PERMETTIVITÀ DIELETTRICA, il valore di ε, che caratterizza la polarizzazione dei dielettrici sotto l'azione di un campo elettrico di intensità E. La costante dielettrica entra nella legge di Coulomb come una quantità che mostra quante volte la forza di interazione di due cariche libere in un dielettrico è minore che nel vuoto. L'indebolimento dell'interazione si verifica a causa dello screening delle cariche libere da parte delle cariche legate formate a seguito della polarizzazione del mezzo. Le cariche legate derivano da una microscopica ridistribuzione spaziale delle cariche (elettroni, ioni) in un mezzo elettricamente neutro nel suo insieme.
La connessione tra i vettori di polarizzazione P, l'intensità del campo elettrico E e l'induzione elettrica D in un mezzo isotropo nel sistema di unità SI ha la forma:
dove ε 0 è una costante elettrica. Il valore della permittività ε dipende dalla struttura e Composizione chimica sostanze, nonché pressione, temperatura e altro condizioni esterne(tavolo).
Per i gas il suo valore è vicino a 1, per liquidi e solidi varia da alcune unità a diverse decine, per i ferroelettrici può raggiungere 10 4 . Una tale diffusione nei valori di ε è dovuta a diversi meccanismi di polarizzazione che avvengono in diversi dielettrici.
La teoria microscopica classica porta a un'espressione approssimativa per la permittività dei dielettrici non polari:
dove n i è la concentrazione dell'i-esimo tipo di atomi, ioni o molecole, α i è la loro polarizzabilità, β i è il cosiddetto fattore di campo interno, dovuto alle caratteristiche strutturali di un cristallo o di una sostanza. Per la maggior parte dei dielettrici con permittività compresa tra 2 e 8, β = 1/3. Solitamente la permittività è praticamente indipendente dall'ampiezza del campo elettrico applicato fino alla rottura elettrica del dielettrico. Gli alti valori di ε di alcuni ossidi metallici e altri composti sono dovuti alle peculiarità della loro struttura, che consente, sotto l'azione del campo E, uno spostamento collettivo dei sottoreticoli di positivi e ioni negativi in direzioni opposte e la formazione di significative cariche legate al confine del cristallo.
Il processo di polarizzazione dielettrica quando viene applicato un campo elettrico non si sviluppa istantaneamente, ma in un certo tempo τ (tempo di rilassamento). Se il campo E cambia nel tempo t secondo una legge armonica con una frequenza ω, allora la polarizzazione del dielettrico non ha il tempo di seguirla e appare una differenza di fase δ tra le oscillazioni P ed E. Quando si descrivono le oscillazioni P ed E con il metodo delle ampiezze complesse, la permittività è rappresentata da un valore complesso:
ε = ε’ + iε",
inoltre, ε' e ε" dipendono da ω e τ, e il rapporto ε"/ε' = tg δ determina le perdite dielettriche nel mezzo. Lo sfasamento δ dipende dal rapporto τ e dal periodo del campo Т = 2π/ω. A t<< Т (ω<< 1/τ, низкие частоты) направление Р изменяется практически одновременно с Е, т. е. δ → 0 (механизм поляризации «включён»). Соответствующее значение ε’ обозначают ε (0) . При τ >> T (alte frequenze) la polarizzazione non tiene il passo con la variazione di Ε, δ → π e ε' in questo caso denotiamo ε (∞) (il meccanismo di polarizzazione è “spento”). È ovvio che ε (0) > ε (∞), e nei campi alternati la permittività risulta essere una funzione di ω. Vicino a ω = l/τ, ε' cambia da ε (0) a ε (∞) (regione di dispersione), e la dipendenza tgδ(ω) passa per un massimo.
