Základní veličiny a vztahy nauky o dielektrikách

1. Základní veličiny a vztahy nauky o dielektrikách Mgr. Martin Tomáš

2. aceton, amoniak, anilin, apatit, asfalt, bakelit, benzen, břidlice, butan, celofán, celulóza, cement, chloroform, cukr, diamant, dolomit, ebonit, formalín, fosgen, freon, hedvábí, jantar, kanadský balzám, kerosin, kokain, kyselina sírová, kys. mravenčí, kys. dusičná, líh, LPG, malachit, mentol, metan, močovina, mramor, naftalen, neopren, nylon, oxid titaničitý, papír, parafín, petrolej, plexisklo, polystyren, porcelán, PVC, rubín, sklo, slonovina, suřík, šelak, teflon, toluen, TNT, uretan, voda, vzduch, xylen Dielektrika kolem nás

3. - dielektrika jsou často ztotožňována s izolanty • izolanty jsou materiály použité k nevodivému oddělení dvou míst s různým potenciálem • Izolanty patří mezi dielektrika, ale dielektrikum nemusí být izolantem. Základní veličiny a vztahy

4. Elektrický náboj značka Q jednotka C (coulomb) zákon zachování elektrického náboje relativistický invariant elektrický náboj kvantován Mohr, Taylor, Newel, CODATA recommended values of fundamental physical constants. Reviews of Modern Physics, 2008 Základní veličiny a vztahy

5. Coulombův zákon • mezi dvěma bodovými náboji Q1 a Q2 vzdálenými rpůsobí ve vakuu síla Fe • vztah pro tuto sílu odvodil Coulomb na základě experimentu • síla působí ve směru spojnice nábojů Základní veličiny a vztahy

6. konstantu úměrnosti k můžeme rozepsat jako • kde ε0 označuje permitivitu vakua. • Permitivita vakua je číselně rovna Základní veličiny a vztahy

7. Intenzita elektrického pole • v okolí bodového náboje se vytváří elektrické pole • toto pole popisujeme veličinou intenzita elektrického pole • veličina udává velikost a směr elektrického pole • platí vztah • jednotkou je Základní veličiny a vztahy

8. Elektrický dipól • molekula může být rozdělena do částí, které nesou opačný náboj • takové uspořádání označujeme jako elektrický dipól • elektrický dipól charakterizujeme dipólovým momentem p - velikost dipólového momentu dvojice nábojů -q a +q ve vzdálenosti l je dána vztahem Základní veličiny a vztahy

9. jednotkou je • můžeme se setkat se starší jednotkou debye (značka D) • převod mezi jednotkami je dán vztahem Základní veličiny a vztahy • například dipólový moment molekuly vody je roven

10. Dipólový moment vybraných látek Základní veličiny a vztahy

11. působí-li na dielektrikum vnější elektrické pole, dochází k přeskupení nabitých částic uvnitř materiálu • na povrchu dielektrika lze pozorovat VÁZANÝnáboj • toto přeskupení nazýváme polarizace P • polarizace je vektorovým součtem dipólových momentů v jednotce objemu a je dána vztahem Základní veličiny a vztahy

12. Polarizace • elektronová • orientační • iontová elektronová polarizace – vychýlení kladného atomového jádra a protáhnutí záporného atomového obalu proti směru intenzity elektrického pole Základní veličiny a vztahy

13. Polarizace orientační polarizace – natočení volných dipólů, které nejsou směrově vázány, ve směru intenzity elektrického pole Základní veličiny a vztahy

14. Polarizace iontová polarizace – vychýlení iontů ze strukturní mřížky podle směru intenzity elektrického pole Základní veličiny a vztahy

15. Polarizace - vektor polarizace můžeme rovněž zapsat jako kde je elektrická susceptibilita, která je pro vakuum přesně a pro vzduch přibližně rovna nule - anizotropní dielektrikum: el. susceptibilita tenzorem 2. řádu Základní veličiny a vztahy

16. Dielektrická konstanta (relativní permitivita) • materiálová konstanta, pro kterou platí • dielektrická konstanta dosahuje u normálních dielektrik hodnot od 1 (vakuum) do 200 (některé fáze ledu) • Míra změny kapacity Cx kondenzátoru vyplněného dielektrikem oproti kapacitě C0 prázdného kondenzátoru. Základní veličiny a vztahy

17. Dielektrická konstanta vybraných látek Základní veličiny a vztahy

18. Elektrická indukce • tato veličina popisuje účinky elektrického pole na dielektrikum • pro vektor elektrické indukce platí vztah • jednotkou je coulomb na metr čtvereční Základní veličiny a vztahy

19. Elektrická pevnost • při zvětšení intenzity elektrického pole dochází ke zvýšení koncentrace volných nábojů a jejich pohyblivosti • překročením určité meze dojde k přeskoku jiskry (plyny a kapaliny) nebo průrazu (pevné látky) • průraz může způsobit nevratné změny v materiálu • během průrazu dojde k vytvoření vodivého kanálku, kterým mohou procházet značné proudy Základní veličiny a vztahy

20. Elektrická pevnost • elektrická pevnost Ep udává tedy velikost průrazného napětí Up lineárně přepočítaného na tloušťku dielektrika d. • můžeme tedy zapsat • jednotkou elektrické pevnosti je Základní veličiny a vztahy

21. Elektrická pevnost vybraných látek Základní veličiny a vztahy