Hằng số điện môi là một trong những thông số quan trọng trong lĩnh vực điện tử và điện lực, đặc biệt là trong việc mô tả các thiết bị điện tử như tụ điện. Để hiểu rõ hơn về ý nghĩa của hằng số điện môi, cần tìm hiểu về lý thuyết đằng sau nó.
Mục lục bài viết
1. Điện môi là gì?
Trong lĩnh vực vật lý, điện môi được định nghĩa là một chất liệu hoặc chất lỏng có khả năng truyền dẫn điện kém, nhưng lại có khả năng lưu trữ điện tích. Chất điện môi được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất các thiết bị điện tử, các tụ điện, và các công cụ khác liên quan đến năng lượng điện.
Điện môi có khả năng lưu trữ điện tích nhờ vào sự phân cực của các phân tử trong chất điện môi. Khi chất điện môi được đặt trong một trường điện, các phân tử trong chất điện môi sẽ trở thành phân tử phân cực. Các phân tử phân cực này sẽ tạo ra một trường điện bên trong chất điện môi, và do đó chất điện môi sẽ có khả năng lưu trữ điện tích.
2. Vật liệu điện môi là gì?
Có rất nhiều vật liệu điện môi khác nhau có thể được sử dụng trong các ứng dụng điện tử và điện lực. Một số vật liệu điện môi phổ biến bao gồm:
Chân không: Chân không là một chất liệu điện môi tuyệt vời, vì nó không chứa bất kỳ phân tử nào, và do đó không có bất kỳ điện tích tự do nào.
Không khí: Không khí cũng là một lựa chọn phổ biến cho vật liệu điện môi. Ở áp suất không khí thông thường, không khí có khả năng lưu trữ điện tích tốt.
Thủy tinh: Thủy tinh là một chất liệu điện môi tuyệt vời, vì nó có khả năng lưu trữ điện tích tốt và rất ổn định.
Giấy: Giấy là một vật liệu điện môi phổ biến trong các ứng dụng điện tử, nhưng nó có khả năng lưu trữ điện tích thấp hơn so với các vật liệu điện môi khác.
PVC: PVC (Polyvinyl Chloride) là một vật liệu điện môi phổ biến trong các ứng dụng điện lực, nhưng nó có khả năng lưu trữ điện tích tương đối thấp.
Việc lựa chọn vật liệu điện môi phù hợp là rất quan trọng trong việc thiết kế các thiết bị điện tử và điện lực. Các vật liệu điện môi khác nhau có đặc tính điện khác nhau, do đó phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
3. Lý thuyết về hằng số điện môi:
Tụ điện là một thiết bị điện tử được chế tạo bằng cách đặt một tấm cách điện điện môi giữa các tấm kim loại. Hằng số điện môi của vật liệu được sử dụng để chế tạo tấm cách điện đóng vai trò rất quan trọng trong khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện. Do đó, việc lựa chọn vật liệu điện môi phù hợp là rất quan trọng.
Hằng số điện môi của một vật liệu là thông số quan trọng cung cấp thông tin về tác dụng của nó đối với tụ điện. Hằng số này được tính bằng tỉ số giữa điện dung của tụ điện chứa chất điện môi và điện dung của một tụ điện rỗng. Nó còn được gọi là tỉ số giữa điện dung tương đối.
Việc tính toán hằng số điện môi (Dk) của chất dẻo, chất điện môi hoặc vật liệu cách điện được định nghĩa là tỷ số giữa điện tích được lưu trữ trong vật liệu cách điện đặt giữa hai tấm kim loại và điện tích có thể tích trữ được khi vật liệu cách điện được thay thế bằng chân không hoặc không khí. Hằng số điện môi cũng được gọi là điện cho phép hoặc đơn giản là cho phép.
Hằng số điện môi của vật liệu càng cao thì khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện càng tốt. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng hằng số điện môi của một vật liệu có thể bị thay đổi do ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất… Do đó, việc đo đạc và tính toán hằng số điện môi là rất quan trọng trong việc thiết kế và sản xuất các thiết bị điện tử.
