Что такое диэлектрическая постоянная
Содержание
Любое вещество имеет определенные электрические свойства, зависящие от его молекулярной структуры. Такой параметр, как диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая постоянная позволяет лучше понять поведение поля электрической и магнитной природы внутри вещества. Если говорить простыми словами, она показывает насколько легко ток проходит сквозь вещество. Если последнее имеет высокую диэлектрическую проницаемость, то оно является изолятором, а если низкую, то проводником.
Физический смысл постоянной
Диэлектрическая постоянная — это физическая величина, характеризующая свойства среды как диэлектрика. Она встречается в уравнениях некоторых законов электромагнетизма, таких как закон Кулона, закон Гаусса и уравнения Максвелла. Диэлектрическая или электрическая постоянная показывает, как среда влияет на взаимодействие электрических зарядов и на интенсивность электрического поля.
В устаревшей терминологии эта постоянная использовалась под названием диэлектрическая проницаемость вакуума, но ее физический смысл не изменился: параметр показывает, как среда способна изменять внутреннее электрическое поле при наличии внешнего.
Обозначается константа буквой , а измеряется в фарадах на метр (Ф/м). Единица измерения диэлектрической проницаемости среды в международной системе СИ названа в честь великого физика М. Фарадея.
Что называют диэлектрической проницаемостью
Диэлектрическая проницаемость веществ отражает их реакцию на воздействие внешнего электрического поля и связана с явлением диэлектрической поляризации. Под воздействием внешнего поля в среде возникают электрические диполи, создающие собственное электрическое поле, направленное в противоположную сторону по отношению к внешнему полю и уменьшающее интенсивность внешнего поля.
Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем сильнее среда поляризуется и тем меньше интенсивность поля в ней. Таким образом, эффективная диэлектрическая проницаемость определяет степень экранирования электрического поля средой.
Диэлектрическая проницаемость — это физическая характеристика, определяемая как отношение проницаемости среды к проницаемости вакуума. Она показывает, насколько сильнее или слабее электрические заряды взаимодействуют в данной среде по сравнению с вакуумом и во сколько раз меньше интенсивность электрического поля в среде по сравнению с вакуумом.
Греческая буква ε — это обозначение диэлектрической проницаемости. Она является безразмерной величиной. Проницаемость вакуума равна 1, но для других сред она может изменяться в зависимости от их состава, структуры, температуры, частоты электрического поля и других факторов. Чтобы знать проницаемость конкретного диэлектрика или любого другого вещества, следует воспользоваться специальной литературой, в которой есть таблица с такими данными.
Абсолютная и относительная проницаемость
В физике используется понятие абсолютной и относительной диэлектрической проницаемости. Абсолютная диэлектрическая проницаемость выражается через произведение диэлектрической постоянной и относительной проницаемости. Ее формула выглядит так:
Относительная диэлектрическая проницаемость среды показывает, как сила взаимодействия 2-х зарядов в конкретной среде отличается от такой же силы в вакууме. Величина является безразмерной, а имеет ту же размерность, что и диэлектрическая постоянная, то есть, Ф/метр.
Относительная диэлектрическая проницаемость оказывает влияние на электроемкость проводников в среде. Ее увеличение приводит к увеличению значений емкости.
Диэлектрическая проницаемость зависит от состава, структуры, температуры, частоты внешнего поля и других факторов. Выделяют разные ее виды в зависимости от механизма поляризации среды. Например, электронная диэлектрическая проницаемость зависит от перемещения электронов относительно ядер атомов или молекул в среде.
Ионная диэлектрическая проницаемость связана с движением положительных и отрицательных ионов в кристаллической решетке среды. Ориентационная диэлектрическая проницаемость определяется ориентацией уже существующих электрических диполей в среде по направлению внешнего поля. Релаксационная диэлектрическая проницаемость связана с задержкой поляризации среды относительно изменения внешнего поля.
Диэлектрическая проницаемость может быть представлена как комплексная величина, учитывающая амплитуду и фазу поляризации среды относительно внешнего поля. Комплексная диэлектрическая проницаемость определяет не только силу взаимодействия зарядов и интенсивность поля, но и диэлектрические потери — превращение части энергии электрического поля в тепловую энергию. Диэлектрические потери характеризуются тангенсом угла потерь.
Физические величины, связанные с диэлектрической постоянной
Диэлектрическая постоянная является одной из компонент математической записи закона Кулона.
Присутствует этот параметр и в уравнении для вычисления напряженности электрического поля.
Взаимосвязь между напряженностью электрического поля и электрической индукцией выражается таким уравнением:
Но так как = , то можно записать
Существует зависимость между диэлектрической, магнитной постоянной и скоростью света в вакууме:
Произведение — это электромагнитная постоянная времени. Следовательно, диэлектрическая постоянная в комплексе с магнитной отражает скорость распространения электромагнитной волны, определение которой осуществляется с помощью такого уравнения:
Диэлектрическая постоянная необходима для моделирования законов электромагнетизма и помогает понять, как вакуум или другая среда влияет на взаимодействие электрических зарядов и на напряженность электрического поля. Важную роль играет среда с определенной диэлектрической проницаемостью в различных приложениях, связанных с электромагнитными волнами.
Загрузка...
