SI-yksiköt | faradi per metri |
---|---|
Ulottuvuus | M -1 · L- 3 · T 4 · I 2 |
Luonto | Koko tensori intensiivinen |
Linkki muihin kokoihin |
Permittiivisyys , erityisesti dielektrinen permittiivisyys , on ominaisuus, fyysinen , joka kuvaa vastetta tietyn elatusaineessa sähkökentän soveltaa.
Se on makroskooppinen ominaisuus , joka on välttämätön sähköstaattisuudessa sekä jatkuvan väliaineen elektrodynamiikassa . Se on mukana monilla aloilla, erityisesti sähkömagneettisten aaltojen ja erityisesti näkyvän valon ja lähetystoiminnassa käytettyjen aaltojen etenemisen tutkimuksessa .
Siksi sitä löytyy optiikasta taitekertoimen kautta . Valon taittumista ja heijastumista säätelevät lait käyttävät sitä.
Sähkömagnetiikassa sähköinen induktio kenttä edustaa tapaa, jolla sähkökenttä vaikuttaa järjestämistä sähkövarausten tietyn materiaalin, erityisesti siirtymä maksut (eli merkintä ) ja uudelleen suuntaamista sähköinen dipolien.
Sähkö- ja induktiokenttien suhde permittiviteettiin, lineaarisen, homogeenisen, isotrooppisen materiaalin hyvin yksinkertaisessa tapauksessa ja reagoimalla hetkellisesti sähkökentän muutoksiin, on:
missä tarkoittaa permitaatiota skalaarimuodossa .
Yleisesti ottaen permittiviteetti ei ole vakio: se vaihtelee materiaalin sijainnin, käytetyn kentän taajuuden, kosteuden, lämpötilan ja muiden parametrien mukaan. Epälineaarisessa materiaalissa läpäisevyys voi riippua sähkökentän voimakkuudesta.
Lisäksi läpäisevyys sähkö- ja induktiokenttien taajuuden funktiona voi ottaa todellisia tai monimutkaisia arvoja.
Vektorikenttä ilmaistaan voltteina metriä kohti ( V m -1 ) ja vektorikenttä ilmaistaan kulonkeina neliömetriä kohden ( C m −2 = A s m −2 ).
Yhtälön homogeenisuuden ylläpitämiseksi määrä on siksi ilmaistava kulonkeina (ts. Ampeerisekunteina) volttia ja metriä kohti ( C V -1 m -1 ).
Koska kondensaattorin, jonka kapasiteetti on C , faradeissa ( F ), joille altistetaan jännite u , voltteina ( V ), on q = C ⋅ u , yksiköt ovat yhteydessä toisiinsa C = F V , C V -1 = F , joten se ilmaistaan yleensä faradeina metriä kohti ( F / m ).
Edustamaan permittiivisyys väliaineen muita kuin tyhjiössä, kutsuttu suure suhteellinen permittiivisyys tai ”dielektrisen vakion” on käytössä. Tämä määrä suhteuttaa väliaineen ja alipaineen läpäisevyyden :
Tyhjiö valitaan vertailuväliaineeksi, koska se on lineaarinen, homogeeninen, isotrooppinen ja hetkellisen vasteen. Permittiivisyys tyhjiössä on vakio:
Tämä vertailutyhjiö on absoluuttinen ja teoreettinen tyhjiö, jota ei voida saavuttaa käytännössä kokeellisesti. Monissa kokeissa neutraali kaasu matalassa paineessa (kuten ilma, tai vielä paremminkin halogeeni) hyväksytään riittäväksi tyhjiön lähestymiseen. Muissa tapauksissa (etenkin jos kaasu voidaan ionisoida tai jos kokeellisesti lähestytyn alipaineen paine on riittävä tulosten väärentämiseksi), tämän kaasun suhteellinen läpäisevyys otetaan huomioon.
Suhteellinen läpäisevyys riippuu käytetyn sähkökentän taajuudesta. Esimerkiksi veden lämpötilassa 20 ° C se muuttuu 80: stä alle GHz: n taajuuksille alle 10: een yli 100 GHz: n taajuuksille.
