Apa itu elektrik? (Dengan percubaan)

The Elaun elektrik Ia adalah parameter yang mengukur tindak balas medium ke kehadiran medan elektrik. Ia dilambangkan dengan huruf Yunani ε dan nilainya untuk kekosongan, yang berfungsi sebagai rujukan untuk cara lain, adalah seperti berikut: ε_{Sama ada} = 8,8541878176 x 10^-12  C² /N.m² 

Sifat medium memberi dia tindak balas tertentu ke medan elektrik. Dengan cara ini suhu, kelembapan, berat molekul, geometri molekul konstituen, ketegangan mekanikal di dalam atau bahawa terdapat beberapa arah keutamaan di ruang di mana kewujudan bidang itu difasilitasi.

Rajah 1. Udara menjadi pemandu di atas voltan tertentu. Sumber: Pixabay.

Dalam kes yang terakhir dikatakan bahawa bahan tersebut Anisotropi. Dan apabila tidak ada arah yang istimewa, bahan dianggap isotropik. Kebolehtelapan apa -apa cara homogen boleh dinyatakan berdasarkan kebolehtelapan vakum ε_{Sama ada} Melalui ungkapan:

ε = κε_{Sama ada}

Di mana κ adalah kebolehtelapan relatif bahan, juga dipanggil Pemalar dielektrik, Jumlah tanpa dimensi yang telah ditentukan secara eksperimen untuk pelbagai bahan. Kemudian cara untuk menjalankan pengukuran ini akan dijelaskan.

[TOC]

Dielektrik dan kapasitor

Dielektrik adalah bahan yang tidak menjalankan elektrik dengan baik, jadi ia boleh digunakan sebagai penebat. Walau bagaimanapun, ini tidak menghalang bahan daripada bertindak balas ke medan elektrik luaran, mencipta sendiri.

Dalam apa yang berikut, kita akan menganalisis tindak balas bahan dielektrik isotropik seperti kaca, lilin, kertas, porselin dan beberapa lemak yang biasa digunakan dalam elektronik.

Medan elektrik luaran ke dielektrik boleh dibuat di antara dua lembaran logam kapasitor plak rata.

Boleh melayani anda: Teorem Thévenin: Apa yang terdiri, aplikasi dan contoh

Dielektrik, tidak seperti pemandu seperti tembaga, kekurangan beban percuma yang boleh dipindahkan di dalam bahan. Molekul yang membentuknya secara elektrik neutral, tetapi beban boleh bergerak sedikit. Dengan cara ini mereka boleh dimodelkan sebagai dipoles elektrik.

Dipole secara elektrik neutral, tetapi beban positif dipisahkan jarak yang kecil dari beban negatif. Di dalam bahan dielektrik dan tanpa adanya medan elektrik luaran, dipoles biasanya diedarkan secara rawak, seperti yang dapat dilihat dalam Rajah 2.

Rajah 2. Dalam bahan dielektrik, dipoles berorientasikan secara rawak. Sumber: Diri Diri.

Dielektrik dalam medan elektrik luaran

Apabila dielektrik diperkenalkan di tengah -tengah medan luaran, contohnya yang dibuat di dalam dua lembaran konduktif, dipoles disusun semula dan beban dipisahkan, mewujudkan medan elektrik dalaman dalam bahan ke arah yang bertentangan ke luaran medan.

Apabila anjakan ini berlaku, dikatakan bahawa bahan itu Terpolarisasi.

Rajah 3. Bahan dielektrik polarisasi. Sumber: Diri Diri.

Polarisasi yang disebabkan ini menyebabkan medan elektrik bersih atau yang dihasilkan Dan Penurunan, kesan yang ditunjukkan dalam Rajah 3, kerana medan luaran dan medan dalaman yang dihasilkan oleh polarisasi tersebut, mempunyai arah yang sama tetapi deria bertentangan. Magnitud Dan Ia diberikan oleh:

E = e_{Sama ada} - Dan_Yo

Bidang luaran mengalami pengurangan terima kasih kepada interaksi dengan bahan dalam faktor yang dipanggil κ atau pemalar dielektrik bahan, harta makroskopik yang sama. Dari segi jumlah ini, medan yang dihasilkan atau bersih adalah:

E = e_{Sama ada}/κ

Pemalar dielektrik κ adalah elaun relatif bahan, jumlah tanpa dimensi selalu lebih besar daripada 1 dan sama dengan 1 dalam vakum.