La natura delle dipendenze ε'(ω) e tgδ(ω) nella regione di dispersione è determinata dal meccanismo di polarizzazione. Nel caso di polarizzazioni ioniche ed elettroniche con spostamento elastico delle cariche legate, la variazione di P(t) con graduale inclusione del campo E ha il carattere di oscillazioni smorzate, e le dipendenze ε'(ω) e tanδ(ω ) sono detti risonanti. Nel caso della polarizzazione orientativa, l'instaurazione di P(t) è esponenziale, e le dipendenze ε'(ω) e tgδ(ω) sono chiamate rilassamento.
I metodi per misurare la polarizzazione dielettrica si basano sui fenomeni di interazione di un campo elettromagnetico con i momenti di dipolo elettrico di particelle di materia e sono diversi per le diverse frequenze. La maggior parte dei metodi a ω ≤ 10 8 Hz si basa sul processo di carica e scarica di un condensatore di misura riempito con il dielettrico esaminato. A frequenze più alte, vengono utilizzati metodi guida d'onda, risonanti, multifrequenza e altri.
In alcuni dielettrici, ad esempio ferroelettrici, la relazione proporzionale tra P ed Ε [P = ε 0 (ε – 1)E] e, di conseguenza, tra D ed E è già violata nei campi elettrici ordinari raggiunti nella pratica. Formalmente, questa è descritta come la dipendenza ε(Ε) ≠ const. In questo caso, una caratteristica elettrica importante del dielettrico è la permittività differenziale:
Nei dielettrici non lineari, il valore di ε diff viene solitamente misurato in deboli campi alternati con la contemporanea imposizione di un forte campo costante, e la componente variabile ε diff è chiamata permittività reversibile.
Illuminato. vedi a st. Dielettrici.
Il fenomeno della polarizzazione è giudicato dal valore della permittività ε. Il parametro ε, che caratterizza la capacità di un materiale di formare una capacità, è chiamato permittività relativa.
La parola "relativo" è solitamente omessa. Va tenuto presente che la capacità elettrica della sezione di isolamento con elettrodi, ad es. condensatore, dipende dalle dimensioni geometriche, dalla configurazione degli elettrodi e dalla struttura del materiale che forma il dielettrico di questo condensatore.
Nel vuoto, ε = 1, e qualsiasi dielettrico è sempre maggiore di 1. Se C0 - mangia-
un osso, tra le cui piastre c'è un vuoto, di forma e dimensione arbitrarie, e C è la capacità di un condensatore della stessa dimensione e forma, ma riempito con un dielettrico con una permittività ε, quindi
Indicando con C0 la costante elettrica (F/m) pari a
C0 = 8.854.10-12,
trovare la permittività assoluta
ε’ = ε0 .ε.
Determiniamo i valori di capacità per alcune forme di dielettrici.
Per condensatore piatto
С = ε0 ε S/h = 8.854 1О-12 ε S/h.
dove S è l'area della sezione trasversale dell'elettrodo, m2;
h è la distanza tra gli elettrodi, m.
Valore pratico la costante dielettrica è molto alta. Determina non solo la capacità del materiale di formare una capacità, ma entra anche in una serie di equazioni di base che caratterizzano i processi fisici che si verificano nel dielettrico.
La costante dielettrica dei gas, a causa della loro bassa densità (dovuta alle grandi distanze tra le molecole) è insignificante e vicina all'unità. Tipicamente, la polarizzazione di un gas è elettronica o dipolare se le molecole sono polari. ε del gas è maggiore, maggiore è il raggio della molecola. Una variazione del numero di molecole di gas per unità di volume di gas (n) con una variazione di temperatura e pressione provoca una variazione della costante dielettrica del gas. Il numero di molecole N è proporzionale alla pressione e inversamente proporzionale alla temperatura assoluta.
Quando l'umidità cambia, la costante dielettrica dell'aria cambia leggermente in proporzione diretta alla variazione di umidità (a temperatura ambiente). A temperature elevate, l'influenza dell'umidità è notevolmente migliorata. La dipendenza dalla temperatura della permittività è caratterizzata dall'espressione
T K ε = 1 / ε (dε / dT).
