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真空介电常量是电磁学中在度量物理量时引进的常数(主要是库仑定律中对电荷量的度量)。根据麦克斯韦方程组,可推知真空介电常数与其它物理常数的关系:
其中,c是光波传播于真空的光速,
如同前面所述,真空电容率是一个度量系统常数。它出现于电磁量的定义方程,主要是因为一个称为理想化的程序。只使用纯理论的推导,麦克斯韦方程组奇异地预测出,电磁波以光速传播于自由空间。继续推论这个预测,就可以给出具体的数值。若想了解为什么会有这数值,需要阅读一下电磁度量系统的发展史。
在以下的讲述中,注意经典物理学并不特别区分“真空”和“自由空间”这两个术语。当今文献里,“真空”可能指为很多种不同的实验状况和理论实体。在阅读文献时,只有上下文可以决定术语的含义。
真空介电常量,又称为真空电容率,或称电常数,是一个常见的电磁学物理常数,符号为ε0。在国际单位制里,真空介电常量的数值为:
ε0=8.854187817 × 10-12 F/m(近似值)。
物理学中,真空介电常数是一个重要常数,用ε0表示。
我们假设一正一负两电荷(电量为e)在相距距离为r的地方“静止”。其势能为:
应指出,两电荷“静止”不代表其绝对静止,它们也在真空背景温度下悄悄运动。这个运动可看成简谐运动(也可用圆周运动来描述),周期为t。因此,某个电荷要产生电流I,且I=e/t。
由于电荷运动其电场也跟着变化(指空间静止某点的电场强度变化),又由于位移电流的本质是变化电场,所以这种变化的电场就会在两电荷之间传递,形成电流。此处的位移电流周期也为t,大小也为I=e/t。因为位移电流的表述式可写为:
这里,E为电场强度,S为截面积,∫S为面积分。
式子右边的积分可等电量Q,因此此式仍满足I=dQ/dt的关系。而这里的I=e/t是从定义式I=dQ/dt推出,因此 I=e/t 可表示这里的位移电流在空间分布的大小。
我们再根据相对性原理得出,任何物理规律都有相同的数学表达式。因此,某电流所受的电压(或电势)e/(ε04πr)也应满足欧姆定律U=IR。其中,U为电压,R为电阻。
根据实验结果,电阻的表达式为
我们又知道,导体的电阻是由其内部的杂质而引起,而对于真空来说,其中没有杂质。因此,真空的电阻只有几何因素,没有物质结构因素(电阻率)。或者说,真空没有电阻率这个概念,真空的电阻率可看作1,没有转化系数。对于两点电荷来说,其位移电流的电阻为:
用这个电阻乘以单个电荷的电流I,有
它等于受到的电压,有
把
将t=1.762×10-11代进去,可得真空介电常数的理论值:
这和实验值 ε0=8.85 × 10-12 F/m 相比较,基本相符。说明了推导的可行性与合理性。
真空介电常数本质上应是时间的量纲。
值得一提的是,t=1.762 × 10-11s在数值上刚好近似等于真空介电常数ε0的一半,这两个量之间有什么关系呢?
