Materialia Dielectrica: Definitio Proprietates et Applicationes
Material dielectricus definiri potest ut insulator electricus qui polarizari potest per applicatum campum electricum. Hoc significat quod quando materialis dielectricus ponitur in campo electrico, non permittit fluxum electrici per se, sed aliter alignat sua interna dipola electrica (paria oppositorum electricorum) in directionem campi. Haec alignatio reducit totum campum electricum intra materialis dielectricum et augeat capacitatem condensatoris qui eum usitat.
Quomodo materiales dielectrici operantur?
Ut intellegamus quomodo materiales dielectrici operantur, oportet nos scire quaedam fundamenta electromagnetica.
Campum electricum est spatium ubi electrum experiatur vi. Directio campi electrici est directio vis in electrum positivum, et magnitudo campi electrici proportionalis est vi. Campi electrici creantur ab electris vel mutabilibus campis magneticis.
Polarizatio electrica
Polarizatio electrica est separatio positivorum et negativorum electricorum intra materiam propter externum campum electricum. Quando materia polarizatur, evolvit momentum dipolare electricum, quod est mensura quantum electra separata sint et quomodo alignata. Momentum dipolare electricum materiae proportionalis est suo susceptibilitati electricae, quae est mensura quam facile polarizari possit.
Capacitatio
Capacitatio est potentia systematis ad conservandum electricum. Condensator est instrumentum quod constat duobus conductoribus (platis) separatis per insulatorem (dielectricum). Quando voltus applicatur trans platas, creatur campum electricum inter eos, et electra accumulantur in utroque plate. Capacitatio condensatoris proportionalis est areae platarum, inversus proportionalis distantiae inter eas, et directus proportionalis constanti dielectricae insulatoris.
Proprietates materialis dielectrici
Quaedam proprietates importantissimae materialis dielectrici sunt:
Constantis dielectrica: Hoc est quantitas sine dimensione quae indicat quantum materia augeat capacitatem condensatoris comparata cum vacuo. Appellatur etiam permittivitas relativa vel ratio permittivitatis. Constantis dielectrica vacui est 1, et constantis dielectrica aeris est circa 1.0006. Materiae cum altis constantibus dielectricis includunt aquam (circa 80), titanatum baryti (circa 1200), et titanatum strontii (circa 2000).
Robur dielectricum: Hoc est maximum campum electricum quod materia sustinere possit sine disgregatione vel efficiendo conductivam. Mensuratur in voltis per metrum (V/m) vel kilovoltis per millimetrum (kV/mm). Robur dielectricum aeris est circa 3 MV/m, et robur dielectricum vitri est circa 10 MV/m.
Perditio dielectrica: Hoc est quantitas energiae quae dissipatur ut calor quando alternans campum electricum applicatur materiae. Mensuratur per tangentem perdendam vel factorem dissipationis, qui est ratio partis imaginariae ad partem realem complexae permittivitatis. Perditio dielectrica dependet a frequentia et temperatura campi electrici, sicut et structura et puritate materiae. Materiae cum parvis dielectricis perdendis desiderantur pro applicationibus quae requirunt altam efficientiam et parvam calefactionem.
Typi et exempla materialis dielectrici
Materiales dielectrici possunt classificari in varios typus secundum structuram molecularis et mechanismon polarizationis. Quaedam communes typi et exempla sunt:
Vacuum: Hoc est absentia materiae et ideo nullam habet polarizationem. Habet constantem dielectricam 1 et nullam perditionem dielectricam.
Gases: Hi componuntur ex atomis vel moleculis quae laxe ligatae sunt et libere moveri possunt. Habent parvas constantes dielectricas (prope 1) et parvas perditiones dielectricas. Exempla includunt aerem, nitrogenium, helium, et sulfur hexafluoridum.
Liquores: Hi componuntur ex moleculis quae strictius ligatae sunt quam gases sed adhuc moveri possunt. Habent altiores constantes dielectricas quam gases (ranging from 2 to 80) et altiores perditiones dielectricas. Exempla includunt aquam, oleum transformatoris, ethanol, et glycerolum.
Solidi: Hi componuntur ex atomis vel moleculis quae fortem ligatae sunt in fixis positionibus. Habent altiores constantes dielectricas quam liquores (ranging from 3 to 2000) et altiores perditiones dielectricas. Exempla includunt vitrum, ceramicas, plastica, gummi, chartam, micam, et quartzum.
Applicationes materialis dielectrici
Materialis dielectrici multas applicationes habent in variis scientiarum et technologiae campis. Quaedam exempla sunt:
Condensatores: Hi sunt instrumenta quae conservant electrum et energiam per usum materialis dielectrici inter duos conductores. Condensatores utuntur ad filtrandum, emolliendum, temporizandum, copulandum, decopulandum, temperandum, sentiendum, et conversionem potentiae in circuitibus electronicis.
Insulatores: Hi sunt materiae quae prohibent currentem electricum a fluendo per se per suam altam resistivitatem et altam roboris dielectricam. Insulatores utuntur ad protegendum, isolandum, supportandum, et separandum componentes et filos electricos.
Transductores: Hi sunt instrumenta quae convertunt unam formam energiae in alteram per usum materialis dielectrici qui exhibent piezoelectricitatem vel electrostrictionem. Piezoelectricitas est proprietas quaedam materialium generare voltum electricum quando subicitur stressui mechanicus vel vice versa. Electrostrictio est proprietas quaedam materialium mutare formam aut magnitudinem quando subicitur campum electricum vel vice versa. Transductores utuntur ad generandum, detegendum, mensurandum, et controlandum undas sonoras, ultrasonicas, vibrationes, pressiones, vires, displacementa, temperatures, etc.
Instrumenta photonica: Hi sunt instrumenta quae manipulant undas luminis per usum materialis dielectrici qui exhibent proprietates opticas sicut refractionem, reflectionem, absorptionem, dispersionem, birefringentiam, etc. Instrumenta photonica utuntur ad transmittendum, recipiendum, modulandum, commutandum, filtrandum, amplificandum, dividendum, combinandum, conservandum, processandum, ostendendum, imaginandum, sentiendum, etc., et signales luminis.
Instrumenta memorialis: Hi sunt instrumenta quae conservant informationem per usum materialis dielectrici qui exhibent ferroelectricitatem vel electretas. Ferroelectricitas est proprietas quaedam materialium retinere statum polarizationis etiam post remotionem externi campi electrici. Electretas sunt materiae quae habent electricum permanens vel momentum dipolare. Instrumenta memorialis utuntur ad conservandum data in computatoribus, telephonis mobilibus, cameris, etc.
Conclusio