Se liittyy väliaineen taitekertoimeen n suhteella:
Materiaali | Suhteellinen läpäisevyys ε r |
---|---|
tyhjä | 1 |
ilma kuivaa | 1.0006 |
puhelinjohdon eristys | 1.5 |
Teflon (PTFE) | 2.1 |
muuntajaöljy, parafiini , maaöljy | 2.2 |
paperi | 2.3 |
polystyreeni (PS) | 2.4 |
vulkanoitu kumi | 2.7 |
Pleksilasi (PMMA) | 3.5 |
Voimapaperi (öljykyllästetty) | 3.5 |
Bakeliitti (PF) | 3.6 |
marmori | 4 |
kaapelin eristys suurta virtaa varten | 4.5 |
kvartsi | 4.5 |
tavallinen lasi | 5 |
kiille | 3−6 |
vettä | 78.5 |
Katso myös yksityiskohtainen taulukko seuraavassa osassa.
Mikroskooppisella tasolla materiaalin läpäisevyys liittyy materiaalin muodostavien molekyylien tai atomien sähköiseen polarisoituvuuteen .
Materiaalin läpäisevyys on tensorimäärä (materiaalin vaste voi riippua materiaalin kiteisten akselien orientaatiosta), joka pienenee skalaariksi isotrooppisissa väliaineissa.
Se on hyvin yleisesti monimutkainen , kuvitteellinen osa liittyy materiaalin sähkömagneettisen kentän absorboinnin tai emissioilmiöön.
Dielektrisyysvakio on myös merkitty k integroitujen piirien ja puolijohteiden alalla. Niin kutsutut low-k-materiaalit ovat pienen läpäisevyyden dielektrikoita. Niitä käytetään eristeinä metallikytkentöjen välillä niiden välisen kytkennän vähentämiseksi.
Joidenkin eristeiden suhteellinen läpäisevyys
|
|
Todellisessa dielektrisessä väliaineessa on aina pieni johtavuus matalilla taajuuksilla, jotka on kytketty erilaisiin mikroskooppisiin mekanismeihin (erityisesti viat). Sitten puhumme dielektrisistä tappioista . Voimme ottaa nämä menetykset huomioon määrittelemällä monimutkaisen permittiviteetin:
Nämä tappiot ovat usein hyvin pieniä. Kuvitteellinen osa on siis hyvin pieni verrattuna todelliseen osaan. Joskus puhumme häviökulmasta , joka ilmaistaan prosentteina ja määritetään
Tämä nimi selitetään sillä, että tämä kulma on kulma, jonka muodostavat sähkökenttä ja sähköiset siirtovektorit kompleksitasossa.
Permittiviteetin todelliset ja kuvitteelliset osat eivät ole täysin riippumattomia. Heitä yhdistää Kramers-Kronig-suhde .
Siinä tapauksessa, että väliaineen permittiviteetti on monimutkainen, tämän väliaineen taitekerrointa ja sen suhteellista permittiviteettiä sitova suhde on aina olemassa:
missä on väliaineen monimutkainen taitekerroin, väliaineen taitekerroin (jota käytetään sähkömagneettisen aallon etenemisnopeuden laskemiseen tässä väliaineessa) ja määrittää absorboinnin tässä väliaineessa (jos se kasvaa, absorptio kasvaa ja päinvastoin ).
Sähköherkkyys on dimensioton luku, joka . Se liittyy permittiviteettiin suhteella
, voimassa lineaarisen, homogeenisen ja isotrooppisen väliaineen tapauksessa.Permittiviteetti on makroskooppinen määrä; polarisaatio määritetään atomille tai molekyylille. Tiettyjen oletusten mukaan nämä kaksi on mahdollista yhdistää: tämä on Clausius-Mossotti-kaava .
Permittiviteettimittaus voidaan suorittaa käyttämällä erilaisia instrumentteja, kuten:
Nämä instrumentit mittaavat aaltojen käyttäytymistä, kun ne joutuvat kosketuksiin materiaalin kanssa tai kulkevat sen läpi. Tällöin on välttämätöntä käyttää uutto algoritmia , jotta tietää permittiivisyys. Käytetyimmät ovat NRW (Nicolson Ross Weir) ja Baker Jarvis (NIST: ssä kehitetty iteratiivinen algoritmi).