Lankide:Jdediego002/Proba orria

Wikipedia, Entziklopedia askea
Jump to navigation Jump to search

Material dielektrikoa (Sarrera)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Material bati dielektrikoa deritzo,bere eroankortasun elektrikoa <1σ denean, hau da,isolatzaile denean.

Material mota hauek, eremu elektriko batean dipolo elektrikoak eratzeko propietatea aurkezten dute. Horregatik material dielektriko guztiak isolatzaileak dira, baina material isolatzaile guztiak ez dira  dielektrikoak.

Material-mota honen adibide batzuk; beira , zeramika, goma, petrolioa, mika, argizaria, papera, zur lehorra, portzelana, erabilera industrial eta elektronikorako koipe batzuetarako  eta bakelita dira.

1.Irudia: Michael Faraday fisikari eta kimikari britaniarra

Terminologia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Nahiz eta termino isolatzaileak, eroale elektriko txarra moduan erabili, dielektrikoen kasuan ahalmen polarizatzaile altuak bezala  dituela erabiltzen da. Azken honek adierazten da permeatibitate erlatiboa deitutako zenbakiaren bitartez. Dielektriko baten adibide  bat , kondentsadore bateko plaka metalikoen artean jartzen dena da[1]. Aplikatutako eremu elektriko, dielektrikoaren polarizazioak kondentsadoreko gainazaleko karga handitzen du.

“Dielektriko” terminoa Grekotik dator, eta honen jatorria William Whewell-etik Faraday.2 Michael-en eskaeraren  erantzunetik dator[2][3].

Dielektriko perfektua beraz, eroankortasun zero duen material bat izango zen material . Horrela energia elektrikoa gordetzen eta itzultzen du kondentsadore ideala izango balitz bezala[4].

Suszeptibilitate elektrikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Material dielektriko  baten suszeptibilitate elektrikoa (χe ) eremu elektriko baten ondoren sortu egiten da.  Honek ere, materialaren permeatibitate elektrikoa determinatzen du, eta beraz hainbat beste faktoreetan  eragina du.

Eremu elektrikoaren E eta induzitutako polarizazio dielektrikoaren dentsitatea erlazionatzen duen terminoari proportzionaltasun-konstantea da eta inguru bateko suszeptibilitatea, permeatibitate erlatiboarekin erlazionatuta dago.

Hots, polarizazioa eremu elektrikoaren konboluzioa da, zeina denboraren menpean dagoena.

Suszeptibilitatearen eta  maiztasunaren aldakuntza, materialen dispertsio propietateren arabera karakterizatzen da.

Sintonagarritasuna[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Material dielektriko sintonizagarriak, konposatu isolatzaileak dira zeinek karga gordetzeko ahalmena duten. Normalean konposatu hauek egiteko estrontzio titanatoak erabiltzen dira tenperatura baxuak behar direnean, eta tenperatura altuak aplikatu behar direnean, bario estrontzio titanatoak erabiltzen dira.

Aplikazioak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Material dielektriko[5] erabilienak airea, papera eta polikloruro biniloa dira. Konposatu dielektrikoa bat sartzen bada bateria batean hurrengo ondorioak sortuko ditu:

●    Bateriek duten kondentsadoreen pareten arteko eremu elektrikoa jaisten da.

●    Potentzial diferentzia txikitzea hurrengo erlazioarekin: Vi/k

●    Kondentsadoreak jasan dezakeen potentzial diferentzia maximoa handitzen da txispa bat atera baino lehen ( apurketa dielektrikoa gertatu baino lehen). Hori dela eta, kondentsadorearen kapazitate elektrikoa handitzen da k aldiz.

●    Kondentsadoarean jarri den karga kantitatea ez da aldatzen material dielektrikoa sartzerakoan.

Normalean, konposatu dielektriko bat eroaleak bihurtzen da apurketa dielektrikoa gahinpasatu egiten denean. Tentsio horri, zurruntasun dielektrikoa deritzo.


