ढांकता हुआ स्थिरांक क्या है. भौतिक मात्रा के रूप में वायु का ढांकता हुआ स्थिरांक

सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांकपर्यावरण ε - आयामहीन भौतिक मात्रा, इन्सुलेटिंग (ढांकता हुआ) माध्यम के गुणों की विशेषता। प्रभाव के तहत डाइलेक्ट्रिक्स के ध्रुवीकरण के प्रभाव से जुड़ा हुआ है विद्युत क्षेत्र(और इस प्रभाव को दर्शाने वाले माध्यम की ढांकता हुआ संवेदनशीलता के मूल्य के साथ)। ε का मान दर्शाता है कि दो के बीच परस्पर क्रिया का बल कितनी बार है विद्युत शुल्कएक माध्यम में निर्वात की तुलना में कम होता है। रिश्तेदार पारगम्यताहवा और अधिकांश अन्य गैसें सामान्य स्थितियाँएकता के करीब (उनके कम घनत्व के कारण)। अधिकांश ठोस या तरल ढांकता हुआ के लिए, सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक 2 से 8 (स्थिर क्षेत्र के लिए) की सीमा में होता है। स्थैतिक क्षेत्र में पानी का ढांकता हुआ स्थिरांक काफी अधिक होता है - लगभग 80. इसका मान उन पदार्थों के लिए बड़ा होता है जिनके अणुओं में एक बड़ा विद्युत द्विध्रुव होता है। फेरोइलेक्ट्रिक्स का सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक दसियों और सैकड़ों हजारों है।

व्यावहारिक अनुप्रयोग

डाइलेक्ट्रिक्स का ढांकता हुआ स्थिरांक विद्युत कैपेसिटर के डिजाइन में मुख्य मापदंडों में से एक है। उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्रियों के उपयोग से काफी कमी आ सकती है भौतिक आयामकैपेसिटर.

मुद्रित सर्किट बोर्डों को डिजाइन करते समय ढांकता हुआ निरंतर पैरामीटर को ध्यान में रखा जाता है। परतों के बीच पदार्थ के ढांकता हुआ स्थिरांक का मूल्य, इसकी मोटाई के साथ मिलकर, बिजली परतों की प्राकृतिक स्थैतिक समाई के मूल्य को प्रभावित करता है, और बोर्ड पर कंडक्टरों की विशेषता प्रतिबाधा को भी महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

आवृत्ति निर्भरता

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ढांकता हुआ स्थिरांक काफी हद तक विद्युत की आवृत्ति पर निर्भर करता है चुंबकीय क्षेत्र. इसे हमेशा ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि संदर्भ तालिकाओं में आमतौर पर स्थिर क्षेत्र या kHz की कुछ इकाइयों तक कम आवृत्तियों के लिए डेटा निर्दिष्ट किए बिना होता है। इस तथ्य. साथ ही, एलिप्सोमीटर और रेफ्रेक्टोमीटर का उपयोग करके अपवर्तक सूचकांक के आधार पर सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल तरीके भी हैं। ऑप्टिकल विधि (आवृत्ति 10-14 हर्ट्ज) द्वारा प्राप्त मूल्य तालिकाओं में डेटा से काफी भिन्न होगा।

उदाहरण के लिए, पानी के मामले पर विचार करें। स्थैतिक क्षेत्र (आवृत्ति शून्य) के मामले में, सामान्य परिस्थितियों में सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक लगभग 80 है। यह मामला अवरक्त आवृत्तियों तक है। लगभग 2 गीगाहर्ट्ज से शुरू ε आरगिरने लगता है. ऑप्टिकल रेंज में ε आरलगभग 1.8 है. यह इस तथ्य से काफी सुसंगत है कि ऑप्टिकल रेंज में पानी का अपवर्तनांक 1.33 है। एक संकीर्ण आवृत्ति रेंज में, जिसे ऑप्टिकल कहा जाता है, ढांकता हुआ अवशोषण शून्य तक गिर जाता है, जो वास्तव में एक व्यक्ति को दृष्टि की व्यवस्था प्रदान करता है पृथ्वी का वातावरणजलवाष्प से संतृप्त. आवृत्ति में और वृद्धि के साथ, माध्यम के गुण फिर से बदल जाते हैं।

कुछ पदार्थों के लिए ढांकता हुआ स्थिरांक मान

पदार्थ	रासायनिक सूत्र	माप की शर्तें	ε r का अभिलक्षणिक मान
अल्युमीनियम	अल	1 किलोहर्ट्ज़	-1300 + 1.3टेम्पलेट:ईआई
चाँदी	एजी	1 किलोहर्ट्ज़	-85 + 8टेम्पलेट:ईआई
वैक्यूम	-	-	1
वायु	-	सामान्य स्थितियाँ, 0.9 मेगाहर्ट्ज	1.00058986 ± 0.00000050
कार्बन डाईऑक्साइड	सीओ 2	सामान्य स्थितियाँ	1,0009
टेफ़लोन	-	-	2,1
नायलॉन	-	-	3,2
polyethylene	[-सीएच 2 -सीएच 2 -] एन	-	2,25
polystyrene	[-सीएच 2 -सी(सी 6 एच 5)एच-] एन	-	2,4-2,7
रबड़	-	-	2,4
अस्फ़ाल्ट	-	-	2,5-3,0
कार्बन डाइसल्फ़ाइड	सीएस 2	-	2,6
तेल	सी 18 एन 38 - सी 35 एन 72	-	2,0-3,0
कागज़	-	-	2,0-3,5
इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर	−	−	2-12
आबनिट	(सी 6 एच 9 एस) 2	−	2,5-3,0
प्लेक्सीग्लास (प्लेक्सीग्लास)	-	-	3,5
क्वार्ट्ज	SiO2	-	3,5-4,5
सिलिकॉन डाइऑक्साइड	SiO2	−	3,9
एक प्रकार का प्लास्टिक	-	-	4,5
ठोस	−	−	4,5
चीनी मिटटी	−	−	4,5-4,7
काँच	−	−	4,7 (3,7-10)
फाइबरग्लास FR-4	-	-	4,5-5,2
गेटिनैक्स	-	-	5-6
अभ्रक	-	-	7,5
रबड़	−	−	7
पॉलीकोर	98% अल 2 ओ 3	-	9,7
डायमंड	−	−	5,5-10
टेबल नमक	सोडियम क्लोराइड	−	3-15
सीसा	सी	−	10-15
मिट्टी के पात्र	−	−	10-20
सिलिकॉन	सी	−	11.68
बीओआर	बी	−	2.01
अमोनिया	एनएच 3	20°से	17
		0°C	20
		-40 डिग्री सेल्सियस	22
		-80 डिग्री सेल्सियस	26
एथिल अल्कोहोल	सी 2 एच 5 ओएच या सीएच 3 -सीएच 2 -ओएच	−	27
मेथनॉल	CH3OH	−	30
इथाइलीन ग्लाइकॉल	एचओ-सीएच 2-सीएच 2-ओएच	−	37
फुरफुरल	C5H4O2	−	42

आभासी प्रयोगशाला कार्य संख्या 3 चालू

भौतिक विज्ञान की ठोस अवस्था

कार्यान्वयन के लिए दिशानिर्देश प्रयोगशाला कार्यअध्ययन के सभी रूपों की तकनीकी विशिष्टताओं के छात्रों के लिए "सॉलिड स्टेट" भौतिकी के अनुभाग में नंबर 3

क्रास्नोयार्स्क 2012

आलोचक

भौतिक एवं गणितीय विज्ञान के अभ्यर्थी, एसोसिएट प्रोफेसर ओ.एन. बंडुरिना

(साइबेरियन स्टेट एयरोस्पेस यूनिवर्सिटी

शिक्षाविद् एम.एफ. के नाम पर रखा गया रेशेतनेव)

आईसीटी पद्धति आयोग के निर्णय द्वारा प्रकाशित

अर्धचालकों के ढांकता हुआ स्थिरांक का निर्धारण। ठोस अवस्था भौतिकी पर आभासी प्रयोगशाला कार्य क्रमांक 3: तकनीकी छात्रों के लिए "सॉलिड स्टेट" भौतिकी अनुभाग में प्रयोगशाला कार्य क्रमांक 3 करने के लिए दिशानिर्देश। विशेषज्ञ. शिक्षा के सभी रूप/संकलित: ए.एम. खार्कोव; सिब. राज्य एयरोस्पेस विश्वविद्यालय. - क्रास्नोयार्स्क, 2012. - 21 पी।