Usando questa espressione, si può calcolare la variazione relativa della costante dielettrica con una variazione di temperatura di 1 0 K - il cosiddetto coefficiente di temperatura TK della costante dielettrica.
Il valore del TC di un gas non polare si trova con la formula
T K ε \u003d (ε -1) / dT.
dove T è la temperatura. A.
La costante dielettrica dei liquidi dipende fortemente dalla loro struttura. I valori di ε dei liquidi non polari sono piccoli e vicini al quadrato dell'indice di rifrazione della luce n 2. La costante dielettrica dei liquidi polari, utilizzati come dielettrici tecnici, varia da 3,5 a 5, che è notevolmente superiore a quella dei liquidi apolari.
Pertanto, la polarizzazione dei liquidi contenenti molecole di dipolo è determinata simultaneamente dalle polarizzazioni elettronica e di dipolo-rilassamento.
I liquidi altamente polari sono caratterizzati da un elevato valore di ε a causa della loro elevata conduttività. La dipendenza dalla temperatura di ε nei liquidi a dipolo è più complessa che nei liquidi neutri.
Pertanto, ε a una frequenza di 50 Hz per il bifenile clorurato (savol) aumenta rapidamente a causa di un forte calo della viscosità del liquido e del dipolo
le molecole hanno il tempo di orientarsi a seguito di un cambiamento di temperatura.
La diminuzione di ε si verifica a causa di un aumento del moto termico delle molecole, che ne impedisce l'orientamento nella direzione del campo elettrico.
I dielettrici sono divisi in quattro gruppi in base al tipo di polarizzazione:
Il primo gruppo è a composizione singola, omogeneo, puro, senza additivi, dielettrici, che hanno principalmente polarizzazione elettronica o denso impaccamento di ioni. Questi includono dielettrici solidi non polari e debolmente polari allo stato cristallino o amorfo, nonché liquidi e gas non polari e debolmente polari.
Il secondo gruppo è dielettrico tecnico con polarizzazioni elettroniche, ioniche e simultaneamente con dipolo-rilassamento. Questi includono sostanze semiliquide e solide organiche polari (dipolo), come composti di olio-colofonia, cellulosa, resine epossidiche e materiali compositi costituiti da queste sostanze.
Il terzo gruppo è dielettrici tecnici con polarizzazioni ioniche ed elettroniche; i dielettrici con polarizzazioni di rilassamento ioniche elettroniche sono divisi in due sottogruppi. Il primo sottogruppo comprende principalmente sostanze cristalline con impaccamento stretto di ioni ε< 3,0.
Il secondo sottogruppo comprende vetri e materiali inorganici contenenti una fase vetrosa, nonché sostanze cristalline con impaccamento ionico sciolto.
Il quarto gruppo è costituito da ferroelettrici con polarizzazioni spontanee, elettroniche, ioniche, di rilassamento elettrone-ione, nonché migratori o ad alta tensione per materiali compositi, complessi e stratificati.
4. Perdite dielettriche dei materiali isolanti elettrici. Tipi di perdite dielettriche.
Le perdite dielettriche sono la potenza dissipata in un dielettrico quando esposto a un campo elettrico e provocando il riscaldamento del dielettrico.
Le perdite nei dielettrici sono osservate come a Tensione CA, e costante, poiché nel materiale viene rilevata una corrente passante dovuta alla conduttività. A tensione costante, quando non c'è polarizzazione periodica, la qualità del materiale è caratterizzata, come accennato in precedenza, dai valori del volume specifico e dalle resistenze superficiali. Con una tensione alternata è necessario utilizzare qualche altra caratteristica della qualità del materiale, poiché in questo caso, oltre alla corrente passante, ci sono cause aggiuntive che causano perdite nel dielettrico.
Le perdite dielettriche in un materiale elettricamente isolante possono essere caratterizzate dalla dissipazione di potenza per unità di volume o da perdite specifiche; più spesso, per valutare la capacità di un dielettrico di dissipare potenza in un campo elettrico, viene utilizzato l'angolo di perdita dielettrica, nonché la tangente di questo angolo.
