Dielektromos állandó

A dielektromos állandó az anyagok elektromos mezővel való kölcsönhatását jellemző mennyiség. A dielektromos állandó kifejezés helyett célszerű a relatív (statikus) permittivitás fogalmát használni.

Ha egy térben elektromos töltések halmozódnak fel, a pozitív és negatív töltések között elektromos térerősség jön létre, melynek nagysága függ a töltéseket körülvevő, a teret kitöltő anyagtól. A tér anyaggal való kitöltése után a térerősség megváltozik.

A dielektromos állandó mértéke megmutatja, hogy egy anyagra ható feszültség hatására tárolt elektromos energia milyen méretékben változik a vákuumhoz képest. Más megfogalmazásban: a dielektromos állandó egy kondenzátor kapacitásának aránya ahhoz képest, hogy ha ugyanez a kondenzátor lemezei között vákuum lenne, azaz a relatív dielektromos állandó azt mutatja meg, hányszorosára nő egy kondenzátor kapacitása, ha a fegyverzetei közötti teret vákuum helyett a vizsgált dielektrikummal töltjük ki.

A dielektromos állandó hőmérséklet-, frekvencia-, és nyomásfüggő. Egy anyag dielektromos állandójának kondenzátoroknál van szerepe, mert ez határozza meg, hogy az anyag mekkora kapacitásnövekedést okoz a levegőhöz képest, melyet egységként tekintenek. Vannak anyagok, melyek dielektromos állandója változik a frekvenciával, növekvő frekvenciánál pl. csökken. Például: epoxi műgyanta 3,7-3,4, papír 3,3-2,8, polietilén 2-1.8, porcelán 5,4-5,0.

A kondenzátor kapacitása

A két egymással szemben elhelyezett fémlemezből álló, úgynevezett síkkondenzátor kapacitása geometriai méreteitől, valamint a két fegyverzet közötti szigetelőanyagtól függ:


C = ε 0 ε r A d {\displaystyle C={\frac {\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}A}{d}}}

ahol

C a kondenzátor kapacitása (F)

A a kondenzátor lemezeinek felülete ( m 2 {\displaystyle m^{2}} )

d a lemezek távolsága (m)

ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} a vákuum dielektromos állandója, 8,854187817 * 10 − 12 {\displaystyle 10^{-12}} (As/Vm)[1]

ε r {\displaystyle \varepsilon _{r}} a két fegyverzet közötti anyag relatív dielektromos állandója (mértékegység nélküli mérőszám, amely megmutatja, hogy az adott dielektrikummal a kondenzátor kapacitása hányszorosa a vákuumban mért kapacitásnak)

Dielektromos állandók

A táblázat néhány anyag relatív dielektromos állandóját mutatja. A dielektromos állandók zérus frekvenciára és +20 °C-ra érvényesek.

Anyag ε r {\displaystyle \varepsilon _{r}}
Vákuum 1
Levegő (1 atm) 1,00059
Teflon 2,1
Polietilén 2
Üveg 5-19
Víz 80,4
Neoprén 6,7
Epoxi 3,7
Papír 3,3
Porcelán 5,4

Dielektromos állandó mérése

Többféle módon is meg lehet határozni egy anyag dielektromos állandóját.

A legegyszerűbb módszer a kapacitás mérésén alapul.

A kapacitásmérésen alapuló mérés során kondenzátort töltenek fel ismert feszültségre, majd annak töltését galvanométerrel meghatározzák. A kondenzátor méreteinek ismeretében a kapacitás értékéből számítják a dielektromos állandót. Az állandó U feszültségre töltött kondenzátor töltése a levegővel (vákuummal) kitöltött esetben mérhető Q 0 {\displaystyle \mathbf {Q} _{0}} -hoz képest a vizsgált szigetelő anyaggal kitöltve Q = Q 0 . ε r {\displaystyle \mathbf {Q} =\mathbf {Q} _{0}.\varepsilon _{r}} értékre változik. A dielektromos állandó (relatív permittivitás) így a mért kapacitások hányadosával egyezik meg:

ε r = C C 0 {\displaystyle \varepsilon _{r}={\frac {C}{C_{0}}}}


A dielektromos állandó elektromágneses hullámhossz méréssel is megállapítható. Ha egy szigetelőanyag relatív mágneses permeabilitása 1 értékű, akkor ugyanazon frekvenciájú elektromágneses hullám hullámhosszainak aránya a vizsgált anyagban illetve levegőben megegyezik az anyag dielektromos állandója gyökének reciprokával

Irodalom

  • Dr.Fodor György: Elektromágneses terek. H. n.: Műegyetemi Kiadó. 1993.
  • Theory of Electric Polarization: Dielectric Polarization, C.J.F. Böttcher, ISBN 0-444-415793
  • Dielectrics and Waves edited by A. von Hippel, Arthur R., ISBN 0-89006-803-8
  • Dielectric Materials and Applications edited by Arthur von Hippel, ISBN 0-89006-805-4

Hivatkozások

  • https://web.archive.org/web/20100219093136/http://vili.pmmf.hu/jegyzet/elektrom/emt_1_6.htm
  • https://web.archive.org/web/20101210094736/http://wiki.ham.hu/index.php/Dielektromos_%C3%A1lland%C3%B3
  • https://web.archive.org/web/20070529185028/http://www.asiinstr.com/technical/Dielectric%20Constants.htm
  • http://www.tpub.com/content/neets/14193/css/14193_138.htm Archiválva 2011. október 4-i dátummal a Wayback Machine-ben

Jegyzetek

  1. ↑ Archivált másolat. [2020. május 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. június 14.)