbf {E}

Относителна диелектрична проницаемост на някои вещества
при 18 °C и честота 50 Hz (в случай че не е дадено) ^[2]
Вещество	ε_r	Вещество	ε_r
Вакуум	1,0	Въздух	1,00059
Вода	80,1	Вода (f = 2,54 GHz)	77
Морска вода	72	Амоняк (0 °C)	1,007
Лед (−20 °C)	≈ 100	Лед (−20 °C, f > 100 kHz)	3,2
Суха земя (почва)	3,9	Влажна земя (почва)	29
Суха дървесина	2 – 3,5	Хартия	1,4
Гума	2,4	Специална керамика	10 –20
Стъкло	6 – 8	Порцелан	2 – 6
Полиетилен (PE)	2,25	Полиетилен (90 °C)	2,4
Политетрафлуоретилен (PTFE или Тефлон)	2 – 2,1	Полипропилен (PP) (90 °C)	2,1
Полистирол	2,56	Полистиролна пяна (Стиропор ® BASF)	1,03
Гетинакс (FR-2), Епоксидно фибростъкло (FR-4)	4,3 – 5,4	Поливинилхлорид (PVC)	3 – 4
Кварц	3,8	Слюда	5,4
Силиций (чист)	11,8	Германий	16,6
Двуалуминиев триокис	3,09 – 3,14	Алуминиев оксид (Глина)	9
Електроизолационна хартия	4,3	Шеллак	3 – 4
Парафин	2,2	Калиев хлорид	4,94
Петрол	2	Бензол	2,28
Метанол	32,6	Пропанол	18,3
Танталпентоксид	27	Глицерин	42,5
Акрилонитрил-бутадиен-стирен (ABS) (30 °C)	4,3	Бариев титанат	10³–10⁴

Източници

↑ The International System of Units (SI) (PDF) (8th ed.), ISBN 92-822-2213-6, стр. 119.
↑
Tabellierte, umfassende Übersichten frequenz- und temperaturabhängiger, komplexer relativer Permittivitäten vieler Materialien finden sich in
- A. C. Metaxas, R. J. Meredith: Industrial Microwave Heating. IEE Power Engineering Series Peter Peregrinus, London 1983, ISBN 0-906048-89-3.
und vor allem in
- Dielectric Materials and Applications. Technology Press, Boston MA u. a. 1954 (2nd edition. Artech House, Boston MA u. a. 1995, ISBN 0-89006-805-4).

Вижте също

Външни препратки

What is the significance of permittivity of free space? Архив на оригинала от 2008-12-05 в Wayback Machine.

[1] The International System of Units (SI) (PDF) (8th ed.), ISBN 92-822-2213-6, стр. 119.

[2] Tabellierte, umfassende Übersichten frequenz- und temperaturabhängiger, komplexer relativer Permittivitäten vieler Materialien finden sich in
A. C. Metaxas, R. J. Meredith: Industrial Microwave Heating. IEE Power Engineering Series Peter Peregrinus, London 1983, ISBN 0-906048-89-3.
und vor allem in
Dielectric Materials and Applications. Technology Press, Boston MA u. a. 1954 (2nd edition. Artech House, Boston MA u. a. 1995, ISBN 0-89006-805-4).

[3] A. C. Metaxas, R. J. Meredith: Industrial Microwave Heating. IEE Power Engineering Series Peter Peregrinus, London 1983, ISBN 0-906048-89-3.

[4] Dielectric Materials and Applications. Technology Press, Boston MA u. a. 1954 (2nd edition. Artech House, Boston MA u. a. 1995, ISBN 0-89006-805-4).

[1]

[2]