Riso. 3-1. Carica contro tensione per un dielettrico lineare senza perdite (a), con perdite (b)
L'angolo di perdita dielettrica è l'angolo che integra fino a 90° l'angolo dello sfasamento tra corrente e tensione in un circuito capacitivo. Per un dielettrico ideale, il vettore di corrente in un tale circuito anticiperà il vettore di tensione di 90°, mentre l'angolo di perdita dielettrica sarà zero. Maggiore è la potenza dissipata nel dielettrico, che si trasforma in calore, minore è l'angolo di sfasamento e maggiore è l'angolo e la sua funzione tg.
Dalla teoria correnti alternateè noto che la potenza attiva
Ra = UI cos (3-1)
Esprimiamo le potenze per i circuiti in serie e in parallelo in termini di capacità Cs e Сp e dell'angolo , che è il complemento dell'angolo fino a 90°.
Per circuito seriale, utilizzando l'espressione (3-1) e il corrispondente diagramma vettoriale, si ha
Pa = 
(3-2)
tg = Csrs (3-3)
Per circuito parallelo
P a \u003d Ui a \u003d U 2 C p tg (3-4)
tg = (3-5)
Equiparando tra loro le espressioni (3-2) e (3-4), così come (3-3) e (3-5), troviamo la relazione tra Сp e Cs e tra rp e rs
C p \u003d C s /1 + tg 2 (3-6)
r p = r s (1+ 1/tg 2 ) (3-7)
Per dielettrici di alta qualità, puoi trascurare il valore di tg2 rispetto all'unità nella formula (3-8) e calcolare Ср Cs С Le espressioni per la potenza dissipata nel dielettrico, in questo caso, saranno le stesse per entrambi i circuiti :
P e U 2 Ctg (3-8)
dove Ra - potenza attiva, W; U - tensione, V; - frequenza angolare, s-1; C - capacità, F.
La resistenza rr in un circuito parallelo, come segue dall'espressione (3-7), è molte volte maggiore della resistenza rs L'espressione per perdite dielettriche specifiche, cioè la potenza dissipata per unità di volume del dielettrico, ha la forma:
(3-9)
dove ð - perdite specifiche, W/m3; \u003d 2 - frequenza angolare, s-1, E - intensità del campo elettrico, V / m.
In effetti, sarà la capacità tra le facce opposte di un cubo con un lato di 1 m
С1 = 0 r , componente reattiva della conduttività
(3-10)
un componente attivo
Avendo determinato con qualche metodo a una certa frequenza i parametri del circuito equivalente del dielettrico in esame (Ср e rр o Cs e rs), l caso generaleè impossibile considerare i valori ottenuti di capacità e resistenza inerenti a questo condensatore e utilizzare questi dati per calcolare l'angolo di perdita a una frequenza diversa. Tale calcolo può essere effettuato solo se il circuito equivalente ha una certa giustificazione fisica. Quindi, ad esempio, se è noto per un dato dielettrico che le perdite in esso sono determinate solo dalle perdite dovute alla conduzione passante in un ampio intervallo di frequenze, allora l'angolo di perdita di un condensatore con tale dielettrico può essere calcolato per qualsiasi frequenza che si trova in questa gamma
tg=1/ Crp(3-12)
dove C e rp sono capacità e resistenza costanti misurate a una data frequenza.
Le perdite in un tale condensatore, come è facile vedere, non dipendono dalla frequenza:
Pa=U2/rp (3-13)
al contrario, se le perdite nel condensatore sono principalmente dovute alla resistenza dei fili di alimentazione, nonché alla resistenza degli elettrodi stessi (ad esempio, un sottile strato di argento), allora la potenza dissipata in tale condensatore sarà aumenta in proporzione al quadrato della frequenza:
Pa=U2 C tg =U2 C Crs=U2 2C2rs (3-14)
Dall'ultima espressione si può trarre una conclusione pratica molto importante: i condensatori progettati per funzionare ad alta frequenza dovrebbero avere la resistenza più bassa possibile sia degli elettrodi che dei fili di collegamento e dei contatti di transizione.