Boleh melayani anda: galaksi yang tidak teratur: pembentukan, ciri, jenis, contoh

κ = ε/ε_{Sama ada}

Atau ε = κε_{Sama ada} Seperti yang dijelaskan pada awal. Unit ε adalah sama seperti ε ε_{Sama ada}: C² /N.m² m.

Pengukuran elaun elektrik

Kesan memasukkan dielektrik antara plat pemeluwap adalah untuk membolehkan penyimpanan beban tambahan, iaitu peningkatan kapasiti. Fakta ini ditemui oleh Michael Faraday pada abad ke -19.

Adalah mungkin untuk mengukur pemalar dielektrik bahan menggunakan kapasitor plak rata selari seperti berikut: Apabila hanya terdapat udara di antara plat, dapat ditunjukkan bahawa kapasiti diberikan oleh:

C_{Sama ada} = ε_{Sama ada}. A/d

Di mana C_{Sama ada} Ia adalah kapasiti kapasitor, Ke Ia adalah kawasan pinggan dan d adalah jarak antara mereka. Tetapi apabila memasukkan dielektrik, kapasiti meningkat dalam faktor κ, seperti yang dilihat di bahagian sebelumnya, dan kemudian kapasiti C baru C adalah berkadar dengan asal:

C = κε_{Sama ada}. A/D = ε. A/d

Alasan antara kapasiti akhir dan awal adalah pemalar dielektrik bahan atau elaun relatif:

κ = c /c_{Sama ada} 

Dan elaun elektrik mutlak bahan yang dipersoalkan diketahui melalui:

ε = ε_{Sama ada} .  (C / c_{Sama ada})

Langkah -langkahnya boleh dilakukan dengan mudah jika multimeter yang mampu mengukur kapasitans tersedia. Alternatif adalah untuk mengukur voltan VO antara plat pemeluwap tanpa dielektrik dan terpencil dari sumber. Dielektrik kemudian diperkenalkan dan penurunan voltan diperhatikan, yang nilainya akan v.

Maka κ = v_{Sama ada} / V

Percubaan untuk mengukur elaun elektrik udara

-Bahan

- Plat rata pemisahan laras selari.

- Skru mikrometrik atau vernier.

Boleh melayani anda: Gelombang mekanikal: ciri, sifat, formula, jenis

- Multimeter yang mempunyai fungsi mengukur kapasiti.

- Kertas graf.

-Prosedur

- Pilih pemisahan d Di antara plat pemeluwap dan dengan bantuan multimeter mengukur kapasiti C_{Sama ada}. Tulis pasangan data dalam jadual nilai.

- Ulangi prosedur sebelumnya untuk sekurang -kurangnya 5 pemisahan dari plat.

- Cari kuota (A/d) Untuk setiap ukuran yang diukur.

- Terima kasih kepada ungkapan C_{Sama ada} = ε_{Sama ada}. A/d Diketahui bahawa c_{Sama ada} Ia berkadar dengan kuota (A/d). Graf pada kertas milimeter setiap nilai C_{Sama ada} dengan nilai masing -masing dari A/d.

- Secara visual menyesuaikan garis terbaik dan tentukan cerun anda. Atau cari cerun dengan regresi linear. Nilai cerun adalah elaun udara.

Penting

Pemisahan antara plat tidak boleh melebihi kira -kira 2 mm, kerana persamaan untuk kapasiti kapasitor plat rata selari adalah plat tak terhingga. Walau bagaimanapun, ini adalah pendekatan yang cukup baik, kerana sisi plat selalu lebih besar daripada pemisahan di antara mereka.

Eksperimen ini menentukan elaun udara, yang agak dekat dengan vakum. Pemalar dielektrik vakum adalah κ = 1, manakala udara kering adalah κ = 1.00059.

Rujukan

1. Dielektrik. Pemalar dielektrik. Pulih dari: juruelektrik.Cl.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Siri Fizikal untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 5 Interaksi Elektrik. 2. Edisi. 213-215.
3. Laboratori d'Eclectricitat I Magnetisme (UPC). Elaun relatif bahan. Pulih dari: Elaula.adalah.
4. Monge, m. Dielektrik. Medan elektrostatik. Universiti Carlos III dari Madrid. Pulih dari: ocw.UC3m.adalah.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fizik universiti dengan fizik moden. 14^th. Ed. 797 - 806.