​

      از ویکیپدیا، دانشنامه آزاد

      ضریب نسبی برخی از مواد در دمای اتاق زیر 1 کیلوهرتز

      موادε r

      وکیوم1 (طبق تعریف)

      هوا1.000 589 86 ± 0.000 000 50
      (در STP ، 900 کیلوهرتز)، [1]

      PTFE / تفلون2.1

      پلی اتیلن / XLPE2.25

      پلی آمید3.4

      پلی پروپیلن2.2-2.36

      پلی استایرن2.4-2.7

      دی سولفید کربن2.6

      BoPET3.1 [2]

      کاغذ ، چاپ1.4 [3] (200 کیلوهرتز)

      پلیمرهای الکترواکتیو2-12

      میکا3-6 [2]

      دی اکسید سیلیکون3.9 [4]

      یاقوت کبود8.9-11.1 (ناهمسانگرد) [5]

      بتن4.5

      پیرکس ( شیشه )4.7 (3.7-10)

      نئوپرن6.7 [2]

      لاستیک طبیعی7

      الماس5.5-10

      نمک3-15

      رزین ملامینه7.2-8.4 [6]

      گرافیت10-15

      لاستیک سیلیکونی2.9-4 [7]

      سیلیکون11.68

      GaAs12.4 [8]

      نیترید سیلیکون7-8 (پلی کریستالی، 1 مگاهرتز) [9] [10]

      آمونیاک26، 22، 20، 17 (80-، 40-، 0، +20 درجه سانتی گراد)

      متانول30

      اتیلن گلیکول37

      فورفورال42.0

      گلیسرول41.2، 47، 42.5 (0، 20، 25 درجه سانتی گراد)

      اب87.9، 80.2، 55.5
      (0، 20، 100 درجه سانتیگراد) [11]
      برای نور مرئی: 1.77

      اسید هیدروفلوریک175، 134، 111، 83.6
      (-73، -42، -27، 0 درجه سانتیگراد)،

      هیدرازین52.0 (20 درجه سانتیگراد)،

      فرمامید84.0 (20 درجه سانتیگراد)

      اسید سولفوریک84-100 (20-25 درجه سانتیگراد)

      آب اکسیژنه128 آبی 60-
      (-30-25 درجه سانتی گراد)

      اسید هیدروسیانیک158.0-2.3 (0-21 درجه سانتی گراد)

      دی اکسید تیتانیوم86-173

      تیتانات استرانسیوم310

      باریم استرانسیوم تیتانات500

      باریم تیتانات [12]1200-10000 (20-120 درجه سانتیگراد)

      تیتانات زیرکونات سرب500-6000

      پلیمرهای مزدوج1.8-6 تا 100000 [13]

      تیتانات مس کلسیم> 250000 [14]

      وابستگی دمایی گذردهی استاتیکی نسبی آب

      گذردهی نسبی (در متون قدیمی تر، ثابت دی الکتریک ) گذردهی یک ماده است که به صورت نسبتی با گذردهی الکتریکی یک خلاء بیان می شود . دی الکتریک یک ماده عایق است و ثابت دی الکتریک یک عایق توانایی عایق برای ذخیره انرژی الکتریکی در میدان الکتریکی را اندازه گیری می کند.

      گذردهی خاصیت ماده ای است که بر نیروی کولن بین دو بار نقطه ای در ماده تأثیر می گذارد. گذردهی نسبی عاملی است که توسط آن میدان الکتریکی بین بارها نسبت به خلاء کاهش می یابد.

      به همین ترتیب، گذردهی نسبی، نسبت ظرفیت خازنی است که از آن ماده به عنوان دی الکتریک استفاده می کند ، در مقایسه با خازن مشابهی که دارای خلاء به عنوان دی الکتریک آن است . گذردهی نسبی معمولاً به عنوان ثابت دی الکتریک نیز شناخته می شود، اصطلاحی که هنوز استفاده می شود اما توسط سازمان های استاندارد در مهندسی [15] و همچنین در شیمی منسوخ شده است. [16]

      تعریف [ ویرایش ]

      گذردهی نسبی معمولاً به صورت εr ( ω ) (گاهی κ ، کاپا کوچک ) نشان داده می شود و به این صورت تعریف می شود .