Tóm lại, hằng số điện môi là một thông số quan trọng trong việc mô tả các thiết bị điện tử, đặc biệt là tụ điện. Việc lựa chọn vật liệu điện môi phù hợp và tính toán hằng số điện môi chính xác là rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động và hiệu suất của các thiết bị điện tử.
4. Bảng tra hằng số điện môi các chất thông dụng:
ABS resin | 2.4~4.1 | Aluminum powder | 1.6~ | Bakelite | 4.5~5.5 | Beverage in glass bottle | 2.0~2.5 |
Acetate | 3.2~7.0 | Alundum | 3.2~3.4 | Bakelite vanish | 3.5~4.5 | Black lead | 12.0~13.0 |
Acetic acid | 6.2 | Aniline | 6.9 | Barium nitrate | 5.9 | Bleaching powder | 1.8~2.0 |
Acetone | 19.5 | Aniline-formaldehyde resin | 4 | Barium titanate | 1200 | Bone black | 5.0~6.0 |
Acetyl cellulose | 2.5~7.5 | Aniline resin | 3.4~3.8 | Bengala | 2.6 | Borosilicate | 4.0~5.0 |
Acryl nitrile resin | 3.5~4.5 | Animal feed | 3.0~5.0 | Benzene | 2.3 | Butane | 20 |
Acrylic resin | 2.7~4.5 | Amber | 2.8~2.9 | Benzene alcohol | 13.1 | Butyl rubber | 2.5~3.5 |
Air | 1.000586 | Aminoalkyl resin | 3.9~4.2 | Beryl (parallel to optical axis) | 6.08 | Butyrate | 3.2~6.2 |
Air (liquid) | 1.5 | Ammonia | 15~25 | Beryl (perpendicular to optical axis) | 7.02 |
|
|
Alcohol | 16~31 | Aqueous solution | 50~80 | Calcite | 8.3 | Cevine | 1.6~2.0 |
Alkyd resin | 5 | Aqueous solution | 50~80 | Calcium | 3 | Chez beer benzene | 2.3 |
Alumina film | 6~10 | Asbestos | 1.4~1.5 | Calcium hydroxide (powder) | 1.8~3.0 | Chloroform | 4.8 |
Alumina porcelain | 8.0~11 | Asbestos | 3~3.5 | Calcium phosphate | 1.58 | Chloronaphthalene | 3.5~5.4 |
Alumino alkyd resin | 3.9 | Asbestos | 3~3.6 | Calcium phosphate | 1.9~3.2 | Chloropyrene | 6.0~9.0 |
Aluminum hydroxide | 2.2 | Asphalt | 2.7 | Calcium silicate | 2.4~5.4 | Chromium ore | 8.0~10.0 |
Aluminum oxide | 2.14 | AS resin | 2.6~3.1 | Carbide powder | 5.8~7.0 | Chromite | 4.0~4.2 |
Darusamu | 3.2 | Diallele phthalate resin | 3.3~6.0 | Carbolic acid | 10 | Clay (powder) | 1.8~2.8 |
Dextrin | 2.2~2.4 | Diamond | 16.5 | Carbon bisulfide (liquid) | 2.6 | Coal tar | 2.0~3.0 |
Diallele phthalate | 3.8~4.2 | Dolomite | 3.1 | Carbon dioxide | 1.000985 | Cocoa lees | 2.5~3.5 |
Feldspathic porcelain | 5~7 | Fluorinated aluminum | 2.2 | Carbon dioxide (liquid) | 1.6 | Coffee lees | 2.4~2.6 |
Fellow chrome | 1.5~1.8 | Fluorite | 6.8 | Carbon tetrachloride | 2.2~2.6 | Compound | 3.6 |
Ferric oxide (powder) | 1.4~1.8 | Flux | 3 | Casein resin | 6.1~6.8 | Corn lees | 2.3~2.6 |
Ferrite (powder) | 1.4~ | Flyash | 1.5~1.7 | Celluloid | 4.1~4.3 | Cotton | 3~7.5 |
Ferro-manganese | 2.8~3.2 | Formalin | 23 | Cellulose | 6.7~8.0 | Cotton seed oil | 3.1 |