साइबेरियाई राज्य एयरोस्पेस

विश्वविद्यालय का नाम शिक्षाविद् एम.एफ. के नाम पर रखा गया है। रेशेतनेवा, 2012

परिचय………………………………………………………………………………4

प्रयोगशाला कार्य में प्रवेश……………………………………………………4

रक्षा के लिए प्रयोगशाला कार्य की तैयारी……………………………………4

अर्धचालकों के ढांकता हुआ स्थिरांक का निर्धारण………………5

विधि का सिद्धांत…………………………………………………………………………5

ढांकता हुआ स्थिरांक मापने की पद्धति…………………………..11

माप परिणामों का प्रसंस्करण…………………………………………16

परीक्षण प्रश्न…………………………………………………………17

परीक्षण…………………………………………………………………….17

सन्दर्भ……………………………………………………………………20

परिशिष्ट………………………………………………………………………………21

परिचय

डेटा दिशा निर्देशोंइसमें प्रयोगशाला कार्य का विवरण शामिल है जिसमें "सॉलिड स्टेट फिजिक्स" पाठ्यक्रम के आभासी मॉडल का उपयोग किया जाता है।

प्रयोगशाला कार्य में प्रवेश:

एक शिक्षक द्वारा समूहों में प्रत्येक छात्र का व्यक्तिगत सर्वेक्षण किया जाता है। प्रवेश के लिए:

1) प्रत्येक छात्र इस प्रयोगशाला कार्य के लिए पहले अपने व्यक्तिगत नोट्स तैयार करता है;

2) शिक्षक व्यक्तिगत रूप से नोट्स के प्रारूपण की जाँच करता है और सिद्धांत, माप तकनीक, स्थापना और परिणामों के प्रसंस्करण के बारे में प्रश्न पूछता है;

3) छात्र उत्तर देता है प्रश्न पूछे गए;

4) शिक्षक छात्र को काम करने की अनुमति देता है और छात्र के नोट्स पर अपने हस्ताक्षर करता है।

रक्षा के लिए प्रयोगशाला कार्य की तैयारी:

पूरी तरह से पूर्ण और रक्षा के लिए तैयार कार्य को निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए:

सभी बिंदुओं को पूरा करना: आवश्यक मानों की सभी गणनाएँ, स्याही से भरी सभी तालिकाएँ, खींचे गए सभी ग्राफ़ आदि।

अनुसूचियों को शिक्षक की सभी आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।

तालिकाओं में सभी मानों के लिए माप की संगत इकाई अवश्य लिखी जानी चाहिए।

प्रत्येक ग्राफ़ के निष्कर्ष दर्ज किए गए।

उत्तर निर्धारित प्रपत्र में लिखा गया था।

उत्तर के आधार पर निष्कर्ष दर्ज किये गये।

अर्धचालकों की ढांकता हुआ निरंतरता का निर्धारण

विधि का सिद्धांत

ध्रुवीकरणएक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में ध्रुवीकरण करने के लिए एक ढांकता हुआ की क्षमता है, अर्थात। अंतरिक्ष में जुड़े हुए आवेशित ढांकता हुआ कणों का स्थान बदलें।

डाइलेक्ट्रिक्स की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति विद्युत ध्रुवीकरण से गुजरने की उनकी क्षमता है, यानी। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, आवेशित कणों या अणुओं का एक सीमित दूरी पर निर्देशित विस्थापन होता है। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय दोनों अणुओं में आवेश विस्थापित हो जाते हैं।

एक दर्जन से अधिक हैं विभिन्न प्रकारध्रुवीकरण. आइए उनमें से कुछ पर नजर डालें:

1. इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरणधनावेशित नाभिक के सापेक्ष इलेक्ट्रॉन कक्षाओं का विस्थापन है। यह किसी भी पदार्थ के सभी परमाणुओं में होता है, अर्थात। सभी ढांकता हुआ में. इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण 10 -15 -10 -14 सेकेंड के भीतर स्थापित हो जाता है।

2. आयनिक ध्रुवीकरण– पदार्थों में विपरीत रूप से आवेशित आयनों का एक दूसरे के सापेक्ष विस्थापन आयनिक बंधन. इसका स्थापना समय 10 -13 -10 -12 सेकेंड है। इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक ध्रुवीकरण ध्रुवीकरण के तात्कालिक या विरूपण प्रकारों में से हैं।

3. द्विध्रुवीय या अभिविन्यास ध्रुवीकरणविद्युत क्षेत्र की दिशा में द्विध्रुवों के उन्मुखीकरण के कारण। ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स में द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण होता है। इसकी स्थापना का समय 10 -10 -10 -6 सेकेंड है। द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण ध्रुवीकरण के धीमे या शिथिल प्रकारों में से एक है।

4. प्रवासन ध्रुवीकरणअमानवीय डाइलेक्ट्रिक्स में देखा गया, जिसमें विद्युत आवेश अमानवीयता क्षेत्र की सीमा पर जमा होते हैं। प्रवासन ध्रुवीकरण स्थापित करने की प्रक्रियाएँ बहुत धीमी हैं और मिनटों या घंटों में भी हो सकती हैं।

5. आयन-विश्राम ध्रुवीकरणयह जाली स्थिरांक से अधिक दूरी पर विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में कमजोर रूप से बंधे आयनों के अत्यधिक स्थानांतरण के कारण होता है। आयन-विश्राम ध्रुवीकरण कुछ क्रिस्टलीय पदार्थों में आयनों के रूप में अशुद्धियों या क्रिस्टल जाली की ढीली पैकिंग की उपस्थिति में प्रकट होता है। इसका स्थापना समय 10 -8 -10 -4 सेकेंड है।

6. इलेक्ट्रॉनिक विश्राम ध्रुवीकरणथर्मल ऊर्जा द्वारा उत्तेजित अतिरिक्त "दोषपूर्ण" इलेक्ट्रॉनों या "छेद" के कारण उत्पन्न होता है। इस प्रकार का ध्रुवीकरण, एक नियम के रूप में, उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक का कारण बनता है।

7. सहज ध्रुवीकरण- सहज ध्रुवीकरण जो एक निश्चित तापमान सीमा में कुछ पदार्थों (उदाहरण के लिए, रोशेल नमक) में होता है।

8. लोचदार-द्विध्रुवीय ध्रुवीकरणछोटे कोणों के माध्यम से द्विध्रुवों के लोचदार घूर्णन से संबंधित।

9. अवशिष्ट ध्रुवीकरण- ध्रुवीकरण जो विद्युत क्षेत्र हटा दिए जाने के बाद कुछ पदार्थों (इलेक्ट्रेट्स) में लंबे समय तक बना रहता है।

10. गुंजायमान ध्रुवीकरण. यदि विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति द्विध्रुवों के दोलनों की प्राकृतिक आवृत्ति के करीब है, तो अणुओं का कंपन बढ़ सकता है, जिससे द्विध्रुव ढांकता हुआ में गुंजयमान ध्रुवीकरण की उपस्थिति होगी। अवरक्त प्रकाश के क्षेत्र में स्थित आवृत्तियों पर गुंजयमान ध्रुवीकरण देखा जाता है। एक वास्तविक ढांकता हुआ एक साथ कई प्रकार का ध्रुवीकरण कर सकता है। किसी न किसी प्रकार के ध्रुवीकरण की घटना निर्धारित होती है भौतिक और रासायनिक गुणपदार्थ और प्रयुक्त आवृत्तियों की सीमा।

मुख्य पैरामीटर:

ε - ढांकता हुआ स्थिरांक- किसी सामग्री की ध्रुवीकरण करने की क्षमता का माप; यह एक मात्रा है जो दर्शाती है कि किसी दिए गए पदार्थ में विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया का बल निर्वात की तुलना में कितनी गुना कम है। ढांकता हुआ के अंदर एक क्षेत्र दिखाई देता है, जो बाहरी के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है।

बाहरी क्षेत्र की ताकत निर्वात में समान आवेशों के क्षेत्र की तुलना में ε गुना कमजोर हो जाती है, जहां ε सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक है।

यदि संधारित्र प्लेटों के बीच के निर्वात को ढांकता हुआ द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो ध्रुवीकरण के परिणामस्वरूप धारिता बढ़ जाती है। यह ढांकता हुआ स्थिरांक की सरल परिभाषा का आधार है:

जहाँ C 0 संधारित्र की धारिता है, जिसकी प्लेटों के बीच एक निर्वात होता है।

सी डी एक ढांकता हुआ के साथ एक ही संधारित्र की धारिता है।

एक आइसोट्रोपिक माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक ε संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है:

(2)

जहां χ ढांकता हुआ संवेदनशीलता है।

डी = टैन δ - ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा

ढांकता हुआ नुकसान -हानि विद्युतीय ऊर्जा, ढांकता हुआ में धाराओं के प्रवाह के कारण होता है। ढांकता हुआ में आसानी से मोबाइल आयनों की एक छोटी संख्या की उपस्थिति के कारण होने वाले प्रवाहकत्त्व प्रवाह I sk.pr के बीच एक अंतर किया जाता है, और ध्रुवीकरण धाराएं। इलेक्ट्रॉनिक और आयन ध्रुवीकरण के साथ, ध्रुवीकरण धारा को विस्थापन धारा I सेमी कहा जाता है, यह बहुत अल्पकालिक होता है और उपकरणों द्वारा रिकॉर्ड नहीं किया जाता है। धीमी (विश्राम) प्रकार के ध्रुवीकरण से जुड़ी धाराओं को अवशोषण धाराएँ I abs कहा जाता है। सामान्य स्थिति में, ढांकता हुआ में कुल धारा को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: I=I abs +I sk.pr. ध्रुवीकरण स्थापित होने के बाद, कुल धारा बराबर होगी: I=I rms। यदि एक स्थिर क्षेत्र में ध्रुवीकरण धाराएं उस समय उत्पन्न होती हैं जब वोल्टेज चालू और बंद होता है, और कुल धारा समीकरण के अनुसार निर्धारित होती है: I = I sk.pr, तो एक वैकल्पिक क्षेत्र में ध्रुवीकरण धाराएं उस समय उत्पन्न होती हैं वोल्टेज ध्रुवीयता में परिवर्तन. परिणामस्वरूप, एक वैकल्पिक क्षेत्र में ढांकता हुआ में नुकसान महत्वपूर्ण हो सकता है, खासकर यदि लागू वोल्टेज का आधा चक्र ध्रुवीकरण स्थापना के समय तक पहुंचता है।

चित्र में. 1(ए) एक प्रत्यावर्ती वोल्टेज सर्किट में स्थित ढांकता हुआ के साथ एक संधारित्र के बराबर एक सर्किट दिखाता है। इस सर्किट में, एक वास्तविक ढांकता हुआ संधारित्र, जिसमें हानि होती है, को समानांतर सक्रिय प्रतिरोध आर के साथ एक आदर्श संधारित्र सी द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। चित्र में। चित्र 1(बी) विचाराधीन सर्किट के लिए धाराओं और वोल्टेज का एक वेक्टर आरेख दिखाता है, जहां यू सर्किट में वोल्टेज है; मैं एके - सक्रिय धारा; आई आर - प्रतिक्रियाशील धारा, जो चरण में सक्रिय घटक से 90° आगे है; मैं ∑ - कुल धारा। इस मामले में: I а =I R =U/R और I р =IC =ωCU, जहां ω प्रत्यावर्ती क्षेत्र की गोलाकार आवृत्ति है।

चावल। 1. (ए) - आरेख; (बी) - धाराओं और वोल्टेज का वेक्टर आरेख

ढांकता हुआ हानि कोण कोण δ है, जो कैपेसिटिव सर्किट में वर्तमान I ∑ और वोल्टेज U के बीच चरण शिफ्ट कोण φ को 90° तक पूरक करता है। एक वैकल्पिक क्षेत्र में ढांकता हुआ नुकसान ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा द्वारा विशेषता है: tan δ=I a /I r।

मूल्यों को सीमित करेंउच्च-आवृत्ति डाइलेक्ट्रिक्स के लिए ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा (0.0001 - 0.0004), और कम-आवृत्ति डाइलेक्ट्रिक्स के लिए - (0.01 - 0.02) से अधिक नहीं होनी चाहिए।

तापमान T और आवृत्ति ω पर ε और tan δ की निर्भरता

सामग्रियों के ढांकता हुआ पैरामीटर तापमान और आवृत्ति पर अलग-अलग डिग्री पर निर्भर करते हैं। बड़ी मात्राढांकता हुआ सामग्री हमें इन कारकों पर सभी निर्भरताओं की विशेषताओं को कवर करने की अनुमति नहीं देती है।

इसलिए, चित्र में. 2 (ए, बी) कुछ मुख्य समूहों की सामान्य प्रवृत्तियों को दर्शाता है, अर्थात। तापमान T (a) और आवृत्ति ω (b) पर ढांकता हुआ स्थिरांक ε की विशिष्ट निर्भरताएँ दी गई हैं।

चावल। 2. एक ओरिएंटेशनल विश्राम तंत्र की उपस्थिति में ढांकता हुआ स्थिरांक के वास्तविक (εʹ) और काल्पनिक (εʺ) भागों की आवृत्ति निर्भरता

जटिल ढांकता हुआ स्थिरांक.विश्राम प्रक्रियाओं की उपस्थिति में, ढांकता हुआ स्थिरांक को जटिल रूप में लिखना सुविधाजनक है। यदि डेबी फॉर्मूला ध्रुवीकरण के लिए मान्य है:

(3)

जहां τ विश्राम का समय है, α 0 सांख्यिकीय अभिविन्यास ध्रुवीकरण है। फिर, यह मानते हुए कि स्थानीय क्षेत्र बाहरी क्षेत्र के बराबर है, हम प्राप्त करते हैं (एसजीएस में):

उत्पाद ωτ पर εʹ और εʺ की निर्भरता के ग्राफ़ चित्र में दिखाए गए हैं। 2. ध्यान दें कि εʹ (ε का वास्तविक भाग) में कमी εʺ (ε का काल्पनिक भाग) के अधिकतम के निकट होती है।

आवृत्ति के साथ εʹ और εʺ में परिवर्तन का यह क्रम अधिक के लगातार उदाहरण के रूप में कार्य करता है समग्र परिणाम, जिसके अनुसार आवृत्ति पर εʹ(ω) आवृत्ति पर εʺ(ω) की निर्भरता को भी दर्शाता है। एसआई प्रणाली में, 4π को 1/ε 0 से प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए।

किसी लागू क्षेत्र के प्रभाव में, गैर-ध्रुवीय ढांकता हुआ में अणु ध्रुवीकृत होते हैं, प्रेरित द्विध्रुव क्षण μ के साथ द्विध्रुव बन जाते हैं। और, क्षेत्र की ताकत के लिए आनुपातिक:

(5)

एक ध्रुवीय ढांकता हुआ में, एक ध्रुवीय अणु μ का द्विध्रुव क्षण आम तौर पर अपने स्वयं के μ 0 और प्रेरित μ के वेक्टर योग के बराबर होता है औरक्षण:

(6)

इन द्विध्रुवों द्वारा उत्पन्न क्षेत्र शक्तियाँ द्विध्रुव आघूर्ण के समानुपाती और दूरी के घन के व्युत्क्रमानुपाती होती हैं।

गैर-ध्रुवीय सामग्रियों के लिए, आमतौर पर ε = 2 - 2.5 और यह ω ≈10 12 हर्ट्ज तक की आवृत्ति पर निर्भर नहीं करता है। तापमान पर ε की निर्भरता इस तथ्य के कारण है कि जब यह बदलता है, तो ठोस पदार्थों के रैखिक आयाम और तरल और गैसीय ढांकता हुआ की मात्रा बदल जाती है, जिससे प्रति इकाई आयतन में अणुओं की संख्या बदल जाती है।

और उनके बीच की दूरियाँ। डाइलेक्ट्रिक्स के सिद्धांत से ज्ञात संबंधों का उपयोग करना एफ=एन\μ औरऔर एफ=ε 0 (ε - 1)ई,कहाँ एफ- सामग्री का ध्रुवीकरण, गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के लिए हमारे पास है:

(7)

जब E=const भी μ और= स्थिरांक और तापमान परिवर्तन ε ​​केवल n में परिवर्तन के कारण होता है, जो तापमान Θ का एक रैखिक कार्य है, निर्भरता ε = ε(Θ) भी रैखिक है। ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के लिए कोई विश्लेषणात्मक निर्भरता नहीं होती है, और आमतौर पर अनुभवजन्य निर्भरता का उपयोग किया जाता है।

1) जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, ढांकता हुआ का आयतन बढ़ता है और ढांकता हुआ स्थिरांक थोड़ा कम हो जाता है। ε में कमी गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के नरम होने और पिघलने की अवधि के दौरान विशेष रूप से ध्यान देने योग्य होती है, जब उनकी मात्रा काफी बढ़ जाती है। इस दृष्टिकोण से उच्च आवृत्तिकक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों का संचलन (10 15 -10 16 हर्ट्ज के क्रम में), इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण की संतुलन स्थिति स्थापित करने का समय बहुत कम है और गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स की पारगम्यता ε आमतौर पर क्षेत्र आवृत्ति पर निर्भर नहीं करती है प्रयुक्त आवृत्ति रेंज (10 12 हर्ट्ज तक)।

2) जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, व्यक्तिगत आयनों के बीच के बंधन कमजोर हो जाते हैं, जिससे बाहरी क्षेत्र के प्रभाव में उनकी बातचीत आसान हो जाती है और इससे आयन ध्रुवीकरण और ढांकता हुआ स्थिरांक ε में वृद्धि होती है। आयन ध्रुवीकरण की स्थिति स्थापित करने में लगने वाले कम समय के कारण (लगभग 10 13 हर्ट्ज, जो आयन कंपन की प्राकृतिक आवृत्ति से मेल खाती है) क्रिस्टल लैटिस) पारंपरिक ऑपरेटिंग रेंज में बाहरी क्षेत्र की आवृत्ति में बदलाव का आयनिक सामग्रियों में ε के मूल्य पर वस्तुतः कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

3) ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स का ढांकता हुआ स्थिरांक बाहरी क्षेत्र के तापमान और आवृत्ति पर दृढ़ता से निर्भर करता है। बढ़ते तापमान के साथ, कणों की गतिशीलता बढ़ जाती है और उनके बीच बातचीत की ऊर्जा कम हो जाती है, यानी। उनका अभिविन्यास बाहरी क्षेत्र के प्रभाव में सुगम होता है - द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण और ढांकता हुआ स्थिरांक में वृद्धि। हालाँकि, यह प्रक्रिया एक निश्चित तापमान तक ही जारी रहती है। तापमान में और वृद्धि के साथ, पारगम्यता ε कम हो जाती है। चूँकि क्षेत्र की दिशा में द्विध्रुवों का उन्मुखीकरण तापीय गति की प्रक्रिया में और तापीय गति के माध्यम से किया जाता है, ध्रुवीकरण की स्थापना के लिए काफी समय की आवश्यकता होती है। यह समय इतना लंबा है कि उच्च आवृत्ति के वैकल्पिक क्षेत्रों में द्विध्रुवों को क्षेत्र के साथ खुद को उन्मुख करने का समय नहीं मिलता है, और पारगम्यता ε कम हो जाती है।

ढांकता हुआ स्थिरांक मापने की पद्धति

संधारित्र क्षमता. संधारित्रएक ढांकता हुआ द्वारा अलग किए गए दो कंडक्टरों (प्लेटों) की एक प्रणाली है, जिसकी मोटाई कंडक्टरों के रैखिक आयामों की तुलना में छोटी होती है। उदाहरण के लिए, दो सपाट धातु की प्लेटें समानांतर में व्यवस्थित होती हैं और एक ढांकता हुआ परत से अलग होकर एक संधारित्र बनाती हैं (चित्र 3)।

यदि किसी समतल संधारित्र की प्लेटों पर समान परिमाण का आवेश दिया जाता है विपरीत संकेत, तो प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र की ताकत एक प्लेट पर क्षेत्र की ताकत से दोगुनी बड़ी होगी:

(8)

जहां ε प्लेटों के बीच की जगह को भरने वाले ढांकता हुआ का ढांकता हुआ स्थिरांक है।

आवेश अनुपात द्वारा निर्धारित भौतिक मात्रा क्यूसंधारित्र प्लेटों में से एक को संधारित्र प्लेटों के बीच संभावित अंतर Δφ कहा जाता है संधारित्र की धारिता:

(9)

विद्युत क्षमता की SI इकाई - बिजली की एक विशेष नाप(एफ)। 1 F की क्षमता वाले एक संधारित्र की प्लेटों के बीच 1 V के बराबर संभावित अंतर होता है जब प्लेटों पर 1 C का असमान चार्ज लगाया जाता है: 1 F = 1 C/1 V।

एक समानांतर प्लेट संधारित्र की धारिता.एक फ्लैट संधारित्र की विद्युत क्षमता की गणना करने का सूत्र अभिव्यक्ति (8) का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। वास्तव में, क्षेत्र की ताकत है: ई= φ/εε 0 = क्यू/εε 0 एस, कहाँ एस- प्लेट क्षेत्र. चूँकि क्षेत्र एक समान है, संधारित्र की प्लेटों के बीच संभावित अंतर बराबर है: φ 1 – φ 2 = एड = क्यूडी/εε 0 एस, कहाँ डी– प्लेटों के बीच की दूरी. सूत्र (9) में प्रतिस्थापित करने पर, हम एक फ्लैट संधारित्र की विद्युत क्षमता के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं:

(10)

कहाँ ε 0 - हवा का ढांकता हुआ स्थिरांक; एस– संधारित्र प्लेट का क्षेत्रफल, एस=एचएल, कहाँ एच- प्लेट की चौड़ाई, एल- इसकी लंबाई; डी- संधारित्र प्लेटों के बीच की दूरी।

अभिव्यक्ति (10) से पता चलता है कि क्षेत्र को बढ़ाकर संधारित्र की विद्युत क्षमता को बढ़ाया जा सकता है एसयह कवर करता है, जिससे दूरी कम हो जाती है डीउनके बीच और डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग बड़े मूल्यढांकता हुआ स्थिरांक ε.

चावल। 3. इसमें ढांकता हुआ संधारित्र रखा गया है

यदि किसी संधारित्र की प्लेटों के बीच एक परावैद्युत प्लेट रख दी जाए तो संधारित्र की धारिता बदल जाएगी। कैपेसिटर प्लेटों के बीच डाइइलेक्ट्रिक प्लेट लगाने के विकल्प पर विचार किया जाना चाहिए।

आइए निरूपित करें: डीसी - वायु अंतराल की मोटाई, डीमी - ढांकता हुआ प्लेट की मोटाई, एलबी संधारित्र के वायु भाग की लंबाई है, एल m ढांकता हुआ से भरे संधारित्र के भाग की लंबाई है, ε m सामग्री का ढांकता हुआ स्थिरांक है। ध्यान में रख कर एल = एल+में एलएम, ए डी = डी+में डीमी, तो निम्नलिखित मामलों के लिए इन विकल्पों पर विचार किया जा सकता है:

यदि एलमें = 0, डी= 0 पर हमारे पास एक ठोस ढांकता हुआ संधारित्र है:

(11)

मैक्सवेल के समीकरणों के आधार पर शास्त्रीय मैक्रोस्कोपिक इलेक्ट्रोडायनामिक्स के समीकरणों से, यह निष्कर्ष निकलता है कि जब एक ढांकता हुआ एक कमजोर वैकल्पिक क्षेत्र में रखा जाता है, जो आवृत्ति ω के साथ एक हार्मोनिक कानून के अनुसार बदलता रहता है, तो जटिल पारगम्यता टेंसर रूप लेता है:

(12)

जहां σ पदार्थ की ऑप्टिकल चालकता है, εʹ पदार्थ का ढांकता हुआ स्थिरांक है, जो ढांकता हुआ के ध्रुवीकरण से जुड़ा है। अभिव्यक्ति (12) को कम किया जा सकता है अगला दृश्य:

जहां काल्पनिक शब्द ढांकता हुआ नुकसान के लिए जिम्मेदार है।

व्यवहार में, C को मापा जाता है - एक फ्लैट संधारित्र के आकार के नमूने की धारिता। यह संधारित्र ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा द्वारा विशेषता है:

tgδ=ωCR c (14)

या गुणवत्ता कारक:

क्यू सी =1/ टैनδ (15)

जहां आर सी प्रतिरोध है, जो मुख्य रूप से ढांकता हुआ नुकसान पर निर्भर करता है। इन विशेषताओं को मापने के लिए कई विधियाँ हैं: विभिन्न पुल विधियाँ, मापे गए पैरामीटर को समय अंतराल में परिवर्तित करके मापना आदि। .