In base alle loro caratteristiche e natura fisica, le perdite dielettriche possono essere suddivise in quattro tipi principali:
1) perdite dielettriche dovute alla polarizzazione;
2) perdite dielettriche dovute alla conduzione passante;
perdite dielettriche di ionizzazione;
perdite dielettriche dovute a disomogeneità della struttura.
Le perdite dielettriche dovute alla polarizzazione sono particolarmente chiaramente osservate nelle sostanze con polarizzazione di rilassamento: nei dielettrici di una struttura a dipolo e nei dielettrici di una struttura ionica con impaccamento sciolto di ioni.
Le perdite dielettriche di rilassamento sono causate dalla violazione del movimento termico delle particelle sotto l'influenza delle forze del campo elettrico.
Le perdite dielettriche osservate nei ferroelettrici sono associate al fenomeno della polarizzazione spontanea. Pertanto, le perdite nel ferroelettrico sono significative a temperature inferiori al punto di Curie, quando si osserva la polarizzazione spontanea. A temperature superiori al punto di Curie, le perdite nel ferroelettrico diminuiscono. L'invecchiamento elettrico di un ferroelettrico nel tempo è accompagnato da una certa diminuzione delle perdite.
Le perdite dielettriche dovute alla polarizzazione dovrebbero includere anche le cosiddette perdite di risonanza, che si manifestano nei dielettrici alle alte frequenze. Questo tipo di perdita si osserva con particolare chiarezza in alcuni gas ad una frequenza strettamente definita e si esprime nell'assorbimento intenso dell'energia del campo elettrico.
Le perdite per risonanza sono possibili anche nei solidi se la frequenza delle oscillazioni forzate causate dal campo elettrico coincide con la frequenza delle oscillazioni naturali delle particelle solido. La presenza di un massimo nella dipendenza dalla frequenza di tg è anche caratteristica del meccanismo di perdita risonante, tuttavia, in questo caso la temperatura non influisce sulla posizione del massimo.
Le perdite dielettriche dovute alla conduzione passante si riscontrano nei dielettrici che hanno un volume notevole o una conducibilità superficiale.
La tangente di perdita dielettrica in questo caso può essere calcolata dalla formula
Perdite dielettriche di questo tipo non dipendono dalla frequenza del campo; tg diminuisce con la frequenza secondo la legge iperbolica.
Le perdite dielettriche dovute alla conduttività elettrica aumentano esponenzialmente con la temperatura
PaT=Aexp(-b/T) (3-16)
dove A, b sono costanti materiali. Approssimativamente la formula (3-16) può essere riscritta come segue:
PaT=Pa0exp( t) (3-17)
dove PaT - perdite alla temperatura t, °C; Pa0 - perdite alla temperatura di 0°C; è la costante materiale.
La tangente di perdita dielettrica varia con la temperatura secondo la stessa legge che viene utilizzata per approssimare la dipendenza dalla temperatura di Pa, poiché la variazione di temperatura della capacità può essere trascurata.
Le perdite dielettriche di ionizzazione sono inerenti ai dielettrici e allo stato gassoso; Le perdite di ionizzazione compaiono in campi elettrici non uniformi a intensità superiori al valore corrispondente all'inizio della ionizzazione di un dato gas. Le perdite di ionizzazione possono essere calcolate con la formula
Pa.i=A1f(U-Ui)3 (3-18)
dove A1 - fattore costante; f è la frequenza del campo; U - tensione applicata; Ui - tensione corrispondente all'inizio della ionizzazione.
La formula (3-18) è valida per U > Ui e una dipendenza lineare di tg da E. La tensione di ionizzazione Ui dipende dalla pressione alla quale si trova il gas, poiché lo sviluppo della ionizzazione per impatto delle molecole è associato alla media libera percorso dei portatori di carica.
