APAKAH PEMALAR DIELEKTRIK? - FIZIKAL - 2025

The pemalar dielektrik adalah nilai yang berkaitan dengan bahan yang diletakkan di antara plat kapasitor (atau kapasitor - Rajah 1) dan yang membolehkan mengoptimumkan dan meningkatkan fungsinya. (Giancoli, 2006). Dielektrik adalah sinonim dengan penebat elektrik, iaitu bahan-bahan yang tidak membenarkan aliran arus elektrik.

Nilai ini penting dari banyak aspek, kerana setiap orang biasa menggunakan peralatan elektrik dan elektronik di kediaman, ruang rekreasi, stesen pendidikan atau tempat kerja kita, tetapi pasti kita tidak menyedari proses rumit yang berlaku dalam peralatan ini agar dapat berfungsi.

Rajah 1: Jenis kapasitor yang berbeza.

Sebagai contoh, komponen mini, televisyen dan peranti multimedia kami, menggunakan arus terus untuk fungsinya, tetapi arus domestik dan perindustrian yang sampai ke rumah dan tempat kerja kami adalah arus bergantian. Bagaimana ini boleh berlaku ?.

Gambar 2: Litar elektrik peralatan domestik

Jawapan untuk soalan ini terdapat dalam peralatan elektrik dan elektronik yang sama: kapasitor (atau kapasitor). Komponen-komponen ini memungkinkan, antara lain, untuk memungkinkan pembetulan arus ulang-alik ke arus terus dan fungsinya bergantung pada geometri atau bentuk kapasitor dan bahan dielektrik yang terdapat dalam reka bentuknya.

Bahan dielektrik memainkan peranan penting, kerana membolehkan plat yang membentuk kapasitor dibawa berdekatan, tanpa menyentuh, dan menutup sepenuhnya ruang antara plat tersebut dengan bahan dielektrik untuk meningkatkan fungsi kapasitor.

Asal pemalar dielektrik: kapasitor dan bahan dielektrik

Nilai pemalar ini adalah hasil eksperimen, iaitu, ia berasal dari eksperimen yang dilakukan dengan pelbagai jenis bahan penebat dan menghasilkan fenomena yang sama: peningkatan fungsi atau kecekapan kapasitor.

Kapasitor dihubungkan dengan kuantiti fizikal yang disebut kapasitans "C", yang menentukan jumlah cas elektrik "Q" yang dapat disimpan oleh kapasitor dengan memberikan perbezaan potensi tertentu "∆V" (Persamaan 1).

(Persamaan 1)

Eksperimen telah menyimpulkan bahawa dengan menutup sepenuhnya ruang antara plat kapasitor dengan bahan dielektrik, kapasitor meningkatkan kapasitansinya dengan faktor κ, yang disebut "pemalar dielektrik." (Persamaan 2).

(Persamaan 2)

Ilustrasi kapasitor C plat selari rata yang diisi dan akibatnya dengan medan elektrik seragam yang diarahkan ke bawah antara platnya ditunjukkan dalam Rajah 3.

Di bahagian atas rajah adalah kapasitor dengan vakum di antara platnya (vakum - permitiviti ∊0). Kemudian, di bahagian bawah, kapasitor yang sama dengan kapasitansi C '> C ditunjukkan, dengan dielektrik di antara platnya (permitiviti ∊).

Rajah 3: Kapasitor plat selari pelan tanpa dielektrik dan dielektrik.

Figueroa (2005), menyenaraikan tiga fungsi untuk bahan dielektrik dalam kapasitor:

1. Mereka membenarkan pembinaan yang kaku dan padat dengan jurang kecil antara plat konduktif.
2. Mereka membenarkan voltan yang lebih tinggi diaplikasikan tanpa menyebabkan pelepasan (medan elektrik kerosakan lebih besar daripada udara)
3. Meningkatkan kapasitansi kapasitor dengan faktor κ yang dikenali sebagai pemalar dielektrik bahan.

Oleh itu, penulis menunjukkan bahawa, κ "dipanggil pemalar dielektrik bahan dan mengukur tindak balas dipol molekulnya ke medan magnet luaran". Maksudnya, pemalar dielektrik semakin tinggi semakin tinggi polaritas molekul bahan.

Model atom dielektrik

Secara umum, bahan mempunyai susunan molekul khusus yang bergantung pada molekul itu sendiri dan unsur-unsur yang membentuknya dalam setiap bahan. Di antara susunan molekul yang campur tangan dalam proses dielektrik adalah yang disebut "molekul polar" atau terpolarisasi.

Dalam molekul polar, terdapat pemisahan antara kedudukan tengah cas negatif dan kedudukan tengah cas positif, menyebabkan mereka mempunyai tiang elektrik.

