Dielektrik materiallar: Ta'rif, xususiyatlari va qo'llanmalar
Dielektrik material elektrik aloqasi bo'lgan bir qisim maydonni elektr tashkil etishiga ko'ra poliarlanishi mumkin bo'lgan elektr insulatori hisoblanadi. Bu, dielektrik materialni elektr maydonda joylashtirganda, uning ichidagi elektronlar (qarama-qarshi zaryadlar juftligi) maydonning yo'nalishida tartiblanganligini anglatadi. Bu tartibli poliarlash, dielektrik material ichidagi umumiy elektr maydonini kamaytiradi va uning ishlatilgan kondensatorning kapasitansini oshiradi.
Dielektrik materiallar qanday ishlaydi?
Dielektrik materiallar qanday ishlaydini tushunish uchun, biz elektromagnetizmning ba'zi asosiy konseptualarni bilishimiz kerak.
Elektr maydoni - bu elektr zaryadining kuchni tajribaga olishi mumkin bo'lgan maydon. Elektr maydonining yo'nalishi musbat zaryadga ta'sir etuvchi kuchning yo'nalishi bo'lib, elektr maydonining intensivligi shu kuchning intensivligiga proporsional. Elektr maydonlari elektr zaryadlari yoki o'zgaruvchi magnit maydonlari tomonidan yaratiladi.
Elektr poliarlash
Elektr poliarlash - bu tashqi elektr maydoni tufayli material ichidagi musbat va manfiy zaryadlarning ajratilishi. Material poliarlanganda, unda elektr dipol momenti paydo bo'ladi, bu esa zaryadlarning qanchalik ajratilganligi va ularning qanday tarzda tartiblanganligini o'lchovchi qiymat. Materialning elektr dipol momenti, uning elektr chuvurish darajasiga proporsional, bu esa uni qanday osonlikda poliarlash mumkinligini o'lchovchi qiymat.
Kapasitans
Kapatsitivlik - bu sistemaning elektr energiyasini saqlash qobiliyati. Kapatsitor - bu ikki elektr o'tkazgich (plitalar) orasiga dielektrik joylashtirilgan qurilma. Agar plitalarga elektr potentsial farqi ta'sir etilsa, plitalar orasida elektr maydon yaratiladi va har bir plitada zaryadlar jamlanadi. Kapatsitorning kapatsitivligi plitalarning maydoniga proporsional, ular orasidagi masofaga nisbatan teskari proporsional va dielektrikning konstantsiyasiga proporsional.
Dielektrik materiallarning xususiyatlari
Dielektrik materiallarning ba'zi muhim xususiyatlari quyidagilar:
Dielektrik konstantasi: Bu, bo'sh fazadan nisbatan kapatsitorning kapatsitivligini qanday oshirishini ko'rsatuvchi o'lchovsiz son. U mos permittivlik yoki permittivlik nisbati deb ham ataladi. Bo'sh fazaning dielektrik konstantasi 1, va havoning dielektrik konstantasi kira-kira 1,0006. Yuqori dielektrik konstantga ega materiallar orasida suv (kira-kira 80), barium titanat (kira-kira 1200) va strontium titanat (kira-kira 2000) mavjud.
Dielektrik quvvati: Bu, materialning yozilishdan yoki elektr o'tkazgich bo'lishidan oldin tasdiqlay oladigan maksimal elektr maydoni. U volt/metrdan (V/m) yoki kilovolt/millimetrdan (kV/mm) o'lchanadi. Havoning dielektrik quvvati kira-kira 3 MV/m, va sheerning dielektrik quvvati kira-kira 10 MV/m.
Dielektrik yo'qotilishi: Bu, materialga alternativ elektr maydoni ta'sir etilganda ishqol bilan yo'qotiladigan energiya miqdori. U yo'qotilish tangensi yoki dissipatsiya faktor orqali o'lchanadi, bu kompleks permittivlikning imajiner qismi va haqiqiy qismi nisbatan. Dielektrik yo'qotilishi elektr maydonining chastotalaridan va haroratidan, shuningdek, materialning tuzilishidan va safqatidan bog'liq. Kam dielektrik yo'qotilishga ega materiallar, yuqori samaradorlik va kam ishqol talab qilinadigan loyihalar uchun istalgan.
Dielektrik materiallarning turlari va misollar
Dielektrik materiallarni molekulyar tuzilishiga va polarizatsiya mekanizmiga asosan turli turlarga bo'lish mumkin. Ba'zi umumiy turlari va misollari quyidagilar:
Bo'sh fazo: Bu, madda yo'qotilishidan iborat va shuning uchun polarizatsiya yo'q. Uning dielektrik konstantasi 1 va dielektrik yo'qotilishi yo'q.