इस कार्य में धारिता C और ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा D = tanδ को मापते समय, हमने GOOD WILL INSTRUMENT Co Ltd कंपनी द्वारा विकसित एक तकनीक का उपयोग किया। माप एक सटीक इमीटेंस मीटर - LCR-819-RLC पर किया गया। डिवाइस आपको 20 पीएफ-2.083 एमएफ की सीमा में कैपेसिटेंस मापने, 0.0001-9999 की सीमा में हानि स्पर्शरेखा और एक पूर्वाग्रह क्षेत्र लागू करने की अनुमति देता है। आंतरिक पूर्वाग्रह 2 वी तक, बाहरी पूर्वाग्रह 30 वी तक। माप सटीकता 0.05% है। परीक्षण सिग्नल आवृत्ति 12 हर्ट्ज -100 किलोहर्ट्ज़।

इस कार्य में, 77 K के तापमान रेंज में 1 kHz की आवृत्ति पर माप किए गए< T < 270 К в нулевом магнитном поле и в поле 5 kOe. Образцы для измерений имели форму параллелепипеда с размерами 2*3*4 мм (х=0.1), где d = 2 мм – толщина образца, площадь грани S = 3*4 мм 2 .

तापमान निर्भरता प्राप्त करने के लिए, नमूने के साथ सेल को हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पारित शीतलक (नाइट्रोजन) के प्रवाह में रखा जाता है, जिसका तापमान हीटर द्वारा निर्धारित किया जाता है। हीटर का तापमान थर्मोस्टेट द्वारा नियंत्रित किया जाता है। प्रतिक्रियातापमान मीटर से थर्मोस्टेट तक आपको तापमान माप की गति निर्धारित करने या इसे स्थिर करने की अनुमति देता है। तापमान को नियंत्रित करने के लिए थर्मोकपल का उपयोग किया जाता है। इस कार्य में तापमान 1 डिग्री/मिनट की दर से बदला। यह विधि आपको 0.1 डिग्री की त्रुटि के साथ तापमान मापने की अनुमति देती है।

मापने वाले सेल को उसके साथ जुड़े नमूने के साथ फ्लो क्रायोस्टेट में रखा जाता है। सेल क्रायोस्टेट कैप में एक कनेक्टर के माध्यम से परिरक्षित तारों द्वारा एलसीआर मीटर से जुड़ा हुआ है। क्रायोस्टेट को FL-1 इलेक्ट्रोमैग्नेट के ध्रुवों के बीच रखा जाता है। चुंबक विद्युत आपूर्ति आपको 15 kOe तक चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने की अनुमति देती है। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत एच को मापने के लिए, एक इलेक्ट्रॉनिक्स इकाई के साथ एक थर्मली स्थिर हॉल सेंसर का उपयोग किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र को स्थिर करने के लिए बिजली आपूर्ति और चुंबकीय क्षेत्र मीटर के बीच फीडबैक होता है।

समाई सी और हानि स्पर्शरेखा डी = टैन δ के मापा मूल्य निम्नलिखित संबंधों द्वारा वांछित भौतिक मात्रा εʹ और εʺ के मूल्यों से संबंधित हैं:

(16)

(17)

№	सी(पीएफ)	पुनः(ε')	टी (°K)	तन δ	क्यूसी	मैं(ε")	ω (हर्ट्ज)	σ (ω)
	3,805	71,66		0,075	13,33	5,375	10 3
	3,838			0,093
	3,86			0,088
	3,849			0,094
	3,893			0,106
	3,917			0,092
	3,951			0,103
	3,824			0,088
	3,873			0,105
	3,907			0,108
	3,977			0,102
	4,031			0,105
	4,062			0,132
	4,144			0,109
	4,24			0,136
	4,435			0,175
	4,553			0,197
	4,698			0,233
	4,868			0,292
	4,973			0,361
	5,056			0,417
	5,164			0,491
	5,246			0,552
	5,362			0,624
	5,453			0,703
	5,556			0,783
	5,637			0,867
	5,738			0,955
	5,826			1,04
	5,902			1,136

तालिका क्रमांक 1. जीडी एक्स एमएन 1-एक्स एस, (एक्स=0.1)।

ढांकता हुआ́ रासायनिक प्रवेश́ क्षमतापर्यावरण - एक भौतिक मात्रा जो एक इन्सुलेटिंग (ढांकता हुआ) माध्यम के गुणों को दर्शाती है और विद्युत क्षेत्र की ताकत पर विद्युत प्रेरण की निर्भरता को दर्शाती है।

यह विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में डाइलेक्ट्रिक्स के ध्रुवीकरण के प्रभाव से निर्धारित होता है (और इस प्रभाव को दर्शाने वाले माध्यम की ढांकता हुआ संवेदनशीलता के मूल्य के साथ)।

सापेक्ष और निरपेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक हैं।

सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक ε आयामहीन है और दर्शाता है कि एक माध्यम में दो विद्युत आवेशों के बीच परस्पर क्रिया का बल निर्वात की तुलना में कितनी गुना कम है। सामान्य परिस्थितियों में हवा और अधिकांश अन्य गैसों के लिए यह मान एकता के करीब है (उनके कम घनत्व के कारण)। अधिकांश ठोस या तरल ढांकता हुआ के लिए, सापेक्ष पारगम्यता 2 से 8 (स्थिर क्षेत्र के लिए) तक होती है। स्थैतिक क्षेत्र में पानी का ढांकता हुआ स्थिरांक काफी अधिक होता है - लगभग 80। इसका मान उन अणुओं वाले पदार्थों के लिए बड़ा होता है जिनमें बड़े विद्युत द्विध्रुव क्षण होते हैं। फेरोइलेक्ट्रिक्स का सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक दसियों और सैकड़ों हजारों है।

विदेशी साहित्य में पूर्ण ढांकता हुआ स्थिरांक को अक्षर ε द्वारा दर्शाया जाता है; घरेलू साहित्य में, संयोजन का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है, जहां विद्युत स्थिरांक होता है। निरपेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक का उपयोग केवल अंतर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली (एसआई) में किया जाता है, जिसमें प्रेरण और विद्युत क्षेत्र की ताकत को विभिन्न इकाइयों में मापा जाता है। एसजीएस प्रणाली में पूर्ण ढांकता हुआ स्थिरांक लागू करने की कोई आवश्यकता नहीं है। निरपेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक (विद्युत स्थिरांक की तरह) का आयाम L −3 M −1 T 4 I² है। अंतर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली (SI) इकाई में: =F/m.

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ढांकता हुआ स्थिरांक काफी हद तक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की आवृत्ति पर निर्भर करता है। इसे हमेशा ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि संदर्भ तालिकाओं में आमतौर पर इस तथ्य को इंगित किए बिना कुछ किलोहर्ट्ज़ तक स्थिर क्षेत्र या कम आवृत्तियों के लिए डेटा होता है। साथ ही, एलिप्सोमीटर और रेफ्रेक्टोमीटर का उपयोग करके अपवर्तक सूचकांक के आधार पर सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल तरीके भी हैं। ऑप्टिकल विधि (आवृत्ति 10-14 हर्ट्ज) द्वारा प्राप्त मूल्य तालिकाओं में डेटा से काफी भिन्न होगा।

उदाहरण के लिए, पानी के मामले पर विचार करें। स्थैतिक क्षेत्र (आवृत्ति शून्य) के मामले में, सामान्य परिस्थितियों में सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक लगभग 80 है। यह मामला अवरक्त आवृत्तियों तक है। लगभग 2 गीगाहर्ट्ज से शुरू ε आरगिरने लगता है. ऑप्टिकल रेंज में ε आरलगभग 1.8 है. यह इस तथ्य से काफी सुसंगत है कि ऑप्टिकल रेंज में पानी का अपवर्तनांक 1.33 है। एक संकीर्ण आवृत्ति रेंज में, जिसे ऑप्टिकल कहा जाता है, ढांकता हुआ अवशोषण शून्य तक गिर जाता है, जो वास्तव में एक व्यक्ति को दृष्टि का तंत्र प्रदान करता है [ स्रोत 1252 दिन निर्दिष्ट नहीं है] पृथ्वी के वायुमंडल में जलवाष्प से संतृप्त। आवृत्ति में और वृद्धि के साथ, माध्यम के गुण फिर से बदल जाते हैं। आप 0 से 10 12 (इन्फ्रारेड क्षेत्र) की आवृत्ति रेंज में पानी के सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक के व्यवहार के बारे में (अंग्रेजी) पर पढ़ सकते हैं।

विद्युत कैपेसिटर के विकास में डाइलेक्ट्रिक्स का ढांकता हुआ स्थिरांक मुख्य मापदंडों में से एक है। उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्रियों का उपयोग कैपेसिटर के भौतिक आयामों को काफी कम कर सकता है।

कैपेसिटर की धारिता निर्धारित की जाती है:

कहाँ ε आर- प्लेटों के बीच पदार्थ का ढांकता हुआ स्थिरांक, ε हे- विद्युत स्थिरांक, एस- संधारित्र प्लेटों का क्षेत्र, डी- प्लेटों के बीच की दूरी.

