Względna przenikalność elektryczna

Względna przenikalność elektryczna (daw. stała dielektryczna^[1]) – bezwymiarowa wielkość określająca ilokrotnie przenikalność elektryczna danego ośrodka ${\displaystyle \varepsilon }$ jest większa od przenikalności elektrycznej próżni ${\displaystyle \varepsilon _{0}{:}}$

${\displaystyle \varepsilon _{r}={\frac {\varepsilon }{\varepsilon _{0}}}.}$

Z definicji wynika, że w próżni ε_r ma wartość 1. W zmiennym polu elektrycznym względna przenikalność elektryczna zależy od częstotliwości zmian tego pola. Przenikalność w stałym polu elektrycznym nazywamy przenikalnością statyczną.

Względna przenikalność elektryczna substancji jest tym większa im większa jest podatność elektryczna tej substancji ${\displaystyle \chi _{e}}$ zgodnie z zależnością:

${\displaystyle \varepsilon _{r}=1+\chi _{e}.}$

Wartość względnej przenikalności elektrycznej

Zależność temperaturowa względnej statycznej przenikalności elektrycznej wody (ciecz, ciśnienie 10 MPa)

Dielektryki, w zależności od wewnętrznej budowy (np. polarności cząsteczek) mają przenikalność w zakresie od kilku do kilkudziesięciu. Substancje o anormalnie wysokiej przenikalności nazywamy ferroelektrykami. Wartości względnej przenikalności dla niektórych substancji przedstawia tabela

Substancja	εr
próżnia	1
powietrze	1,00054
teflon	2,1
polietylen	2,25
polistyren	2,4–2,7
dwusiarczek węgla	2,6
lód	100
papier	3,5
krzemionka	3,9
beton	4,5
guma	7
diament	5,5–10
sól kuchenna	3–15
grafit	10–15
krzem	11,68
amoniak	26–22–20–17 (−80 ÷ –40 ÷ 0 ÷ 20 °C)
alkohol metylowy	30
gliceryna	41,2–47–42,5 (0–20–25 °C)
woda	88–80,1–55,3–34,5 (0–20–100–200 °C)
kwas fluorowodorowy	83,6 (0 °C)
kwas siarkowy	84–100 (20–25 °C)
cyjanowodór	158,0–2,3 (0–21 °C)
tlenek tytanu(IV)	86–173
ferroelektryki	>1000

Sposób pomiaru

Najprostszym sposobem wyznaczenia przenikalności elektrycznej badanej substancji jest zaobserwowanie jej wpływu na pojemność kondensatora. Wzór na pojemność kondensatora płaskiego ma postać:

${\displaystyle C_{d}={\frac {\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}S}{d}},}$

gdzie:

${\displaystyle S}$ – powierzchnia okładek kondensatora,

${\displaystyle d}$ – odległość między okładkami.

Dla kondensatora próżniowego (~powietrznego) wzór ten zmienia się do postaci:

${\displaystyle C={\frac {\varepsilon _{0}S}{d}}.}$

Dzieląc stronami oba równania, otrzymamy:

${\displaystyle \varepsilon _{r}={\frac {C_{d}}{C}}.}$

Przypisy

1. dielektryczna stała, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2013-08-30] .

Kontrola autorytatywna (wartość niemianowana):

• GND: 4149725-9

Encyklopedie internetowe:

• SNL: relativ_permittivitet