Perdite dielettriche dovute a disomogeneità strutturali si osservano in dielettrici stratificati, da carta e tessuto impregnati, in plastica caricata, in ceramica porosa in micaniti, mycalex, ecc.
A causa della diversità della struttura dei dielettrici disomogenei e delle caratteristiche dei componenti in essi contenuti, non esiste una formula generale per il calcolo delle perdite dielettriche di questo tipo.
Costante dielettrica del mezzoε c è una grandezza che caratterizza l'influenza del mezzo sulle forze di interazione dei campi elettrici. Vari ambienti hanno vari significatiεc.
La permittività assoluta del vuoto è detta costante elettrica ε 0 =8.85 10 -12 f/m.
Il rapporto tra la permittività assoluta del mezzo e la costante elettrica è chiamato permittività relativa
quelli. la permittività relativa ε è un valore che mostra quante volte la permittività assoluta del mezzo è maggiore della costante elettrica. Il valore ε non ha dimensione.
Tabella 1
Permettività relativa dei materiali isolanti
Come si può vedere dalla tabella, la maggior parte dei dielettrici ε = 1-10 e poco dipende dalle condizioni elettriche e dalla temperatura ambiente .
C'è un gruppo di dielettrici chiamato ferroelettrici, in quale ε può raggiungere valori fino a 10.000, e ε dipende fortemente dal campo esterno e dalla temperatura. I ferroelettrici includono titanato di bario, titanato di piombo, sale di Rochelle, ecc.
domande di prova
1. Qual è la struttura di un atomo di alluminio, rame?
2. In quali unità vengono misurate le dimensioni degli atomi e delle loro particelle?
3. Quale carica elettrica hanno gli elettroni?
4. Perché le sostanze sono elettricamente neutre nel loro stato normale?
5. Cosa si chiama campo elettrico e come viene rappresentato convenzionalmente?
6. Cosa determina la forza dell'interazione tra le cariche elettriche?
7. Perché alcuni materiali sono conduttori e altri isolanti?
8. Quali materiali sono conduttori e quali isolanti?
9. Come si può caricare il corpo di elettricità positiva?
10. Qual è la cosiddetta permittività relativa?
Il livello di polarizzabilità di una sostanza è caratterizzato da un valore speciale, chiamato costante dielettrica. Consideriamo qual è questo valore.
Supponiamo che l'intensità di un campo uniforme tra due piastre cariche nel vuoto sia uguale a E₀. Ora riempiamo il divario tra loro con qualsiasi dielettrico. che compaiono al confine tra il dielettrico e il conduttore a causa della sua polarizzazione, neutralizzano parzialmente l'effetto delle cariche sulle piastre. L'intensità E di questo campo diventerà minore dell'intensità E₀.
L'esperienza rivela che quando lo spazio tra le piastre viene successivamente riempito con dielettrici uguali, l'intensità dell'intensità del campo sarà diversa. Pertanto, conoscendo il valore del rapporto dell'intensità del campo elettrico tra le piastre in assenza del dielettrico Е₀ e in presenza del dielettrico Е, si può determinare la sua polarizzabilità, cioè la sua costante dielettrica. Questo valore è solitamente indicato dalla lettera greca ԑ (epsilon). Pertanto, si può scrivere:
La permittività dielettrica mostra quante volte queste cariche in un dielettrico (omogeneo) saranno inferiori rispetto al vuoto.
La diminuzione della forza di interazione tra le cariche è causata dai processi di polarizzazione del mezzo. In un campo elettrico, gli elettroni negli atomi e nelle molecole diminuiscono rispetto agli ioni e T.e. quelle molecole che hanno un proprio momento dipolare (in particolare le molecole d'acqua) si orientano nel campo elettrico. Questi momenti creano il proprio campo elettrico, che si oppone al campo che li ha provocati. Di conseguenza, il campo elettrico totale diminuisce. In piccoli campi, questo fenomeno è descritto utilizzando il concetto di permittività.
