Materjalij Dieletriċi: Definizzjoni, Karatteristiċi u Aplikazzjonijiet
Il-materjal dieletriċi jdefinixxu bħala insulatur elettriku li jista’ jiġi polarizzat minn kamp elettriku applicat. Dan ifisser li meta materjal dieletriċi jiġi post mal-kamp elettriku, ma jħalliex x-xarġ elettriku jiġi skontinwat permezz tiegħu, imma flimkien, jiġi allinjat l-kamp elettriku intern (Ċoppji ta’ xarġ kontraenti) fil-direzzjoni tal-kamp. Din l-allinja tirduna l-kamp elettriku olliv tal-materjal dieletriċi u tżid il-kapasità tal-kondensatur li jistenna.
Kif jagħmlu l-materjali dieletriċi?
Biex nifhem kif jagħmlu l-materjali dieletriċi, għandna noqgħodu mhedda dwar ħafna konċetti bażiċi tal-elettromagnetismu.
Il-kamp elettriku huwa reġjun tas-spaċju fejn xarġ elettriku jipprova forza. Id-direzzjoni tal-kamp elettriku hi d-direzzjoni tal-forza fuq xarġ pożittiv, u l-misura tal-kamp elettriku hi proporzjonali lill-forza. Il-kammi elettriki huma kkreati minn xarġ elettriku jew minn kammi magnetiċi mutanti.
Polarizzazzjoni elettrika
Il-polarizzazzjoni elettrika hija is-separazzjoni ta’ xarġ pożittivi u negattivi fi materjal minħabba l-kamp elettriku estern. Meta materjal jiġi polarizzat, jilgħaq moment dipolari elettriku, li hu misur tal-kif il-xarġ huma separati u allinjati. Il-moment dipolari elettriku tal-materjal hu proporzjonali għal susceptività elettrika, li hi misur kemm hu facili li jiġi polarizzat.
Kapasità
Il-kapasità hi l-abbilità tas-sistema biex iżommu xarġ elettriku. Il-kondensatur hu aparatt moħħieg minn żewġ konduċturi (plakkati) separati mill-insulatur (dieletriċi). Meta volttagġ jiġi applikat permezz tal-plakkati, jiġi kkreat kamp elettriku bejnhom, u l-xarġ jiġi akkumulat fuq kull plakka. Il-kapasità tal-kondensatur hi proporzjonali l-arej tal-plakkati, inversament proporzjonali lill-distanza bejniethom, u direttament proporzjonali għal kostanti dieletriċi tal-insulatur.
Proprietajiet tal-materjali dieletriċi
B’xejn minn proprietajiet importanti tal-materjali dieletriċi:
Kostanti dieletriċi: Huwa quantità dimensjoni bħalissa li tindika kemm materjal jiżid il-kapasità tal-kondensatur inkella ma jkun hemm vakan. Jgħamlu ukoll referenza għal permissività relattiva jew rapport tal-permissività. Il-kostanti dieletriċi tal-vakan hu 1, u tal-ħal tal-aħwa huwa qrib 1.0006. Materjali b’kostanti dieletriċi ħawil jinkludu l-ilma (qrib 80), il-barium titanate (qrib 1200), u strontium titanate (qrib 2000).
Forza dieletriċa: Hi l-kamp elettriku massimu li materjal jista’ jiġi sostenut mingħajr ma jkun hemm kollass jew jdiventa konduċtiv. Tmisja fil-volt tal-metru (V/m) jew kilovolt tal-millemetru (kV/mm). Il-forza dieletriċa tal-aħwa huwa qrib 3 MV/m, u tal-għasfur huwa qrib 10 MV/m.