Hau da, material dielektrikotik pasatzen den eremu elektrikoa asko handitzen bada, konposatu hori eroalea bihurtuko da.


Beraz, dielektriko baten kapazitantzia hurrengo formulagatik emanda dago:

non permitibitate elektrikoa den.

Erabilpenak eta adibideak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

●    Kondentsadoreak: Normalean saldu egiten diren kondentsadoreak, permitibitate altuko solidoak dira eta karga positibo eta negatiboen artean jartzen da.

●    Erresonadore dielektrikoa: Konposatu elektronikoa bat da polarizazioaren erantzuna erakusten duena maiztasun tarte txikietan (mikro uhinetan normalean). Normalean,aparatu hauek zeramikazkoak dira konstante dielektriko handi batekin eta dispertsio faktore txikiarekin. Material hauek erabiltzen dira oszilazioak dauden zirkuitoetan.

●    BST[6] filmak : Bario estrontzio titanatoak ferroelektrikoak dire film meheak dira, normalean erabili egiten dira irrati-frekuentzia eta mikrohuinekin erlazionatuta dauden konposatuak sortzeko. Batzuetan, Mg-rekin dopatu egiten da bere propietate dielektrikoak hobetzeko[7].


Konposatu dielektrikoen adibide batzuk:


●    Estaldura industriala bezala

●    Olio mineralak

●    Van De Graaff generadorea

●    Polimero eta kristal ionikoak

Polarizazio dielektrikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]


Oinarrizko eredu atomikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Eremu elektrikoaren eta eredu dielektriko klasikoaren araberako atomo baten arteko interakzioa da.


Eredu dielektrikoaren ikuspegi klasikoan, material bat atomoz osatuta dago. Atomo bakoitza karga negatiboko hodei bat (elektroiak) da, lotuta dagoena eta bere erdian karga puntual positibo bat inguratzen duena. Eremu elektriko baten aurrean, karga-hodeia distortsionatuta dago, 2.irudiaren goiko eskuineko izkinan erakusten den bezala.


Hori dipolo sinple batera murritz daiteke gainjartze printzipioa erabiliz. Dipoloa bere une dipolarragatik bereizten da[8], irudian Mrekin etiketatutako gezi urdina bezala agertzen den kantitate bektorial bat eremu elektrikoaren eta une dipolarraren arteko erlazioa da, dielektrikoaren portaera eragiten duena. (Kontuan izan une dipolarrak eremu elektrikoak irudian duen norabide bera duela. Hori ez da beti kasua, eta sinplifikazio garrantzitsua da, baina egia da material askorentzat).


2.Irudia: Eredu dielektrikoa


Eremu elektrikoa ezabatzen denean, atomoa bere jatorrizko egoerara itzultzen da. Hori egiteko behar den denbora erlaxazio-denbora da; gainbehera esponentziala


Hori da fisikan ereduaren muina. Dielektrikoaren portaera orain egoeraren araberakoa da. Egoera zenbat eta zailagoa izan, orduan eta aberatsagoa izan behar da portaera zehaztasunez deskribatzeko eredua.


E eremu elektrikoaren eta μ une dipolarraren arteko erlazioak dielektrikoaren portaera eragiten du.

Polarizazio dipolarra[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Polarizazio dipolarra molekula polarren berezko polarizazioa da (orientazioaren polarizazioa) edo nukleoen distortsio asimetrikoa (distortsioaren polarizazioa) posible den edozein molekulatan eragin daiteke. Orientazioaren polarizazioa dipolo iraunkor batetik dator, adibidez, 104.45º-ko angelutik sortzen dena ur molekulan oxigeno eta hidrogeno atomoen arteko lotura asimetrikoen artean, polarizazioa atxikitzen duena kanpoko eremu elektrikorik ez dagoenean. Dipolo horien mihiztadurak polarizazio makroskopikoa osatzen du.


Kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen denean, dipolo iraunkor bakoitzaren barruko kargen arteko distantzia, lotura kimikoarekin lotuta dagoena, etengabe mantentzen da orientazioaren polarizazioan; hala ere, polarizazioaren norabidea bera biratzen da. Errotazio hori molekulen parearen eta inguruko biskositate lokalaren mende dagoen denbora-eskala batean gertatzen da. Errotazioa berehalakoa ez denez, polarizazio dipolarrek eremu elektrikoekiko erantzuna galtzen dute frekuentzia altuenetan. Molekula batek gutxi gorabehera 1 erradian segundoko fluido batean, eta, beraz, galera hau 1011 Hz-tan gertatzen da (mikrouhinen eskualdean). Eremu elektrikoaren aldaketari erantzuna atzeratzeak marruskadura eta beroa eragiten ditu.


Frekuentzia infragorriei edo txikiagoei kanpoko eremu elektriko bat aplikatzen zaienean, molekulak tolestu eta luzatu eta une dipolar molekularra aldatzen da. Bibrazio molekularraren maiztasuna molekulek tolesteko behar duten denboraren alderantzizkoa da gutxi gorabehera, eta distortsio polarizazio hori infragorriaren gainetik desagertzen da.

Polarizazio ionikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Polarizazio ionikoa kristal ionikoetan ioi positiboen eta negatiboen arteko desplazamendu erlatiboek eragindako polarizazioa da (adibidez, NaCl).


Kristal edo molekula bat mota bat baino gehiagoko atomoetan baldin badago, atomo baten inguruko kargen banaketa kristalean edo molekulan positiborantz edo negatiborantz okertzen da. Ondorioz, dardara erretikularrek edo bibrazio molekularrek atomoen desplazamendu erlatiboak eragiten dituztenean, karga positiboen eta negatiboen zentroak ere mugitu egiten dira. Joan-etorrien simetriak eragina du zentro horien kokapenean. Eremu elektrikoa bat ez datozenean, polarizazioa sortzen da molekuletan edo kristaletan. Polarizazio horri polarizazio ionikoa deitzen zaio.


Polarizazio ionikoak efektu ferroelektrikoa eta polarizazio dipolarra eragiten ditu. Trantsizio ferroelektrikoa, dipolo iraunkorren orientazioen lerrokadurak norabide partikular batean eragiten duena, ordena-desordenaren faseko trantsizioa deitzen da. Kristaletan polarizazio ionikoek eragindako trantsizioa fase desplazatzailearen trantsizioa deitzen da.

Dispertsio dielektrikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Fisikan, dispertsio dielektrikoa aplikatutako eremu elektriko baten frekuentziarekiko material dielektriko baten onargarritasunaren mendekotasuna da. Polarizazioaren eta eremu elektrikoaren aldaketen artean desfase bat dagoenez, dielektrikoaren posibilitatea eremu elektrikoaren maiztasunaren funtzio konplikatua da. Sakabanaketa dielektrikoa oso garrantzitsua da material dielektrikoak aplikatzeko eta polarizazio sistemak aztertzeko.


Hau materialaren sakabanaketa bezala ezagutzen den fenomeno orokor baten instantzia bat da: uhinen hedapenerako bitarteko baten maiztasunaren araberako erantzuna.


Maiztasuna altuagoa bihurtzen denean:


·        Polarizazio dipolarrak ezin ditu eremu elektrikoaren oszilazioak jarraitu mikrouhinen eskualdean 10^10 Hz inguru

·        Polarizazio ionikoak eta distortsio molekularreko polarizazioak ezin diote eremu elektrikoari jarraitu eremu infragorria edo infragorritik harantzago 10^13 Hz inguru.

·        Polarizazio elektronikoak eskualde ultramorean 10^15 Hz inguruko erantzuna galtzen du.