Di seguito è riportata la permittività nel vuoto di varie sostanze:
Aria………………………………....1,0006
Paraffina…………………………....2
Plexiglas (plexiglass)……3-4
Ebanite……………………………..…4
Porcellana……………………………....7
Vetro…………………………..…….4-7
Mica……………………………..….4-5
Seta naturale ........... 4-5
Ardesia..............................6-7
Ambra…………………………...……12.8
Acqua………………………………...….81
Questi valori della costante dielettrica delle sostanze si riferiscono a temperature ambiente comprese tra 18 e 20 °C. Quindi, la permittività solidi varia leggermente con la temperatura, ad eccezione dei ferroelettrici.
Al contrario, nei gas diminuisce per l'aumento della temperatura e aumenta per l'aumento della pressione. In pratica, è preso come unità.
Le impurità in piccole quantità hanno scarso effetto sul livello della costante dielettrica dei liquidi.
Se due cariche puntiformi arbitrarie sono poste in un dielettrico, l'intensità di campo creata da ciascuna di queste cariche nella posizione dell'altra carica diminuisce di ԑ volte. Ne consegue che anche la forza con cui queste cariche interagiscono tra loro è ԑ volte inferiore. Pertanto, per le cariche poste in un dielettrico, si esprime con la formula:
F = (q₁q₂)/(4πԑₐr²),
dove F è la forza di interazione, q₁ e q₂, sono le grandezze delle cariche, ԑ è la permittività assoluta del mezzo, r è la distanza tra le cariche puntiformi.
Il valore di ԑ può essere mostrato numericamente in unità relative (rispetto al valore della permittività assoluta del vuoto ԑ₀). Il valore ԑ = ԑₐ/ԑ₀ è detto permittività relativa. Rivela quante volte l'interazione tra cariche in un mezzo omogeneo infinito è più debole che nel vuoto; ԑ = ԑₐ/ԑ₀ è spesso chiamata permettività complessa. Il valore numerico della quantità ԑ₀, così come la sua dimensione, dipendono dal sistema di unità scelto; e il valore di ԑ non dipende. Quindi, nel sistema CGSE ԑ₀ = 1 (questa è la quarta unità di base); nel sistema SI, la permittività del vuoto è espressa come:
ԑ₀ = 1/(4π˖9˖10⁹) farad/metro = 8,85˖10⁻¹² f/m (in questo sistema, ԑ₀ è una quantità derivata).
Permittività relativa ambiente ε - adimensionale quantità fisica caratterizzare le proprietà di un mezzo isolante (dielettrico). È connesso con l'effetto di polarizzazione dei dielettrici sotto l'azione di un campo elettrico (e con il valore della suscettività dielettrica del mezzo che caratterizza questo effetto). Il valore di ε mostra quante volte la forza di interazione di due cariche elettriche in un mezzo è inferiore a quella nel vuoto. La permettività relativa dell'aria e della maggior parte degli altri gas in condizioni normali è vicina all'unità (a causa della loro bassa densità). Per la maggior parte dei dielettrici solidi o liquidi, la permittività relativa varia da 2 a 8 (per un campo statico). La costante dielettrica dell'acqua in un campo statico è piuttosto alta - circa 80. I suoi valori sono grandi per sostanze con molecole che hanno un grande dipolo elettrico. La permittività relativa dei ferroelettrici è di decine e centinaia di migliaia.
La permittività dei dielettrici è uno dei parametri principali nella progettazione di condensatori elettrici. L'uso di materiali con un'elevata costante dielettrica può ridurre notevolmente le dimensioni fisiche dei condensatori.
Il parametro di permittività viene preso in considerazione durante la progettazione di circuiti stampati. Il valore della costante dielettrica della sostanza tra gli strati in combinazione con il suo spessore influisce sul valore della capacità statica naturale degli strati di potenza e influisce in modo significativo anche sulla resistenza all'onda dei conduttori sulla scheda.