      {\displaystyle \varepsilon _{\text{r}}(\omega )={\frac {\varepsilon (\omega )}{\varepsilon _{0}}}،}

      که در آن ε ( ω ) گذردهی پیچیده وابسته به فرکانس ماده است و ε0 گذردهی خلاء است .

      گذردهی نسبی یک عدد بی بعد است که به طور کلی دارای ارزش پیچیده است . قسمت های حقیقی و موهومی آن به صورت زیر مشخص می شود: [17]

      {\displaystyle \varepsilon _{\text{r}}(\omega )=\varepsilon _{\text{r}}'(\omega )-i\varepsilon _{\text{r}}''(\omega )

      گذردهی نسبی یک محیط به حساسیت الکتریکی آن ، χ e ، به صورت ε r ( ω ) = 1 + χ e مربوط می شود .

      در محیط های ناهمسانگرد (مانند بلورهای غیر مکعبی) گذردهی نسبی یک تانسور رتبه دوم است .

      گذردهی نسبی یک ماده برای فرکانس صفر به عنوان گذردهی نسبی ساکن آن شناخته می شود .

      اصطلاحات [ ویرایش ]

      اصطلاح تاریخی برای گذردهی نسبی ثابت دی الکتریک است . هنوز معمولاً استفاده می شود، اما توسط سازمان های استاندارد منسوخ شده است، [15] [16] به دلیل ابهام آن، زیرا برخی گزارش های قدیمی تر از آن برای مجوز مطلق ε استفاده می کردند . [15] [18] [19] گذردهی ممکن است به عنوان یک ویژگی استاتیک یا به عنوان یک متغیر وابسته به فرکانس نقل شود، که در این صورت به عنوان تابع دی الکتریک نیز شناخته می شود . همچنین برای ارجاع تنها به جزء حقیقی ε ′ r ضریب نسبی با ارزش مختلط استفاده شده است . [ نیازمند منبع ]

      فیزیک [ ویرایش ]

      در نظریه علی امواج، گذردهی کمیت پیچیده ای است. قسمت موهومی مربوط به تغییر فاز قطبش P نسبت به E است و منجر به تضعیف امواج الکترومغناطیسی عبوری از محیط می شود. طبق تعریف، گذردهی نسبی خطی خلاء برابر با 1 است، [19] که ε = ε 0 است، اگرچه اثرات کوانتومی غیرخطی نظری در خلاء وجود دارد که در شدت میدان بالا غیر قابل چشم پوشی می شوند. [20]

      جدول زیر مقادیر معمولی را نشان می دهد.

      گذردهی نسبی فرکانس پایین برخی از حلال های رایج

      حلالگذر نسبیدرجه حرارت

      C 6 H 6بنزن2.3298 K (25 درجه سانتیگراد)

      Et 2 Oدی اتیل اتر4.3293 K (20 درجه سانتیگراد)

      (CH 2 ) 4 Oتتراهیدروفوران (THF)7.6298 K (25 درجه سانتیگراد)

      CH 2 Cl 2دی کلرومتان9.1293 K (20 درجه سانتیگراد)

      NH 3 ( مایع )آمونیاک مایع17273 K (0 درجه سانتیگراد)

      C 2 H 5 OHاتانول24.3298 K (25 درجه سانتیگراد)

      CH 3 OHمتانول32.7298 K (25 درجه سانتیگراد)

      CH 3 NO 2نیترومتان35.9303 K (30 درجه سانتیگراد)

      HCONMe 2دی متیل فرماید (DMF)36.7298 K (25 درجه سانتیگراد)

      CH 3 CNاستونیتریل37.5293 K (20 درجه سانتیگراد)

      H 2 Oاب78.4298 K (25 درجه سانتیگراد)

      HCONH 2فرمامید109293 K (20 درجه سانتیگراد)

