La permittivité électrique C'est le paramètre qui quantifie la réponse d'un milieu à la présence d'un champ électrique. Il est désigné par la lettre grecque ε et sa valeur pour le vide, qui sert de référence pour les autres médias, est la suivante: εou alors = 8,8541878176 x 10-12 Cdeux /N.mdeux
La nature du milieu lui donne une réponse particulière aux champs électriques. De cette manière, la température, l'humidité, le poids moléculaire, la géométrie des molécules constitutives, les contraintes mécaniques à l'intérieur ou qu'il existe une direction préférentielle dans l'espace dans laquelle l'existence de champ est facilitée..
Dans ce dernier cas, on dit que le matériau présente anisotropie. Et quand aucune direction n'est préférentielle, le matériau est considéré isotrope. La perméabilité de tout milieu homogène peut être exprimée en fonction de la perméabilité du vide εou alors en utilisant l'expression:
ε = κεou alors
Où κ est la perméabilité relative du matériau, également appelée constante diélectrique, une quantité sans dimension qui a été déterminée expérimentalement pour de nombreux matériaux. Une manière d'effectuer cette mesure sera expliquée plus loin..
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Un diélectrique est un matériau qui ne conduit pas bien l'électricité, il peut donc être utilisé comme isolant. Cependant, cela n'empêche pas le matériau de pouvoir répondre à un champ électrique externe en créant le sien..
Dans ce qui suit, nous analyserons la réponse des matériaux diélectriques isotropes tels que le verre, la cire, le papier, les porcelaines et certaines graisses couramment utilisées en électronique..
Un champ électrique externe au diélectrique peut être créé entre deux feuilles métalliques d'un condensateur à plaques parallèles plates..
Les diélectriques, contrairement aux conducteurs comme le cuivre, manquent de charges gratuites qui peuvent se déplacer dans le matériau. Leurs molécules constitutives sont électriquement neutres, mais les charges peuvent légèrement se déplacer. De cette façon, ils peuvent être modélisés comme des dipôles électriques.
Un dipôle est électriquement neutre, mais la charge positive est séparée à une petite distance de la charge négative. Au sein du matériau diélectrique et en l'absence de champ électrique externe, les dipôles sont généralement répartis de manière aléatoire, comme le montre la figure 2.
Lorsque le diélectrique est introduit au milieu d'un champ externe, par exemple celui créé à l'intérieur de deux feuilles conductrices, les dipôles se réorganisent et les charges se séparent, créant un champ électrique interne dans le matériau en sens inverse du champ externe..
Lorsque ce déplacement se produit, on dit que le matériau est polarisé.
Cette polarisation induite provoque le champ électrique net ou résultant ET diminution, effet illustré sur la figure 3, puisque le champ externe et le champ interne générés par ladite polarisation, ont le même sens mais des sens opposés. L'ampleur de ET est donné par:
E = Eou alors - ETje
Le champ externe subit une réduction grâce à l'interaction avec le matériau dans un facteur appelé κ ou constante diélectrique du matériau, propriété macroscopique de celui-ci. En termes de cette quantité, le champ résultant ou net est:
E = Eou alors/ κ
La constante diélectrique κ est la permittivité relative du matériau, une grandeur sans dimension toujours supérieure à 1 et égale à 1 dans le vide.
κ = ε/ εou alors
Ou ε = κεou alors comme décrit au début. Les unités de ε sont les mêmes que celles de εou alors: Cdeux /N.mdeux de M.
L'insertion d'un diélectrique entre les plaques d'un condensateur a pour effet de permettre un stockage de charges supplémentaires, c'est-à-dire une augmentation de capacité. Ce fait a été découvert par Michael Faraday au 19ème siècle.
Il est possible de mesurer la constante diélectrique d'un matériau à l'aide d'un condensateur plat à plaques parallèles de la manière suivante: lorsqu'il n'y a que de l'air entre les plaques, on peut montrer que la capacité est donnée par:
Cou alors = εou alors. Un d
Où Cou alors est la capacité du condensateur, À est la surface des plaques et ré est la distance qui les sépare. Mais lors de l'insertion d'un diélectrique, la capacité augmente d'un facteur κ, comme vu dans la section précédente, puis la nouvelle capacité C est proportionnelle à l'original:
C = κεou alors. A / d = ε. Un d
Le rapport entre la capacité finale et la capacité initiale est la constante diélectrique du matériau ou la permittivité relative:
κ = C / Cou alors
Et la permittivité électrique absolue du matériau en question est connue par:
ε = εou alors . (C / Cou alors)
Les mesures peuvent être facilement effectuées si vous disposez d'un multimètre capable de mesurer la capacité. Une alternative consiste à mesurer la tension Vo entre les plaques du condensateur sans diélectrique et isolées de la source. Ensuite, le diélectrique est introduit et une diminution de la tension est observée, dont la valeur sera V.
Alors κ = Vou alors / V
- Condenseur à plaques parallèles plates à séparation réglable.
- Vis micromètre ou vernier.
- Multimètre qui a la fonction de mesurer la capacité.
- Papier millimétré.
- Choisissez une séparation ré entre les plaques de condensateur et à l'aide du multimètre mesurer la capacité Cou alors. Enregistrez la paire de données dans un tableau de valeurs.
- Répétez la procédure ci-dessus pour au moins 5 séparations de plaques.
- Trouvez le quotient (Un d) pour chacune des distances mesurées.
- Merci à l'expression Cou alors = εou alors. Un d on sait que Cou alors est proportionnel au quotient (Un d). Tracez chaque valeur de Cou alors avec sa valeur respective de Un d.
- Ajustez visuellement la meilleure ligne et déterminez sa pente. Ou trouvez la pente en utilisant la régression linéaire. La valeur de la pente est la permittivité de l'air.
La séparation entre les plaques ne doit pas dépasser environ 2 mm, car l'équation de la capacité du condensateur à plaque plate parallèle suppose des plaques infinies. Cependant, c'est une assez bonne approximation, car le côté des plaques est toujours beaucoup plus grand que la séparation entre eux..
Dans cette expérience, la permittivité de l'air est déterminée, qui est assez proche de celle d'un vide. La constante diélectrique du vide est κ = 1, tandis que celle de l'air sec est κ = 1.00059.
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