Dielektrická konštanta látky alebo materiálu je mierou jej schopnosti uchovávať elektrickú energiu. Vyjadruje, do akej miery materiál zadržiava alebo koncentruje elektrický tok.
Dielektrická konštanta alebo permitivita je číslo, ktoré charakterizuje schopnosť dielektrika uchovávať elektrický náboj a interagovať s elektrickým poľom. Matematicky je dielektrická konštanta pomerom permitivity materiálu k permitivite voľného priestoru. Je to pomerná konštanta medzi elektrickým polom v dielektriku a indukovanou polarizáciou v dielektriku.
kde ε0 je permitivita vákua čo je 8,854 x 10-12 F / m a εr je relatívna permitivita dielektrika. Relatívna permitivita dielektrika je pomerná konštanta medzi dielektrickou konštantou materiálu a permitivitou vákua.
Vo voľnom priestore alebo vo vákuu sa rádiové signály šíria rýchlosťou svetla c, čo je 300 000 000 metrov za sekundu, pretože ich pohybu nič nebráni. V iných prostrediach sa rádiové signály pohybujú pomalšie a majú rýchlosť šírenia, ktorá sa často uvádza v percentách nad rýchlosťou svetla. Médium vo vnútri vlnovodu je väčšinou vzduch, takže rýchlosť rádiového signálu, ktorý sa ním šíri, je daná dielektrickou konštantou vzduchu. Dielektrická konštanta vzduchu pri tlaku 1 atm je 1,00059. Výsledkom je rýchlosť šírenia rovná 0,99975.
Pochopenie vlastností elektromagnetických vĺn vrátane ich vlnovej dĺžky je nevyhnutné v rôznych oblastiach, ako sú telekomunikácie, fyzika či výskum, alebo vývoj. Vlnová dĺžka predstavuje priestorovú periódu elektromagnetického vlnenia a je nepriamo úmerná jeho frekvencii. Tento vzorec je založený na vlnovej rovnici pre vlnovody, ktorá zahŕňa rýchlosť svetla vo vákuu a frekvenciu signálu a zahŕňa aj efektívny index lomu vlnovodu, ktorý je funkciou frekvencie a medznej frekvencie vlnovodu.
Prečítajte si tiež: Brokovnica pre deti: Na čo si dať pozor?
Kalkulačka nižšie vám pomôže vypočítať vlnovú dĺžku signálu vzhľadom k frekvencii a dielektrickej konštante.
- Frekvencia: Frekvencia elektromagnetického vlnenia, zvyčajne meraná v hertzoch.
- Dielektrická konštanta: Dielektrická konštanta prostredia, ktorým sa vlna šíri. Tento parameter je dôležitý, ak prostredie nie je vákuum.
Skúste si napríklad zadať frekvenciu 100 MHz, dielektrickú konštantu 2 a rýchlosť šírenia 300 000 000 m/s (čo je bežná hodnota rýchlosti svetla vo vákuu).
Základné pojmy a vzorce
1. Coulombov zákon
Dva bodové elektrické náboje v pokoji pôsobia na seba silou, ktorá je priamo úmerná súčinu ich veľkostí a nepriamo úmerná druhej mocnine ich vzdialenosti.
F = 1/(4π ε) * (Q1 * Q2) / r2
Prečítajte si tiež: Ako ďaleko doletí airsoftová guľôčka?
Kde:
- F - sila
- ε - permitivita prostredia
- Q1, Q2 - náboje
- r - vzdialenosť nábojov
2. Intenzita elektrického poľa
Je podiel elektrickej sily Fe, ktorou v tomto mieste pôsobí na časticu s nábojom Q a náboja Q.
E = Fe / Q [N/C]
Kde:
Prečítajte si tiež: Guľomet Maxim v Prvej a Druhej Svetovej vojne
- E - intenzita
- Fe - sila
- Q - náboj
3. Potenciálna energia elektrostatického poľa vzhľadom na referenčný bod
Potenciálna energia v bode r sa rovná práci potrebnej na prenesenie častice z nekonečna do bodu r.
U(r) = ∫ F dr
Kde:
- U - potenciálna energia
- F - sila
- r - vzdialenosť
4. Potenciálna energia elektrostatického poľa
Potenciálna energia v mieste (2) vzhľadom na miesto (1) je práca, ktorú musíme vykonať na premiestnenie častíc z miesta (1) do miesta (2) v silovom poli.
U = ∫ F dr
5. Potenciál elektrostatického poľa
Je skalárna veličina, definovaná ako podiel potenciálnej energie častice s nábojom Q v danom mieste poľa a tohto náboja.
Príklady
- Na sklenenej tyči, ktorú sme treli kožou vznikol náboj 80 nC. Koľko elektrónov prešlo z tyče na kožu? Na kožu prešlo 5.1011 elektrónov.
- Aká veľká elektrická sila pôsobí na protón (Qp= Q0 = 1,602.10-19C), ktorý sa nachádza v elektrickom poli s intenzitou elektrického poľa 2.105N.C-1? Na protón pôsobí elektrická sila Fe = 3,204.10-14N.
Hoci je Coulombova konštanta stále platná a na školách sa stále počítajú príklady z Coulombovou konštantou, v skutočnosti sa jedná o bezvýznamné číslo, ktoré nemá žiadne praktické využitie. Coulombova konštanta sa dá použiť iba pri bodových nábojoch a to iba v tom prípade že medzi nábojmi sa nachádza vákuu alebo vzduch. Ak sa medzi nábojmi nachádza iné dielektrikum, Coulombova konštanta sa nedá použiť, lebo súčasťou Coulombovej konštanty je permitivita vákua. Ani pre výpočet elektrickej sily, ani pre výpočet intenzity elektrického poľa nieje potrebná žiadna konštanta.
Podľa dnešných vedcov je elektrický prúd tvorený usporiadaným pohybom nosičov elektrického náboja, elektrónov. Keď na teleso A v tvare gule vyrobené z elektricky vodivého materiálu privediem záporný elektrický náboj, všetky voľné elektróny sa rozmiestnia rovnomerne po celom povrchu gule.
Na výpočet elektrickej sily pôsobiacej medzi dvomi telesami z elektrickým nábojom sa používa Coulombov zákon. Jednotkou elektrického náboja je coulomb C. 1C coulomb = 1As ampér sekunda. Elektrický náboj 1C predstavuje energiu ktorá pri prúde 1A pretečie vodičom za 1s.
tags: #permitivita #prostredia #naboje #vzorce