Gazlar: Ushbu gazlar atommalar yo'ki molekulalar orqali tuzilgan bo'lib, ular juda ochiq va erkin harakat qilishlari mumkin. Gazlarning dielektrik sabutligi (1 ga yaqin) va dielektrik yo'qotmalar zavqlari past. Misollar: havo, azot, gelium va sulfur heksafluorid.
Suyuqliklar: Ushbu suyuqliklar gazlardan ko'ra aniqroq bog'langan molekulalardan iborat, lekin ular hali ham o'zgarmoqda. Suyuqliklarning dielektrik sabutligi gazlardan oshirilgan (2 dan 80 gacha) va dielektrik yo'qotmalar zavqlari yuqori. Misollar: suv, transformator yog'i, etanol va glyserol.
Qattiq jismlar: Ushbu qattiq jismlar atommalar yoki molekulalar orqali tuzilgan bo'lib, ular aniq joylashgan holda kuchli ravishda bog'langan. Qattiq jismlarning dielektrik sabutligi suyuqliklardan oshirilgan (3 dan 2000 gacha) va dielektrik yo'qotmalar zavqlari yuqori. Misollar: shisha, keramika, plastik, gumm, qog'oz, mika va kvarts.
Dielektrik materiallarning qo'llanishlari
Dielektrik materiallarning ko'plab sohalarda foydalanishlari mavjud. Ba'zi misollar:
Kondensatorlar: Bu qurilmalar elektr energiyasini saqlash uchun ikki quloq orasida dielektrik materialdan foydalanadi. Kondensatorlar elektron shemalarda filtratsiya, yumshoq qilish, vaqtlayish, ulash, ajratish, nazorat, hisoblash va energiya konvertatsiyasi uchun ishlatiladi.
Izolyatorlar: Bu materiallar o'zlarining yuqori elektr tok ning ular orqali o'tishini oldini olish uchun yuqori qarshi kuchi va yuqori dielektrik quvvatiga ega. Izolyatorlar elektr komponentlarini va qatorlarni himoya, ajratish, qo'llab-quvvatlash va ajratish uchun ishlatiladi.
Transduserlar: Bu qurilmalar bir energiya turini boshqa energiya turiga aylantirish uchun piezo-elektriklik yoki elektrostriksiya holatlarini ko'rsatadigan dielektrik materiallardan foydalanadi. Piezo-elektriklik ba'zi materiallarning mexanik bosim ostida yoki uning teskarisi elektr voltajini yaratish xususiyati. Elektrostriksiya ba'zi materiallarning elektr maydoni ostida yoki uning teskarisi shakl yoki hajmini o'zgartirish xususiyati. Transduserlar ovoz to'plamlarini, ultrachuk to'plamlarini, titrebuvchiliklarni, bosimni, kuchni, siljishni, haroratni va boshqalarini yaratish, aniqlash, o'lchash va boshqarish uchun ishlatiladi.
Fotonik qurilmalar: Bu qurilmalar nurlanish to'plamlarini refraksiya, refleksiya, absorpsiya, skaterring, dispersiya, birefringentsiya va boshqalar kabi optik xususiyatlarni ko'rsatadigan dielektrik materiallardan foydalanib manipulyatsiya qilish uchun ishlatiladi. Fotonik qurilmalar nurlanish signallarini uzatish, qabul qilish, modulyatsiya qilish, o'zgartirish, filtrlash, kuchaytirish, ajratish, birlashtirish, saqlash, protsesslash, chiqarish, tasvirlash, hisoblash va boshqalar uchun ishlatiladi.
Xotira qurilmalari: Bu qurilmalar dielektrik materiallardan foydalanib ma'lumotlarni saqlaydi. Ular ferroelektriklik yoki elekret xususiyatini ko'rsatadigan materiallardan iborat. Ferroelektriklik - bu ba'zi materiallarning tashqi elektr maydonini olib tashlagandan so'ng polaryatsiya holatini saqlash xususiyati. Elekretlar - bu doimiy elektr zaryadi yoki dipol momentiga ega bo'lgan materiallar. Xotira qurilmalari kompyuterlarda, mobil telefonlarda, kameralarda va boshqalarida ma'lumotlarni saqlash uchun ishlatiladi.
Xulosa
Dielektrik materiallar - bu elektr maydoni orqali polaryatsiya qilinadigan elektr insulatorlari. Ular turli xil xususiyatlarga ega, masalan, dielektrik konstanta, dielektrik quvvat va dielektrik yo'qotish. Ular vakuum, gazlar, sular va jismlar kabi turma-qoldirishga bo'linishi mumkin. Ular kapasitorlarda, insulatorlarda, transduktorlarda, fotonik qurilmalarda va xotira qurilmalarda kabi turli sohalarda qo'llaniladi. Dielektrik materiallar modern ilm-fan va texnikada muhim ahamiyatga ega.