      گذردهی نسبی فرکانس پایین یخ ~96 در -10.8 درجه سانتیگراد است که در فرکانس بالا به 3.15 می رسد که مستقل از دما است. [21] در محدوده 3.12-3.19 برای فرکانس های بین حدود 1 مگاهرتز و ناحیه مادون قرمز دور باقی می ماند. [22]

      اندازه گیری [ ویرایش ]

      گذردهی استاتیکی نسبی εr را می توان برای میدان های الکتریکی ساکن به صورت زیر اندازه گیری کرد : ابتدا ظرفیت خازن آزمایشی C 0 با خلاء بین صفحات آن اندازه گیری می شود. سپس با استفاده از همان خازن و فاصله بین صفحات آن، ظرفیت C با دی الکتریک بین صفحات اندازه گیری می شود. سپس گذردهی نسبی را می توان به صورت محاسبه کرد

      {\displaystyle \varepsilon _{\text{r}}={\frac {C}{C_{0}}}.}

      برای میدان های الکترومغناطیسی متغیر زمان ، این کمیت وابسته به فرکانس می شود . یک روش غیرمستقیم برای محاسبه ε r ، تبدیل نتایج اندازه‌گیری پارامتر S فرکانس رادیویی است . شرحی از تبدیل‌های پارامتر S که اغلب استفاده می‌شود برای تعیین εr وابسته به فرکانس دی الکتریک‌ها را می‌توان در این منبع کتابشناختی یافت. [23] متناوبا، اثرات مبتنی بر رزونانس ممکن است در فرکانس های ثابت به کار گرفته شود. [24]

      برنامه های کاربردی [ ویرایش ]

      انرژی [ ویرایش ]

      گذردهی نسبی یک قطعه اطلاعات ضروری در هنگام طراحی خازن ها و در شرایط دیگر است که ممکن است انتظار داشته باشیم که یک ماده ظرفیت خازنی را وارد مدار کند. اگر ماده ای با گذردهی نسبی بالا در یک میدان الکتریکی قرار گیرد ، مقدار آن میدان به طور قابل اندازه گیری در حجم دی الکتریک کاهش می یابد. این حقیقیت معمولاً برای افزایش ظرفیت خازن طراحی خاص استفاده می شود. لایه های زیر هادی های اچ شده در بردهای مدار چاپی ( PCB ) نیز به عنوان دی الکتریک عمل می کنند.

      ارتباطات [ ویرایش ]

      دی الکتریک در خطوط انتقال فرکانس رادیویی (RF) استفاده می شود. در کابل کواکسیال ، پلی اتیلن را می توان بین هادی مرکزی و محافظ بیرونی استفاده کرد. همچنین می توان آن را در داخل موجبرها قرار داد تا فیلترها را تشکیل دهند . فیبرهای نوری نمونه هایی از موجبرهای دی الکتریک هستند . آنها از مواد دی الکتریک تشکیل شده اند که به طور عمدی با ناخالصی ها دوپ می شوند تا مقدار دقیق εr را در سطح مقطع کنترل کنند. این ضریب شکست ماده و در نتیجه حالت های نوری انتقال را نیز کنترل می کند. با این حال، در این موارد، از نظر فنی، گذردهی نسبی مهم است، زیرا آنها در حد الکترواستاتیک کار نمی کنند.

      محیط زیست [ ویرایش ]

      گذردهی نسبی هوا با دما، رطوبت و فشار هوا تغییر می کند. [25] سنسورها را می توان برای تشخیص تغییرات در خازن ناشی از تغییرات در گذردهی نسبی ساخت. بیشتر این تغییر به دلیل تأثیرات دما و رطوبت است زیرا فشار هوا نسبتاً پایدار است. با استفاده از تغییر ظرفیت به همراه دمای اندازه گیری شده می توان رطوبت نسبی را با استفاده از فرمول های مهندسی بدست آورد.