Sebagai contoh, molekul air (Rajah 4) terpolarisasi secara kekal kerana pusat taburan muatan positif berada di tengah-tengah antara atom hidrogen. (Serway dan Jewett, 2005).

Gambar 4: Pembahagian molekul air.

Semasa dalam molekul BeH2 (berilium hidrida - Gambar 5), molekul linier, tidak ada polarisasi, kerana pusat pengedaran cas positif (hidrogen) berada di pusat penyebaran cas negatif (berilium) , membatalkan polarisasi yang mungkin ada. Ini adalah molekul bukan polar.

Rajah 5: Pembahagian molekul berilium hidrida.

Dalam urat yang sama, apabila bahan dielektrik berada di hadapan medan elektrik E, molekul-molekul akan sejajar sebagai fungsi medan elektrik, menyebabkan kepadatan cas permukaan pada wajah dielektrik yang menghadap plat kapasitor.

Oleh kerana fenomena ini, medan elektrik di dalam dielektrik kurang daripada medan elektrik luaran yang dihasilkan oleh kapasitor. Ilustrasi berikut (Rajah 6) menunjukkan dielektrik polarisasi elektrik dalam kapasitor plat selari-satah.

Penting untuk diperhatikan bahawa fenomena ini lebih mudah terjadi pada bahan polar daripada yang bukan polar, kerana adanya molekul polarisasi yang berinteraksi dengan lebih cekap di hadapan medan elektrik. Walaupun begitu, kehadiran medan elektrik semata-mata menyebabkan polarisasi molekul nonpolar, mengakibatkan fenomena yang sama dengan bahan polar.

Gambar 6: Model molekul terpolarisasi dielektrik kerana medan elektrik berasal dari kapasitor yang dicas.

Nilai pemalar dielektrik dalam beberapa bahan

Bergantung pada fungsi, ekonomi, dan utiliti utama kapasitor, bahan penebat yang berbeza digunakan untuk mengoptimumkan prestasinya.

Bahan seperti kertas sangat murah, walaupun dapat gagal pada suhu tinggi atau bersentuhan dengan air. Walaupun getah, ia masih mudah ditempa tetapi lebih tahan. Kami juga mempunyai porselin, yang tahan terhadap suhu tinggi walaupun tidak dapat menyesuaikan diri dengan bentuk yang berbeda seperti yang diperlukan.

Berikut adalah jadual di mana pemalar dielektrik dari beberapa bahan ditentukan, di mana pemalar dielektrik tidak mempunyai unit (tidak berdimensi):

Jadual 1: Pemalar dielektrik beberapa bahan pada suhu bilik.

Beberapa aplikasi bahan dielektrik

Bahan dielektrik penting dalam masyarakat global dengan berbagai aplikasi, dari komunikasi darat dan satelit termasuk perisian radio, GPS, pemantauan alam sekitar melalui satelit, antara lain. (Sebastian, 2010)

Selanjutnya, Fiedziuszko dan lain-lain (2002) menerangkan kepentingan bahan dielektrik untuk pengembangan teknologi tanpa wayar, termasuk untuk telefon bimbit. Dalam penerbitan mereka, mereka menerangkan perkaitan jenis bahan ini dalam miniaturisasi peralatan.

Dalam susunan idea ini, kemodenan telah menghasilkan permintaan yang tinggi untuk bahan dengan pemalar dielektrik tinggi dan rendah untuk pengembangan kehidupan teknologi. Bahan-bahan ini merupakan komponen penting untuk peranti Internet dari segi fungsi penyimpanan data, komunikasi dan prestasi penghantaran data. (Nalwa, 1999).

Rujukan

1. Fiedziuszko, SJ, Hunter, IC, Itoh, T., Kobayashi, Y., Nishikawa, T., Stitzer, SN, & Wakino, K. (2002). Bahan dielektrik, peranti, dan litar. Transaksi IEEE mengenai teori dan teknik gelombang mikro, 50 (3), 706-720.
2. Figueroa, D. (2001). Interaksi Elektrik. Caracas, Venezuela: Miguel Angel García and Son, SRL.
3. Giancoli, D. (2006). FIZIKAL. Bermula dengan aplikasi. Mexico: PENDIDIKAN PEARSON.
4. Nalwa, HS (Ed.). (1999). Buku panduan bahan pemalar dielektrik rendah dan tinggi dan aplikasinya, set dua jilid. Elsevier.
5. Sebastian, MT (2010). Bahan dielektrik untuk komunikasi tanpa wayar. Elsevier.
6. Serway, R. & Jewett, J. (2005). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Mexico: Editor Thomson Antarabangsa.