मुद्रित सर्किट बोर्ड विकसित करते समय ढांकता हुआ स्थिरांक पैरामीटर को ध्यान में रखा जाता है। परतों के बीच पदार्थ के ढांकता हुआ स्थिरांक का मूल्य, इसकी मोटाई के साथ मिलकर, बिजली परतों की प्राकृतिक स्थैतिक समाई के मूल्य को प्रभावित करता है, और बोर्ड पर कंडक्टरों की विशेषता प्रतिबाधा को भी महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

प्रतिरोध विद्युत, विद्युत प्रतिरोध के बराबर भौतिक मात्रा ( सेमी। विद्युत प्रतिरोध) इकाई लंबाई (एल = 1 मीटर) और इकाई क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र (एस = 1 मीटर 2) के एक बेलनाकार कंडक्टर का आर.. आर = आर एस/एल। Si में प्रतिरोधकता की इकाई ओम है। मी. प्रतिरोधकता को ओम में भी व्यक्त किया जा सकता है। सेमी. प्रतिरोधकता उस सामग्री की एक विशेषता है जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है और यह उस सामग्री पर निर्भर करती है जिससे यह बनाई गई है। प्रतिरोधकता r = 1 ओम के बराबर है। m का मतलब है कि एक बेलनाकार कंडक्टर बना हुआ है इस सामग्री का, लंबाई l = 1 मीटर और क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र S = 1 m 2 के साथ प्रतिरोध R = 1 ओम है। मी. धातुओं की प्रतिरोधकता का मान ( सेमी। धातुओं), जो अच्छे संवाहक हैं ( सेमी। कंडक्टर), 10 - 8 - 10 - 6 ओम के क्रम के मान हो सकते हैं। मी (उदाहरण के लिए, तांबा, चांदी, लोहा, आदि)। कुछ ठोस ढांकता हुआ की प्रतिरोधकता ( सेमी। पारद्युतिक) 10 16 -10 18 ओम.एम के मान तक पहुंच सकता है (उदाहरण के लिए, क्वार्ट्ज ग्लास, पॉलीथीन, इलेक्ट्रोपोर्सिलेन, आदि)। कई सामग्रियों (विशेष रूप से अर्धचालक सामग्री) का प्रतिरोधकता मान सेमी। अर्धचालक सामग्री)) महत्वपूर्ण रूप से उनके शुद्धिकरण की डिग्री, मिश्रधातु योजकों की उपस्थिति, थर्मल और मैकेनिकल उपचार आदि पर निर्भर करता है। प्रतिरोधकता के व्युत्क्रम मान को कहा जाता है चालकता: s = 1/r विशिष्ट चालकता सीमेंस में मापी जाती है ( सेमी। सीमेंस (चालकता इकाई)) प्रति मीटर एस/एम. विद्युत प्रतिरोधकता (चालकता) एक आइसोट्रोपिक पदार्थ के लिए एक अदिश राशि है; और टेंसर - अनिसोट्रोपिक पदार्थ के लिए। अनिसोट्रोपिक एकल क्रिस्टल में, विद्युत चालकता की अनिसोट्रॉपी व्युत्क्रम प्रभावी द्रव्यमान की अनिसोट्रॉपी का परिणाम है ( सेमी। प्रभावी मास) इलेक्ट्रॉन और छिद्र।

1-6. इन्सुलेशन की विद्युत चालकता

केबल या तार का इंसुलेशन चालू करते समय स्थिर वोल्टेजयू एक धारा इससे होकर गुजरती है, जो समय के साथ बदलती रहती है (चित्र 1-3)। इस धारा में स्थिर घटक होते हैं - चालन धारा (i ∞) और अवशोषण धारा, जहां γ अवशोषण धारा के अनुरूप चालकता है; टी वह समय है जिसके दौरान वर्तमान आई एब्स अपने मूल मूल्य के 1/ई तक गिर जाता है। अनंत लंबे समय तक i abs →0 और i = i ∞। ढांकता हुआ की विद्युत चालकता को उनमें एक निश्चित मात्रा में मुक्त आवेशित कणों की उपस्थिति से समझाया जाता है: आयन और इलेक्ट्रॉन।

अधिकांश विद्युत इन्सुलेट सामग्री की सबसे विशिष्ट विशेषता आयनिक विद्युत चालकता है, जो इन्सुलेशन में अनिवार्य रूप से मौजूद दूषित पदार्थों (नमी, लवण, क्षार, आदि की अशुद्धियाँ) के कारण संभव है। आयनिक चालकता वाले ढांकता हुआ में, फैराडे के नियम का कड़ाई से पालन किया जाता है - इन्सुलेशन से गुजरने वाली बिजली की मात्रा और इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान निकलने वाले पदार्थ की मात्रा के बीच आनुपातिकता।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, विद्युत इन्सुलेट सामग्री की प्रतिरोधकता कम हो जाती है और सूत्र द्वारा विशेषता होती है

जहाँ_ρ o, A और B किसी दी गई सामग्री के लिए स्थिरांक हैं; टी - तापमान, °K.

नमी पर इन्सुलेशन प्रतिरोध की अधिक निर्भरता हीड्रोस्कोपिक इन्सुलेशन सामग्री, मुख्य रूप से रेशेदार (कागज, सूती धागा, आदि) के साथ होती है। इसलिए, रेशेदार सामग्री को सुखाया और संसेचित किया जाता है, साथ ही नमी प्रतिरोधी गोले द्वारा संरक्षित किया जाता है।

इन्सुलेशन सामग्री में स्पेस चार्ज के गठन के कारण बढ़ते वोल्टेज के साथ इन्सुलेशन प्रतिरोध कम हो सकता है। इस मामले में निर्मित अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक चालकता से विद्युत चालकता में वृद्धि होती है। बहुत मजबूत क्षेत्रों में वोल्टेज पर चालकता की निर्भरता होती है (या. आई. फ्रेनकेल का नियम):

जहाँ γ o - चालकता में कमजोर क्षेत्र; ए स्थिर है. सभी विद्युत इन्सुलेट सामग्री को इन्सुलेशन चालकता जी के कुछ मूल्यों की विशेषता होती है। आदर्श रूप से, इन्सुलेट सामग्री की चालकता शून्य है। वास्तविक इन्सुलेट सामग्री के लिए, प्रति यूनिट केबल लंबाई की चालकता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

3-10 11 ओम-मीटर से अधिक इन्सुलेशन प्रतिरोध वाले केबलों और संचार केबलों में, जहां ढांकता हुआ ध्रुवीकरण नुकसान थर्मल नुकसान से काफी अधिक है, चालकता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

संचार प्रौद्योगिकी में इन्सुलेशन चालकता एक लाइन का एक विद्युत पैरामीटर है जो केबल कोर के इन्सुलेशन में ऊर्जा हानि को दर्शाता है। आवृत्ति पर चालकता मान की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 1-1. चालकता का व्युत्क्रम, इन्सुलेशन प्रतिरोध, इन्सुलेशन पर लागू डीसी वोल्टेज (वोल्ट में) और रिसाव वोल्टेज (एम्पीयर में) का अनुपात है, यानी।

जहां आर वी वॉल्यूमेट्रिक इन्सुलेशन प्रतिरोध है, जो इन्सुलेशन की मोटाई के माध्यम से वर्तमान के पारित होने से उत्पन्न बाधा को संख्यात्मक रूप से निर्धारित करता है; आर एस - सतह प्रतिरोध, जो इन्सुलेशन सतह के साथ वर्तमान के पारित होने में बाधा को निर्धारित करता है।