      شیمی [ ویرایش ]

      گذردهی استاتیکی نسبی یک حلال معیار نسبی قطبیت شیمیایی آن است . به عنوان مثال، آب بسیار قطبی است و دارای گذردهی استاتیکی نسبی 80.10 در 20 درجه سانتیگراد است در حالی که n - هگزان غیر قطبی است و دارای گذردهی ساکن نسبی 1.89 در 20 درجه سانتیگراد است. [26] این اطلاعات هنگام طراحی تکنیک‌های جداسازی، آماده‌سازی نمونه و کروماتوگرافی در شیمی تجزیه مهم است .

      با این حال، این همبستگی باید با احتیاط برخورد شود. به عنوان مثال، دی کلرومتان دارای مقدار εr 9.08 ( 20 درجه سانتیگراد) است و نسبتاً ضعیف در آب محلول است (13 گرم در لیتر یا 9.8 میلی لیتر در لیتر در 20 درجه سانتیگراد). در همان زمان، تتراهیدروفوران در دمای 22 درجه سانتیگراد 7.52 = ε r است ، اما کاملاً با آب قابل اختلاط است. در مورد تتراهیدروفوران، اتم اکسیژن می تواند به عنوان گیرنده پیوند هیدروژنی عمل کند . در حالی که دی کلرومتان نمی تواند با آب پیوند هیدروژنی ایجاد کند.

      این در هنگام مقایسه مقادیر εr اسید استیک (6.2528) [27] و یدواتان ( 7.6177) قابل توجه تر است . [27] مقدار عددی بزرگ ε r در مورد دوم تعجب آور نیست، زیرا اتم ید به راحتی قابل قطبش است. با این حال، این به معنای قطبی بودن آن نیز نیست ( قطبی‌پذیری الکترونیکی در این مورد بر قطبی بودن غلبه دارد).

      رسانه زیانبار [ ویرایش ]

      مجدداً، مانند گذردهی مطلق ، گذردهی نسبی برای مواد دارای تلفات را می توان به صورت زیر فرموله کرد:

      {\displaystyle \varepsilon _{\text{r}}=\varepsilon _{\text{r}}'-{\frac {i\sigma }{\omega \varepsilon _{0}}}،}

      از نظر یک "رسانایی دی الکتریک" σ (واحد S/m، زیمنس بر متر)، که "مجموع تمام اثرات اتلاف کننده مواد است؛ ممکن است یک رسانایی [الکتریکی] حقیقی ناشی از حامل های بار مهاجرتی را نشان دهد و همچنین ممکن است به اتلاف انرژی مرتبط با پراکندگی ε «[مجوز با ارزش حقیقی]» ( [17] ص. 8) مراجعه کنید. گسترش فرکانس زاویه ای ω = 2π c  /  λ و ثابت الکتریکی ε 0 = 1 /  μ 0 c 2 ، که به:

      {\displaystyle \varepsilon _{\text{r}}=\varepsilon _{\text{r}}'-i\sigma \lambda \kappa ,}

      که در آن λ طول موج است، c سرعت نور در خلاء و κ = μ 0 c  / 2π = 59.95849 Ω ≈ 60.0 Ω یک ثابت تازه معرفی شده است (واحد اهم یا زیمنس متقابل ، به طوری که σλκ = ε r بدون واحد باقی می ماند) .

      فلزات [ ویرایش ]

      گذردهی معمولاً با مواد دی الکتریک مرتبط است ، با این حال فلزات دارای گذردهی موثر با گذردهی نسبی حقیقی برابر با یک توصیف می شوند. [28] در ناحیه فرکانس بالا، که از فرکانس‌های رادیویی تا ناحیه مادون قرمز دور و تراهرتز گسترش می‌یابد ، فرکانس پلاسمایی گاز الکترون بسیار بیشتر از فرکانس انتشار الکترومغناطیسی است، بنابراین ضریب شکست n یک فلز بسیار نزدیک است. یک عدد کاملا موهومی در رژیم فرکانس پایین، گذردهی نسبی مؤثر نیز تقریباً کاملاً موهومی است: دارای یک مقدار موهومی بسیار بزرگ مربوط به رسانایی و یک مقدار حقیقی نسبتاً ناچیز است. [29]

      https://en.wikipedia.org/wiki/Relative_permittivity

      ​