Перейти к содержанию

Диэлектрическая проницаемость

Если заполнить зазор конденсатора изолятором, ёмкость вырастет. Во сколько раз — зависит от материала и называется его диэлектрической проницаемостью. От неё зависит, насколько компактным получится конденсатор, и волновое сопротивление дорожек печатной платы.

Обновлено Редакция GAW

Диэлектрическая проницаемость εr (в учебниках также κ) — число, показывающее, во сколько раз диэлектрик, заполнивший зазор конденсатора, увеличивает его ёмкость по сравнению с вакуумом (OpenStax, раздел 8.4):

C=εr⋅C0,U=U0εr при неизменном заряде.C = \varepsilon_r \cdot C_0, \qquad U = \frac{U_0}{\varepsilon_r}\ \text{при неизменном заряде}.

У вакуума εr = 1, у сухого воздуха — 1,00059, так что воздушный конденсатор почти не отличается от вакуумного. Как ёмкость зависит от размеров конденсатора, объясняет термин «Электрическая ёмкость».

Значения для разных материалов

МатериалεrЭлектрическая прочность, МВ/м
Сухой воздух1,000593,0
Тефлон2,160–173
Полистирол2,5619,7
Бумага3,716
Стекло4–69,8–13,8
Слюда6,0118
Вода80—
Титанат бария1200–10 000—

Значения — из табл. 8.1 учебника OpenStax при комнатной температуре. Большая проницаемость не означает хорошую изоляцию: вода с её 80 растворяет ионы и проводит ток. Какое напряжение выдерживает изоляция, описывает отдельный параметр — напряжение изоляции.

Печатные платы и линии

Диэлектрическая проницаемость материала платы определяет волновое сопротивление дорожек — её задают в калькуляторе микрополосковой линии.

Частые вопросы

Зачем в конденсаторах материалы с большой проницаемостью?

Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости, а у титаната бария она от 1200 до 10 000 — в тысячи раз больше, чем у воздуха или тефлона. С таким диэлектриком та же ёмкость получается при гораздо меньшей площади обкладок.

Чем диэлектрическая проницаемость отличается от электрической прочности?

Проницаемость показывает, во сколько раз материал увеличивает ёмкость, прочность — какое поле он выдерживает без пробоя. Это разные свойства: у слюды проницаемость 6,0 и прочность 118 МВ/м, у воды проницаемость 80, но изолятором она не служит.

Где ещё важна диэлектрическая проницаемость?

В печатных платах и кабелях: от неё зависит волновое сопротивление дорожки или кабеля. Поэтому в калькуляторе микрополосковой линии проницаемость материала платы — один из главных параметров.

Источники

  1. OpenStax. University Physics Volume 2, section 8.4: Capacitor with a Dielectric — диэлектрик, полностью заполняющий зазор заряженного конденсатора, уменьшает напряжение в κ раз, V = V0/κ, а ёмкость увеличивает: C = κ·C0; κ > 1 — диэлектрическая проницаемость, свойство материала; у вакуума κ = 1
  2. OpenStax. University Physics Volume 2, section 8.5: Molecular Model of a Dielectric — табл. 8.1 при комнатной температуре: вакуум — 1; сухой воздух — 1,00059, электрическая прочность 3,0 МВ/м; тефлон — 2,1 (60–173 МВ/м); полистирол — 2,56; бумага — 3,7 (16 МВ/м); стекло — 4–6; слюда — 6,0 (118 МВ/м); вода — 80; титанат бария — 1200–10 000; не всё с большой проницаемостью — хороший изолятор: вода с её 80 хорошо растворяет ионы и проводит ток

Нашли ошибку?

Смотрите также