Va notato che la permittività dipende in larga misura dalla frequenza del campo elettromagnetico. Questo dovrebbe sempre essere preso in considerazione, poiché le tabelle del manuale di solito contengono dati per un campo statico o basse frequenze fino a diverse unità di kHz senza specificare questo fatto. Allo stesso tempo, esistono anche metodi ottici per ottenere la permittività relativa dall'indice di rifrazione utilizzando ellissometri e rifrattometri. Il valore ottenuto con il metodo ottico (frequenza 10 14 Hz) differirà significativamente dai dati nelle tabelle.
Si consideri, ad esempio, il caso dell'acqua. Nel caso di un campo statico (la frequenza è zero), la permittività relativa in condizioni normali è di circa 80. Questo è il caso fino alle frequenze dell'infrarosso. A partire da circa 2 GHz εr inizia a cadere. Nella gamma ottica εrè di circa 1,8. Ciò è coerente con il fatto che nella gamma ottica l'indice di rifrazione dell'acqua è 1,33. In un intervallo di frequenza ristretto, chiamato ottico, l'assorbimento dielettrico scende a zero, il che fornisce effettivamente a una persona un meccanismo di visione atmosfera terrestre satura di vapore acqueo. Man mano che la frequenza aumenta ulteriormente, le proprietà del mezzo cambiano nuovamente.
| Sostanza | Formula chimica | Condizioni di misurazione | Il valore caratteristico ε r |
|---|---|---|---|
| Alluminio | Al | 1kHz | -1300 + 1.3 Modello: Ei |
| D'argento | Ag | 1kHz | -85 + 8 Modello: Ei |
| Vuoto | - | - | 1 |
| Aria | - | Condizioni di riferimento, 0,9 MHz | 1,00058986±0,00000050 |
| Diossido di carbonio | CO2 | Condizioni normali | 1,0009 |
| Teflon | - | - | 2,1 |
| Nylon | - | - | 3,2 |
| Polietilene | [-CH 2 -CH 2 -] n | - | 2,25 |
| Polistirolo | [-CH 2 -C (C 6 H 5) H-] n | - | 2,4-2,7 |
| Gomma | - | - | 2,4 |
| Bitume | - | - | 2,5-3,0 |
| disolfuro di carbonio | CS2 | - | 2,6 |
| Paraffina | C 18 H 38 - C 35 H 72 | - | 2,0-3,0 |
| Carta | - | - | 2,0-3,5 |
| Polimeri elettroattivi | − | − | 2-12 |
| Ebanite | (Do6A9S) 2 | − | 2,5-3,0 |
| plexiglas (plexiglas) | - | - | 3,5 |
| Quarzo | SiO2 | - | 3,5-4,5 |
| Silice | SiO2 | − | 3,9 |
| Bachelite | - | - | 4,5 |
| Calcestruzzo | − | − | 4,5 |
| Porcellana | − | − | 4,5-4,7 |
| Bicchiere | − | − | 4,7 (3,7-10) |
| Fibra di vetro FR-4 | - | - | 4,5-5,2 |
| Getinak | - | - | 5-6 |
| Mica | - | - | 7,5 |
| Gomma | − | − | 7 |
| Policor | 98% Al2O3 | - | 9,7 |
| Diamante | − | − | 5,5-10 |
| Sale | NaCl | − | 3-15 |
| Grafite | C | − | 10-15 |
| Ceramica | − | − | 10-20 |
| Silicio | Si | − | 11.68 |
| Bor | B | − | 2.01 |
| Ammoniaca | NH3 | 20°C | 17 |
| 0°C | 20 | ||
| -40°C | 22 | ||
| -80°C | 26 | ||
| Etanolo | C 2 H 5 OH o CH 3 -CH 2 -OH | − | 27 |
| metanolo | CH3OH | − | 30 |
| glicole etilenico | HO-CH 2 -CH 2 -OH | − | 37 |
| Furfurolo | C5H4O2 | − | 42 |
