Względna przenikalność elektryczna

Względna przenikalność elektryczna (daw. stała dielektryczna) – bezwymiarowa wielkość określająca ilokrotnie przenikalność elektryczna danego ośrodka ε jest większa od przenikalności elektrycznej próżni ε₀

$\varepsilon _{r}={\frac {\varepsilon }{\varepsilon _{0}}}$$\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 χ_e zgodnie z zależnością

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

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

gdzie

S - powierzchnia okładek kondensatora,

d - odległość między okładkami.

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

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

Dzieląc stronami oba równania otrzymamy

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