Erlaxazio dielektrikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Erlaxazio dielektrikoa material baten konstante dielektrikoan une bateko atzerapena da. Hori, oro har, polarizazio molekularraren atzerapenak eragiten du ingurune dielektriko bateko eremu elektriko aldakorrarekiko (adibidez, barne-kondentsadoreak edo bi azalera eroale handiren artean). Eremu elektriko aldakorretan erlaxazio dielektrikoa histeresiaren antzekoa izan liteke eremu magnetiko aldakorretan (adibidez, induktore edo transformadore nukleoetan). Erlaxazioa, oro har, sistema lineal baten erantzunaren atzerapena da, eta, beraz, erlaxazio dielektrikoa egoera egonkorretik (oreka) espero diren balio dielektriko linealei dagokienez neurtzen da. Eremu elektrikoaren eta polarizazioaren arteko denbora-tarteak Gibbsen energia librearen degradazio itzulezina dakar[9].


Fisikan, erlaxazio dielektrikoa ingurune dielektriko batek kanpoko eremu elektriko oszilatzaile bati ematen dion erlaxazio-erantzunari dagokio. Erlaxazio hau, askotan, probabilitate terminoetan deskribatzen da, maiztasun funtzio bat bezala, sistema idealetarako, Debyeren ekuazioak deskriba dezakeena. Bestalde, polarizazio ioniko eta elektronikoarekin lotutako distortsioak erresonantzia edo osziladore motaren portaera erakusten du. Distortsio-prozesuaren izaera laginaren egituraren, konposizioaren eta ingurunearen araberakoa da.


Ultramorearen gainetik dagoen frekuentzia eremuan, posibilitatea, substantzia bakoitzean, bere konstantera gerturatzen da, non zeuden espazio librearen posibilitateak. Onargarritasunak eremu elektriko baten eta polarizazioaren arteko harremanaren indarra adierazten duenez, polarizazio-prozesu batek erantzuna galtzen badu, posibilitatea murriztu egiten da.


Bibliografia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  1. Shneider, M N. (2016). «A liquid dielectric in an electric field» Liquid Dielectrics in an Inhomogeneous Pulsed Electric Field (IOP Publishing) ISBN 978-0-7503-1245-5 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  2. Biographical encyclopedia of scientists. (2nd ed. argitaraldia) Institute of Physics Pub 1994 ISBN 0-7503-0285-2 PMC 29563940 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  3. Faraday, Michael, 1791-1867.. (©1991-2012). The correspondence of Michael Faraday. Institution of Electrical Engineers ISBN 0-86341-248-3 PMC 24750569 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  4. Fidler, Prof. (John) Kelvin, (born 11 May 1944), consultant on engineering and higher education, since 2008; Vice-Chancellor and Chief Executive, University of Northumbria at Newcastle, 2001–08. Oxford University Press 2007-12-01 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  5. Dąbrowski, Jarek; Müssig, Hans-Joachim. (2004-01). «Preface» Materials Science in Semiconductor Processing (4-6): 165 doi:10.1016/j.mssp.2004.09.062 ISSN 1369-8001 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  6. American Ceramic Society. Meeting (106th : 2004 : Indianapolis, Ind.). (2005). Developments in dielectric materials and electronic devices : proceedings of the 106th Annual Meeting of the American Ceramic Society : Indianapolis, Indiana, USA (2004). American Ceramic Society ISBN 978-1-118-40819-3 PMC 608824121 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  7. Cole, M. W.; Hubbard, C.; Ngo, E.; Ervin, M.; Wood, M.; Geyer, R. G.. (2002-07). «Structure–property relationships in pure and acceptor-doped Ba1−xSrxTiO3 thin films for tunable microwave device applications» Journal of Applied Physics (1): 475–483 doi:10.1063/1.1484231 ISSN 0021-8979 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  8. Paul, J.C.. «Breakdown of liquid dielectrics under the simultaneous application of both electric and magnetic field fields» [1991] Proceedings of the 3rd International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials (IEEE) doi:10.1109/icpadm.1991.172045 ISBN 0-87942-568-7 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  9. Holtzer, Alfred M.. (1954-06). «The collected papers of Peter J. W. Debye. Interscience, New York-London, 1954. xxi + 700 pp., $9.50.» Journal of Polymer Science (72): 548–548 doi:10.1002/pol.1954.120137203 ISSN 0022-3832 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.