为了说明这个问题,这里假定真空中有二个带有相同电量(电量为e)的点电荷相互作用,相互作用势能为
如果单个电荷以周期 t 做圆周运动,则电流强度为 I=e/t。根据实验结果,电阻的表达式可写为:
其中,ρ为电阻率,
由于系统处在真空之中,电阻率很大(相对于导体来说),但电子的运动是自由的,两个点电荷间的电阻为:
一个电荷相对一另一个电荷的电势
比较势能表达式,可知 ε0=t/2。
该式表明真空介电常数ε0与真空背景周期成正比。如果假定电阻率 ρ=1,则真空背景周期与真空介电常数在数值上完全相等。可得:
上式说明真空背景温度与真空介电常数成反比,这个结果也显示现实真空环境与宇宙背景有直接关系。虽然用 e/t 来表示位移电流的空间分布并不严格,但是足以说明真空介电常数的测量值与宇宙背景温度有很大程度的关联。 2100433B
中央空调基本概念
第一章 用中央空调的起源 在二十世纪六、七十年代, 美国地区发生罕见的干旱天气,为解决干 旱缺水地区的空调冷热源问题 ,美国率先研制出风冷式冷水机,用空 气散热代替冷却塔。 1995年 York公司推出的阳光系列,第一次大胆地将小型风冷冷水机 命名为中小型家用中央空调而进入了家用空调市场。 小型风冷式冷水 机的能力范围一般在 10-170KW,属于商用空调范围。 1999 年短短的一年时间内 “别墅中央空调 ”、“户式中央空调 ”、“小型 中央空调 ”等等名称的空调产品如雨后春笋般地在中国大地冒出来 了,但万变不离其宗,其风冷冷水机组的基本涵义是无法更改的 目前小型中央空调概念有所延伸,对多联机、风管机也列入其中。 美国由于人口密度小,住宅条件优越,别墅多,住房层高较高,具有 足够的建筑空间用于布置风道, 同时,由于美国居民对家用空调舒适 性的要求较高,因此多采用有新风的风管式系统。目前,
电介质经常是绝缘体。其例子包括瓷器(陶器),云母,玻璃,塑料,和各种金属氧化物。有些液体和气体可以作为好的电介质材料。干空气是良好的电介质,并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质,其相对介电常量约为80。一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。2100433B
介电系数,是一个在电的位移和电场强度之间存在的比例常量。这一个常量在自由的空间(一个真空)中是8.85×10的-12次方法拉第/米(F/m)。在其它的材料中,介电系数可能差别很大,经常远大于真空中的数值,其符号是eo。 在工程应用中,介电系数时常在以相对介电系数的形式被表达,而不是绝对值。如果eo表现自由空间(是,8.85×10的-12次方F/m)的介电系数,而且e是在材料中的介电系数,则这个材料的相对介电系数(也叫介电常数)由下式给出: ε1=ε / εo=ε×1.13×10的11次方 很多不同的物质的介电常数超过1。这些物质通常被称为绝缘体材料,或是绝缘体。普遍使用的绝缘体包括玻璃,纸,云母,各种不同的陶瓷,聚乙烯和特定的金属氧化物。绝缘体被用于交流电(AC),声音电波(AF)和无线电电波(射频)的电容器和输电线路。
测试介电强度的仪器信息
介电击穿强度试验仪 满足GB1408.1-2006 要求,主要适用于固体绝缘材料如:塑料、薄膜、树脂、云母、陶瓷、玻璃、、绝缘漆等介质在工频电压或直流电压下击穿强度和耐电压时间的测试;该仪器采用单片机控制,可对试验过程中的各种数据进行快速、准确的采集、处理,并可存取、显示、打印 的一种测试仪器。
介电测量的基本方法有:同轴探头法、传输线法、自由空间法、谐振腔体法、平行板电容法。Partulab佰力博DMS系列介电温谱仪采用的是平行板电容法测量原理,今天我们就来详细介绍一下平行板电容法。
同轴探头法:宽带、方便、对材料无破坏性、最适合损耗性MUT、液体和半固体;
传输线法:宽带、最适合损耗至低损耗MUT、可加工的固体;
自由空间法:宽带、非接触、最适合平板样品、粉末、高温;
谐振腔体法:单一频率、准确、最适合低损耗MUT、小型样品;
平行板电容法:准确、适用于低频、细小,平板样品。
DMS介电温谱仪采用的平行板法在ASTM D150标准中又称为三端子法,其原理是通过在两个电极之间插入一个材料或液体薄片组成一个电容器,然后测量其电容,根据测量结果计算介电常数。在实际测试装置中,两个电极配备在夹持介电材料的夹具上。阻抗测量仪器将测量电容(C)和损耗(D)的矢量分量,然后由软件程序计算出介电常数和损耗角正切。
DMS系列介电温谱仪采用的介电常数和损耗计算公式,通过测量与MUT直接接触的电极的电容来推导出介电常数。