प्रयुक्त इन्सुलेशन सामग्री की गुणवत्ता का व्यावहारिक मूल्यांकन ओम-सेंटीमीटर (ओम * सेमी) में व्यक्त विशिष्ट वॉल्यूमेट्रिक प्रतिरोध ρ वी है। संख्यात्मक रूप से, ρ V किसी दिए गए पदार्थ से बने 1 सेमी किनारे वाले घन के प्रतिरोध (ओम में) के बराबर है, यदि धारा घन के दो विपरीत सतहों से होकर गुजरती है। विशिष्ट सतह प्रतिरोध ρ S संख्यात्मक रूप से एक वर्ग की सतह प्रतिरोध (ओम में) के बराबर है यदि इस वर्ग के दो विपरीत पक्षों को सीमांकित करने वाले इलेक्ट्रोड को वर्तमान आपूर्ति की जाती है।

सिंगल-कोर केबल या तार का इन्सुलेशन प्रतिरोध सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

डाइलेक्ट्रिक्स की आर्द्रता गुण

नमी प्रतिरोध -यह इन्सुलेशन की विश्वसनीयता है जब यह संतृप्ति के करीब जल वाष्प के वातावरण में होता है। उच्च और उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में सामग्री के रहने के बाद नमी प्रतिरोध का आकलन विद्युत, यांत्रिक और अन्य भौतिक गुणों में परिवर्तन से किया जाता है; नमी और जल पारगम्यता पर; नमी और जल अवशोषण पर.

नमी पारगम्यता -सामग्री के दोनों तरफ सापेक्ष वायु आर्द्रता में अंतर की उपस्थिति में नमी वाष्प संचारित करने की सामग्री की क्षमता।

नमी अवशोषण -संतृप्ति की स्थिति के करीब आर्द्र वातावरण में लंबे समय तक संपर्क में रहने पर किसी सामग्री की पानी सोखने की क्षमता।

जल अवशोषण -लंबे समय तक पानी में डूबे रहने पर किसी पदार्थ की पानी सोखने की क्षमता।

उष्णकटिबंधीय प्रतिरोध और उष्णकटिबंधीयकरणउपकरण – नमी, फफूंद, कृन्तकों से विद्युत उपकरणों की सुरक्षा।

डाइलेक्ट्रिक्स के थर्मल गुण

डाइलेक्ट्रिक्स के तापीय गुणों को चिह्नित करने के लिए, निम्नलिखित मात्राओं का उपयोग किया जाता है।

गर्मी प्रतिरोध- विद्युत इन्सुलेशन सामग्री और उत्पादों की उच्च तापमान और अचानक तापमान परिवर्तन को बिना किसी नुकसान के झेलने की क्षमता। तापमान द्वारा निर्धारित किया जाता है जिस पर यांत्रिक और विद्युत गुणों में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन देखा जाता है, उदाहरण के लिए, लोड के तहत तन्य या झुकने वाली विकृति कार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स में शुरू होती है।

ऊष्मीय चालकता- किसी सामग्री में ऊष्मा स्थानांतरण की प्रक्रिया। यह प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित तापीय चालकता गुणांक λ t द्वारा विशेषता है। λ t 1 मीटर मोटी सामग्री की एक परत और 1 मीटर 2 के सतह क्षेत्र के बीच तापमान अंतर के साथ एक सेकंड में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा है। 1°K की परत. ढांकता हुआ की तापीय चालकता गुणांक एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न होता है। λ t के न्यूनतम मान में गैसें, झरझरा ढांकता हुआ और तरल पदार्थ होते हैं (हवा के लिए λ t = 0.025 W/(m K), पानी के लिए λ t = 0.58 W/(m K)), उच्च मूल्यक्रिस्टलीय डाइलेक्ट्रिक्स हैं (क्रिस्टलीय क्वार्ट्ज के लिए λ t = 12.5 W/(m K))। डाइलेक्ट्रिक्स की तापीय चालकता गुणांक उनकी संरचना (फ्यूज्ड क्वार्ट्ज λ t = 1.25 W/(m K) के लिए) और तापमान पर निर्भर करता है।

थर्मल विस्तारढांकता हुआ का मूल्यांकन रैखिक विस्तार के तापमान गुणांक द्वारा किया जाता है: . कम तापीय विस्तार वाली सामग्रियों में, एक नियम के रूप में, उच्च ताप प्रतिरोध होता है और इसके विपरीत। कार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स का थर्मल विस्तार काफी हद तक (दसियों और सैकड़ों बार) अकार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स के विस्तार से अधिक है। इसलिए, तापमान में उतार-चढ़ाव के दौरान अकार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स से बने हिस्सों की आयामी स्थिरता कार्बनिक लोगों की तुलना में काफी अधिक है।

1. अवशोषण धाराएँ

अवशोषण धाराएँ विभिन्न प्रकार के धीमे ध्रुवीकरण की विस्थापन धाराएँ हैं। एक संतुलन स्थिति स्थापित होने तक ढांकता हुआ में निरंतर वोल्टेज प्रवाह पर अवशोषण धाराएं, वोल्टेज चालू और बंद होने पर अपनी दिशा बदलती हैं। एक प्रत्यावर्ती वोल्टेज के साथ, ढांकता हुआ पूरे समय विद्युत क्षेत्र में अवशोषण धाराएँ प्रवाहित होती हैं।

सामान्य तौर पर विद्युत धारा जे किसी ढांकता हुआ में प्रवाहित धारा का योग होता है जे एसके और अवशोषण वर्तमान जे अब

जे = जे एसके+ जे अब.

अवशोषण धारा को बायस धारा के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता है जे सेमी - विद्युत प्रेरण वेक्टर के परिवर्तन की दर डी

थ्रू करंट विद्युत क्षेत्र में विभिन्न आवेश वाहकों के स्थानांतरण (गति) द्वारा निर्धारित होता है।

2. इलेक्ट्रॉनिकविद्युत चालकता एक क्षेत्र के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों की गति की विशेषता है। धातुओं के अलावा, यह कार्बन, धातु ऑक्साइड, सल्फाइड और अन्य पदार्थों के साथ-साथ कई अर्धचालकों में भी मौजूद होता है।

3. आयनिक –आयनों की गति के कारण होता है। यह इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान और पिघलने में देखा जाता है - लवण, एसिड, क्षार, साथ ही कई डाइलेक्ट्रिक्स में। इसे आंतरिक और अशुद्धता चालकता में विभाजित किया गया है। आंतरिक चालकता पृथक्करण के दौरान प्राप्त आयनों की गति के कारण होती है अणु. विद्युत क्षेत्र में आयनों की गति इलेक्ट्रोलिसिस के साथ होती है - इलेक्ट्रोड के बीच किसी पदार्थ का स्थानांतरण और इलेक्ट्रोड पर उसकी रिहाई। ध्रुवीय तरल पदार्थ अधिक विघटित होते हैं और उनमें गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थों की तुलना में अधिक विद्युत चालकता होती है।

गैर-ध्रुवीय और कमजोर ध्रुवीय तरल डाइलेक्ट्रिक्स (खनिज तेल, सिलिकॉन तरल पदार्थ) में, विद्युत चालकता अशुद्धियों द्वारा निर्धारित की जाती है।

4. मोलियन विद्युत चालकता -आवेशित कणों की गति के कारण होता है मोलियंस. यह कोलाइडल सिस्टम, इमल्शन में देखा जाता है , निलंबन . विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में मोलियंस की गति कहलाती है वैद्युतकणसंचलन. इलेक्ट्रोफोरेसिस के दौरान, इलेक्ट्रोलिसिस के विपरीत, तरल की विभिन्न परतों में बिखरे हुए चरण की सापेक्ष सांद्रता नहीं बनती है; उदाहरण के लिए, इमल्सीफाइड पानी वाले तेल में इलेक्ट्रोफोरेटिक चालकता देखी जाती है।

किसी पदार्थ के ध्रुवीकरण के स्तर को एक विशेष मान द्वारा दर्शाया जाता है जिसे ढांकता हुआ स्थिरांक कहा जाता है। आइए विचार करें कि यह मान क्या है।