Perda dieletriċa: Hi l-enerġija li tiġi dissipa bħal ħeft meta kamp elettriku alterant jiġi applikat lil materjal. Tmisja mill-tan delta jew fattur dissipazzjoni, li hu raport tal-parti immaginarja għall-parti reali tal-permissività komplessa. Il-perda dieletriċa tintuża mill-frequenza u temperatura tal-kamp elettriku, kif ukoll mill-struttura u purità tal-materjal. Materjali b’perda dieletriċa żgħira huma desirabbli għal applikazzjonijiet li rikjelu efiffiċjenza u ħeft bass.
Tipijiet u esempi tal-materjali dieletriċi
Il-materjali dieletriċi jistgħu jiġu klassifikati f’differenti tipijiet bsedda struttura molekuljar tagħhom u mekaniku tal-polarizzazzjoni. B’dawn it-tipijiet u l-esempi komuni:
Vakan: Dan hu assenza ta’ materja u għalhekk mhux hemm polarizzazzjoni. Huwa għandu kostanti dieletriċi ta’ 1 u l-ebda perda dieletriċa.
Gassijiet: Dawn huma magħqudin minn atomi jew molekoli li huma legati bluħ u jistgħu jmovu liberament. Huma għandhom kostanti dieletriċi bassa (qrib 1) u perda dieletriċa bassa. Esempi inklużu l-aħwa, in-nitrogen, l-elix, u s-solfur hexafluoride.
Liquidi: Dawn huma magħqudin minn molekoli li huma aktar legati milli l-gassijiet imma jistgħu jkunu jmovu attorn. Huma għandhom kostanti dieletriċi aktar (minn 2 sa 80) u perda dieletriċa aktar. Esempi inklużu l-ilma, l-oil tal-transformatur, l-etanol, u l-glicerol.
Solidi: Dawn huma magħqudin minn atomi jew molekoli li huma forte legati fis-post fixi. Huma għandhom kostanti dieletriċi aktar (minn 3 sa 2000) u perda dieletriċa aktar. Esempi inklużu l-għasfur, il-keramika, il-plastika, ir-rubber, il-karta, il-mica, u l-kuarzo.
Applikazzjonijiet tal-materjali dieletriċi
Il-materjali dieletriċi għandhom applikazzjonijiet ħafna f’differenti setturi tal-scienza u teknoloġija. B’dawn l-esempi:
Kondensaturi: Dawn huma apparati li jistokkjaw xarġ elettriku u enerġija billi jistennu materjal dieletriċi bejn żewġ konduċturi. Il-kondensaturi huma użati għal filtrazzjoni, smoothing, timing, coupling, decoupling, tuning, sensing, u konverżjoni tal-enerġija fiċ-ċirkwiti elettronici.
Insulaturi: Dawn huma materjali li jprevennu l-xarġ elettriku minn tixtri permezz tal-resistanza alta u forza dieletriċa alta. L-insulaturi huma użati għal protezzjoni, isolazzjoni, support, u separation tal-komponenti u kabil elettrika.
Transducers: Dawn huma apparati li jkonvertu forma ta’ enerġija ġdid permezz tal-materjali dieletriċi li jexhibixxu piezoelectricity jew electrostriction. Il-piezoelectricity huwa l-proprjetà ta’ materjali li jgħenmu votaġġ elettriku meta jsibhom stress mekaniku jew vice versa. Il-electrostriction huwa l-proprjetà ta’ materjali li jbidlu l-forma jew l-aktar meta jsibhom kamp elettriku jew vice versa. It-transducers huma użati għal generation, detection, measurement, u control ta’ waves tas-silġ, waves tas-silġ ultra, vibrations, pressjoni, forza, displacement, temperatura, etc.
Dispożitivi fotonici: Dawn huma dispożitivi li jmanipulaw waves tas-silġ permezz tal-materjali dieletriċi li jexhibixxu proprjetajiet optiki bħal refraction, reflection, absorption, scattering, dispersion, birefringence, etc. Id-dispożitivi fotonici huma użati għal transmission, reception, modulation, switching, filtering, amplification, splitting, combining, storage, processing, displaying, imaging, sensing, etc., ta’ signals tas-silġ.