Ferrule resin | 3.0~12.0 | Formic acid | 58.5 | Cellulose acetate | 3.2~7 | Cresol | 11.8 |
Fiber | 2.5~5 | Forsterite porcelain | 5.8~6.7 | Cellophane | 6.1~7.7 | Cross-linked polyethylene | 2.3~2.4 |
Filling compound | 3.6 | Foundry sand | 3.384~3.467 | Cereals | 3.0~5.0 | Crude oil (KW#9020.01%) | 2.428 or more |
Film flake (black) | 1.17~1.19 | Freon | 2.2 | Gasoline | 2.0~2.2 | Glycol | 35.0~40.0 |
Flexible glass | 3.45 | Freon 11 | 2.2 | Glass | 3.7~10.0 | Glycerin | 47 |
Flour | 2.5~3.0 | Furfural resin | 4.0~8.0 | Glass bead | 3.1 | Granular glass (0010) | 6.32 |
Fluor resin | 4.0~8.0 | Furan resin | 4.5~10.0 | Glass, epoxy laminate plate | 4.5~5.2 | Granular glass (0080) | 6.75 |
Hard PVC resin | 2.8~3.1 | Honey wax | 2.5~2.9 | Glass, silicone laminate plate | 3.5~4.5 | Granulated sugar (powder) | 1.5~2.2 |
Hard vinyl butyral resin | 3.33 | Hydrogen | 1.000264 | Glass, polyester laminate plate | 4.2~5 | Granule gelatin | 2.615~2.664 |
Helium (liquid) | 1.05 | Hydrogen (liquid) | 1.2 | Glucose | 3.0~4.0 | Gypsum | 5.3 |
Honey | 2.9 |
|
| Glue (powder) | 1.7~1.8 |
|
|
Magnesium sulfate (powder) | 2.7 or more | Methyl violet | 4.6 | Naphtha | 1.8 | Nitrogen | 1.000606 |
Manganese dioxide | 5.1 | Mica | 5.7~7.0 | Naphthalene | 2.5 | Nitrogen (liquid) | 1.4 |
Marble | 3.5~9.3 | Micanite | 3.4~8.0 | Natural rubber | 2.7~4.0 | N-hexane | 2 |
Margarine liquid | 2.8~3.2 | Micarex | 6.5~9.5 | Neoprene | 6~9 | Normal heptane | 1.92 |
Melamine-formaldehyde resin | 7.0~9.0 | Micro hexane | 2 | Nescafe powder | 0.55~0.7 vibration | Nylon | 3.5~5.0 |
Melamine resin | 4.7~10.2 | Mineral oil | 2~2.5 | Nitrobenzene | 36 | Nylon-6 | 3.5~4.0 |
Methacrylic resin | 2.2~3.2 | Mirror stone | 4.5~7.5 | Nitro cellulose lacquer | 6.7~7.3 | Nylon-6-6 | 3.4~3.5 |
Methanol | 33 |
|
| Oxygen | 1.000547 | Oxygen dioxide (liquid) | 2.6 |
Paint | 7.5 | Polyethylene (low pressure) | 2.3 |
|
|
|
|
Palm lees | 3.1 | Polyethylene oxide | 7.8 | Quartz | 3.7~4.1 | Quartz glass | 3.5~4.0 |
Paper | 2.0~2.5 | Polyethylene pellet | 1.7 | Quartz crystal | 4.6 | Quartz (melted) | 3.5~4.5 |
Paper, phenol laminate plate | 5.0~7.0 | Polyethylene-telephthalate | 2.9~3 | Quartz crystal (melted) | 3.5~3.6 |
|
|
Paraffin | 1.9~2.5 | Poly methyl acrylate | 4 | Rice powder | 3.5~3.7 | Rubber (raw) | 2.1~2.7 |
Paraffin oil | 4.6~4.8 | Polypropylene | 2.0~2.3 | Rochelle salt | 100~2000 | Rubber (vulcanized) | 2.0~3.5 |
Paraffin wax | 2.1~2.5 | Polypropylene pellet | 1.5~1.8 | Rosin oil (powder) | 1.65 | Ruby (parallel to optical axis) | 11.28 |