आइए मान लें कि निर्वात में दो आवेशित प्लेटों के बीच एकसमान क्षेत्र की तीव्रता E₀ के बराबर है। अब उनके बीच के गैप को किसी डाइइलेक्ट्रिक से भर देते हैं। जो इसके ध्रुवीकरण के कारण ढांकता हुआ और कंडक्टर के बीच की सीमा पर दिखाई देते हैं, प्लेटों पर आवेशों के प्रभाव को आंशिक रूप से बेअसर कर देते हैं। तनाव ई इस क्षेत्र कातनाव E₀ कम हो जाएगा।

अनुभव से पता चलता है कि जब प्लेटों के बीच का अंतर क्रमिक रूप से समान ढांकता हुआ से भरा होता है, तो क्षेत्र की ताकत अलग-अलग होगी। इसलिए, ढांकता हुआ ई₀ की अनुपस्थिति में और ढांकता हुआ ई की उपस्थिति में प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र की ताकत के अनुपात का मूल्य जानकर, कोई इसकी ध्रुवीकरण क्षमता निर्धारित कर सकता है, अर्थात। इसका ढांकता हुआ स्थिरांक। यह मात्रा आमतौर पर निरूपित की जाती है यूनानी अक्षरԑ (एप्सिलॉन)। इसलिए, हम लिख सकते हैं:

ढांकता हुआ स्थिरांक दर्शाता है कि किसी ढांकता हुआ (सजातीय) में ये आवेश निर्वात की तुलना में कितने गुना कम होंगे।

आवेशों के बीच परस्पर क्रिया के बल में कमी माध्यम के ध्रुवीकरण की प्रक्रियाओं के कारण होती है। एक विद्युत क्षेत्र में, परमाणुओं और अणुओं में इलेक्ट्रॉन आयनों के संबंध में कम हो जाते हैं, और यानी प्रकट होते हैं। वे अणु जिनका अपना द्विध्रुव आघूर्ण होता है (विशेष रूप से पानी के अणुओं में) विद्युत क्षेत्र में उन्मुख होते हैं। ये क्षण अपना स्वयं का विद्युत क्षेत्र बनाते हैं, उस क्षेत्र का प्रतिकार करते हैं जो उनकी उपस्थिति का कारण बना। परिणामस्वरूप, कुल विद्युत क्षेत्र कम हो जाता है। छोटे क्षेत्रों में इस घटना का वर्णन ढांकता हुआ स्थिरांक की अवधारणा का उपयोग करके किया जाता है।

नीचे निर्वात में ढांकता हुआ स्थिरांक है विभिन्न पदार्थ:

वायु………………………………1.0006

पैराफिन………………………………2

प्लेक्सीग्लास (प्लेक्सीग्लास)……3-4

एबोनाइट………………………………..4

चीनी मिट्टी के बरतन………………………………7

ग्लास…………………………..4-7

अभ्रक…………………………..4-5

प्राकृतिक रेशम............4-5

स्लेट...................6-7

अंबर………………12.8

जल…………………………………….81

पदार्थों के ढांकता हुआ स्थिरांक के ये मान 18-20 डिग्री सेल्सियस की सीमा में परिवेश के तापमान को संदर्भित करते हैं। तो, ढांकता हुआ स्थिरांक एसएनएफफेरोइलेक्ट्रिक्स को छोड़कर, तापमान के साथ थोड़ा बदलता है।

इसके विपरीत, गैसों के लिए यह तापमान में वृद्धि के कारण घट जाती है और दबाव में वृद्धि के कारण बढ़ जाती है। व्यवहार में इसे एक के रूप में लिया जाता है।

में अशुद्धियाँ छोटी मात्राद्रवों के ढांकता हुआ स्थिरांक के स्तर पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।

यदि दो मनमाने बिंदु आवेशों को एक ढांकता हुआ में रखा जाता है, तो इनमें से प्रत्येक आवेश द्वारा दूसरे आवेश के स्थान पर बनाई गई क्षेत्र शक्ति ԑ गुना कम हो जाती है। इससे यह पता चलता है कि जिस बल के साथ ये आवेश एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं वह बल भी ԑ गुना कम होता है। इसलिए, ढांकता हुआ में रखे गए आवेशों के लिए, इसे सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है:

एफ = (q₁q₂)/(4πԑₐr²),

जहां F अंतःक्रिया बल है, q₁ और q₂ आवेशों का परिमाण है, ԑ माध्यम का पूर्ण ढांकता हुआ स्थिरांक है, r बिंदु आवेशों के बीच की दूरी है।

ԑ का मान सापेक्ष इकाइयों में संख्यात्मक रूप से दिखाया जा सकता है (वैक्यूम ԑ₀ की पूर्ण ढांकता हुआ पारगम्यता के मूल्य के सापेक्ष)। ԑ = ԑₐ/ԑ₀ का मान सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक कहलाता है। इससे पता चलता है कि अनंत सजातीय माध्यम में आवेशों के बीच परस्पर क्रिया निर्वात की तुलना में कितनी बार कमजोर होती है; ԑ = ԑₐ/ԑ₀ को अक्सर जटिल ढांकता हुआ स्थिरांक कहा जाता है। मात्रा ԑ₀ का संख्यात्मक मान, साथ ही इसका आयाम, इस बात पर निर्भर करता है कि इकाइयों की कौन सी प्रणाली चुनी गई है; और ԑ का मान - निर्भर नहीं करता. तो, एसजीएसई प्रणाली में ԑ₀ = 1 (यह चौथी बुनियादी इकाई); एसआई प्रणाली में, निर्वात का ढांकता हुआ स्थिरांक व्यक्त किया जाता है:

ԑ₀ = 1/(4π˖9˖10⁹) फैराड/मीटर = 8.85˖10⁻¹² f/m (इस प्रणाली में ԑ₀ एक व्युत्पन्न मात्रा है)।

पारगम्यता- यह डाइलेक्ट्रिक्स के विद्युत गुणों को दर्शाने वाले मुख्य मापदंडों में से एक है। दूसरे शब्दों में, यह निर्धारित करता है कि कोई विशेष सामग्री कितनी अच्छी इन्सुलेटर है।

ढांकता हुआ स्थिरांक मान उस पर कार्य करने वाले विद्युत क्षेत्र की ताकत पर ढांकता हुआ में विद्युत प्रेरण की निर्भरता को दर्शाता है। इसके अलावा, इसका मूल्य न केवल प्रभावित होता है भौतिक गुणन केवल सामग्री या माध्यम, बल्कि क्षेत्र की आवृत्ति भी। एक नियम के रूप में, संदर्भ पुस्तकें स्थिर या कम-आवृत्ति क्षेत्र के लिए मापा गया मान दर्शाती हैं।

ढांकता हुआ स्थिरांक दो प्रकार के होते हैं: निरपेक्ष और सापेक्ष।

सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक अध्ययन के तहत सामग्री के इन्सुलेटिंग (ढांकता हुआ) गुणों का वैक्यूम के समान गुणों के अनुपात को दर्शाता है। यह गैसीय, तरल या ठोस अवस्था में किसी पदार्थ के इन्सुलेशन गुणों को दर्शाता है। यानी यह लगभग सभी डाइइलेक्ट्रिक्स पर लागू होता है। गैसीय अवस्था में पदार्थों के लिए सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक का मान, एक नियम के रूप में, 1 की सीमा में होता है। तरल और ठोस पदार्थों के लिए, यह बहुत व्यापक सीमा में हो सकता है - 2 से और लगभग अनंत तक।

उदाहरण के लिए, सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक ताजा पानी 80 के बराबर है, और फेरोइलेक्ट्रिक्स के लिए - सामग्री के गुणों के आधार पर दसियों या सैकड़ों इकाइयाँ।

पूर्ण ढांकता हुआ स्थिरांक एक स्थिर मान है. यह किसी विशेष पदार्थ या सामग्री के इन्सुलेशन गुणों की विशेषता बताता है, भले ही उसका स्थान और उसे प्रभावित करने वाले बाहरी कारक कुछ भी हों।

प्रयोग

ढांकता हुआ स्थिरांक, या इसके मूल्यों का उपयोग विशेष रूप से कैपेसिटर में नए इलेक्ट्रॉनिक घटकों के विकास और डिजाइन में किया जाता है। भविष्य के आकार और विद्युत विशेषताओंअवयव। संपूर्ण विकास करते समय इस मान को भी ध्यान में रखा जाता है विद्युत आरेख(विशेषकर उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स में) और यहां तक ​​कि