ثابت العازل والسماحية النسبية

السماحية وثابت العزل الكهربائي هما مصطلحان أساسيان لتكنولوجيا المكثف. غالبًا ما يتم سماع الحديث عن استخدام المكثفات ذات العوازل الكهربائية المختلفة. تشير المكثفات الإلكتروليتية والمكثفات الخزفية والورق ومكثفات التنتالوم وجميع الأسماء الشائعة للمكثفات إلى المادة العازلة المستخدمة.

توفر المادة العازلة العزل بين ألواح المكثف ، بالإضافة إلى أنها تحدد العديد من خصائص المكثف. إنها السعة التي يمكن تحقيقها في حجم معين ، واستقرار درجة الحرارة سواء كان مستقطبًا أم لا. تخضع هذه الخصائص والعديد من الخصائص الأخرى للمواد العازلة المستخدمة - العديد من الخصائص تحكمها ثابت العزل الكهربائي نفسه.

سماحية المكثف وثابت العزل

إن المصطلحين السماحية وثابت العزل الكهربائي متماثلان بشكل أساسي لمعظم الأغراض ، على الرغم من وجود حالات يكون فيها للمصطلحات المختلفة معاني محددة للغاية.

إنها خاصية المادة العازلة التي تحدد مقدار الطاقة الكهروستاتيكية التي يمكن تخزينها لكل وحدة حجم عند تطبيق وحدة الجهد ، ونتيجة لذلك فهي ذات أهمية كبيرة بالنسبة للمكثفات وحسابات السعة وما شابه.

بشكل عام ، تستخدم السماحية الحرف اليوناني إبسيلون كرمز لها: ε.

تعريفات السماحية وثابت العزل الكهربائي

فيما يلي تعريفات لبعض المصطلحات المحددة المتعلقة بثابت العازل والسماحية:

• السماحية المطلقة: تُعرّف السماحية المطلقة بأنها مقياس السماحية في الفراغ وهي مقدار المقاومة التي يتم مواجهتها عند تكوين مجال كهربائي في فراغ. السماحية المطلقة يرمز لها عادة بـ ε₀. سماحية المساحة الحرة - الفراغ - تساوي تقريبًا 8.85 × 10^-12 فاراد / متر (F / م)
• السماحية النسبية: تُعرَّف السماحية النسبية على أنها سماحية مادة معينة بالنسبة إلى سماحية الفراغ. عادة ما يرمز لها بـ: ε_ص.
• السماحية الثابتة: تُعرَّف السماحية الساكنة للمادة بأنها سماحيتها عند تعرضها لمجال كهربائي ثابت. غالبًا ما يتم وضع حد تردد منخفض على مادة هذا القياس. غالبًا ما تكون السماحية الثابتة مطلوبة لأن استجابة مادة ما هي علاقة معقدة تتعلق بتردد الجهد المطبق.
• ثابت العزل الكهربائي: يُعرَّف ثابت العزل بأنه السماحية النسبية لمادة أو مادة.

على الرغم من أنه قد يُنظر إلى هذه المصطلحات على أنها مرتبطة ، إلا أنه من المهم غالبًا استخدام المصطلحات الصحيحة في المكان المطلوب.

السماحية النسبية (ثابت العزل)

باستخدام حقيقة أن السماحية ε للوسيط تحكم الشحنة التي يمكن أن يحتفظ بها الوسيط ، يمكن ملاحظة أن الصيغة لتحديدها هي:

أين:
ε = سماحية المادة بالفاراد للمتر
D = كثافة التدفق الكهربائي
E = شدة المجال الكهربائي

يمكن أن يُلاحظ من تعريفات السماحية أن الثوابت ترتبط وفقًا للمعادلة التالية:

أين:
ε_ص = السماحية النسبية
ε_س = سماحية المادة بالفاراد للمتر
ε₀ = سماحية الفراغ بالفاراد لكل متر

اختيار مكثف عازل

تستخدم المكثفات مجموعة متنوعة من المواد المختلفة كمواد عازلة لها. يتم اختيار المواد للخصائص التي توفرها. أحد الأسباب الرئيسية لاختيار مادة عازلة معينة هو ثابت العزل. تلك التي تحتوي على ثابت عازل مرتفع تمكن من تحقيق قيم عالية من السعة - لكل منها سماحية مختلفة أو ثابت عازل. هذا يغير مقدار السعة التي سيكون للمكثف لمنطقة معينة والمسافة.

يجب أيضًا اختيار العازل لتلبية متطلبات مثل قوة العزل - يجب أن يكون قادرًا على تحمل الفولتية الموضوعة عبره بمستويات السماكة المستخدمة. يجب أيضًا أن يكون مستقرًا بدرجة كافية مع وجود اختلافات في درجة الحرارة والرطوبة والجهد ، إلخ.

يتم تقديم الخيارات الشائعة للمكثفات بالأسماء: المكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم والمكثفات الخزفية ومكثفات الميكا الفضية ومكثفات التنتالوم كلها أنواع شائعة الاستخدام.

السماحية النسبية للمواد الشائعة

يعطي الجدول أدناه السماحية النسبية لعدد من المواد الشائعة.

القيم المذكورة أعلاه هي ما يمكن تسميته بالقيم "الثابتة" للسماحية. إنها صحيحة للحالة المستقرة أو الترددات المنخفضة. لقد وجد أن سماحية المادة تتناقص عادة مع زيادة التردد. كما أنه ينخفض ​​مع ارتفاع درجة الحرارة. عادة ما تؤخذ هذه العوامل في الاعتبار عند تصميم مكثف لتطبيقات الإلكترونيات.

عندما يتم تصميم مكثف ، فإن خصائص العازل الكهربائي تشكل أحد القرارات الرئيسية حول المكثف.

تحتوي بعض المواد على ثابت عازل ثابت جدًا ويمكن استخدامه في المكثفات عالية الثبات ، بينما تتيح المواد العازلة الأخرى تحقيق مستويات عالية جدًا من السعة الحجمية ، أي مستويات عالية من السعة بحجم صغير. عادة ما يكون هناك توازن حيث لا يوجد عازل كهربائي واحد له خصائص مثالية لكل شيء.

على الرغم من أن المكثفات الخزفية تحظى بشعبية كبيرة ، إلا أن هناك العديد من أنواع السيراميك المختلفة التي يمكن استخدامها. تؤدي إلى ظهور المكثفات الخزفية التي يتم الإشارة إليها بأسماء مختلفة لمستويات أداء السيراميك: C0G ، Y5V ، X7R ، NP0 ، إلخ.

شاهد الفيديو: تجربة الخلية الشمسية أســـرة المهندس هندسة منوف (قد 2022).