Pebble | 5.4~6.6 | Polypropylene resin | 2.2~2.6 | Rubber cement | 2.7~2.9 | Ruby (perpendicular to optical axis) | 13.27 |
PE cube | 1.55~1.57 | Polystyrene | 2.4~2.6 | Salt | 3.0~15.0 | Slate | 6.6~7.4 |
Petroleum | 2.0~2.2 | Polystyrene pellet | 1.5 | Sand | 3.0~5.0 | Snow | 3.3 |
Phenole (lime acid) | 9.78 | Polystyrol | 2.0~2.6 | Selenium | 6.1~7.4 | Soybean lees | 2.7~2.8 |
Phenol paper laminate sheet | 4.6~5.5 | Polysulfonate | 2.8 | Sesame (granular) | 1.8~2.0 | Soy bean oil | 2.9~3.5 |
Phenol pellet | 2.0~2.6 | Polytetrafluoroethylene | 2 | Shellac | 2.3~3.8 | Soda-lime glass | 6.0~8.0 |
Phosphate rock | 4 | Poly urethane | 5.0~5.3 | Shellac vanish | 2.8~4.7 | Sodium carbonate | 2.7 |
Pine oil | 2.5 | Polyvinyl alcohol | 2 | Shell sand | 1.2 | Sodium dichromate | 2.9 |
Polyacetal resin | 3.6~3.7 | Porcelain | 4.4~7.0 | Silica alumina | 2 | Soft PVC resin | 3.3~4.5 |
Polyamide | 2.5~2.6 | Pottery | 5~7 | Silica sand | 2.5~3.5 | Soft vinyl butyral resin | 3.92 |
Polybutylene | 2.2~2.3 | Press board | 2.0~5.0 | Silicon | 2.4 | Steatite | 5.3~6.8 |
Polybutylene resin | 2.25 | Propane (liquid) | 1.6~1.9 | Silicon | 3.5~5.0 | Steatite porcelain | 6~7 |
Polycarbonate | 2.9~3 | Propionate | 3.3~3.8 | Silicon iron | 1.38 | Styrene-butadiene rubber | 3.0~7.0 |
Polycarbonate powder | 1.58 | Propylene glycol | 32 | Silicone resin | 3.5~5 | Styrene resin | 2.3~3.4 |
Polycarbonate resin | 2.9~3.0 | PVA-E(sawdust) | 2.23~2.30 | Silicone resin (liquid) | 3.5~5.0 | Styrol resin | 2.4~2.8 |
Polyester pellet | 3.2 | P vinyl alcohol | 1.8 | Silicone rubber | 3.0~3.5 | Sugar | 3 |
Polyester resin | 2.8~8.1 | Pyranol | 4.4 | Silicone vanish | 2.8~3.3 | Superphosphate | 14.0~15.0 |
Polyethylene | 2.3~2.4 | Pyrex | 4.8 | Silk | 1.3~2 |
|
|
Polyethylene (high pressure) | 2.2 |
|
| Xylene | 2.3 | Xylol | 2.7~2.8 |
Ví dụ :
Hằng số điện môi của đường là 3
Hằng số điện môi của cát là 3 đến 5
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số điện môi:
Hằng số điện môi phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Tần số: điện áp đặt vào ảnh hưởng đến hằng số điện môi, tần số càng cao thì hằng số điện môi càng phi tuyến tính.
Điện áp áp dụng: khi đặt điện áp dòng điện một chiều, hằng số điện môi giảm, trong khi đặt điện áp xoay chiều thì hằng số điện môi tăng.
Nhiệt độ: tăng nhiệt độ sẽ làm tăng hằng số điện môi, nhưng nếu nhiệt độ quá cao thì hằng số điện môi sẽ giảm dần.
Độ ẩm và độ ẩm: độ bền của vật liệu điện môi giảm khi độ ẩm hoặc độ ẩm tăng lên.
Tác dụng đốt nóng: đốt nóng vật liệu điện môi sẽ gây mất điện môi.
Cấu trúc và hình thái của vật liệu.
Sự suy thoái và phong hóa của vật liệu.