1. Konsep dan formula dasar konstanta dielektrik (ε)
Konstanta dielektrik adalah kuantitas fisik yang menjadi ciri kemampuan dielektrik untuk menyimpan muatan dalam medan listrik, juga dikenal sebagai permitivitas, dan merupakan salah satu parameter inti untuk mengukur sifat listrik dari bahan isolasi yang dikurangi dan secara konstan yang lebih kuat memiliki nilainya yang lebih kuat, tetapi secara konsuling, dan lebih kuat, kemampuannya untuk menyimpan biaya, tetapi secara konsuling. interferensi .
(1) Definisi rumus konstanta dielektrik
Konstanta dielektrik (konstanta dielektrik relatif, εᵣ) adalah rasio konstanta dielektrik material (ε) terhadap konstanta dielektrik vakum (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Di antara mereka, ε₀ adalah konstanta dielektrik vakum, yang kira -kira8.854 × 10-12F/m (farad/m).
Konstanta dielektrik relatif (εᵣ) adalah kuantitas fisik tanpa dimensi . εᵣ vakum adalah 1, εᵣ udara sekitar 1 . 0006, dan εᵣ bahan isolasi biasanya antara 2-10 (seperti Etfe ε ε) dari ᵣ) dari ᵣ) (ᵣ ᵣ ᵣ ᵣ {{{ᵣ.
(2) Formula untuk hubungan dengan kapasitansi
Untuk kapasitor pelat paralel, hubungan antara kapasitansi (C) dan konstanta dielektrik adalah:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Di antara mereka, A adalah luas pelat elektroda, dan D adalah jarak antara pelat elektroda (ketebalan bahan isolasi) .
Rumus ini menunjukkan bahwa di bawah struktur yang sama, semakin besar konstanta dielektrik dan kapasitansi, semakin kuat kemampuan material untuk menyimpan muatan .
(3) Kerugian Terkait: Tangen Kerugian Dielektrik (Tan δ)
Kehilangan dielektrik adalah kehilangan energi dari bahan isolasi karena histeresis polarisasi molekuler dalam medan listrik . Biasanya diwakili oleh loss lose dielektrik (tan δ) dan terkait dengan konstanta dielektrik sebagai berikut:tanΔ=ε/ε ′
Di antara mereka, ε 'adalah bagian nyata dari konstanta dielektrik (mewakili kapasitas penyimpanan energi), dan ε' 'adalah bagian imajiner (mewakili kerugian) .
Semakin kecil tan δ, semakin kecil kehilangan isolasi material, dan semakin stabil kinerja listrik (seperti tan eter Δ sekitar 0 . 003, yang termasuk bahan kerugian rendah).
2. parameter kunci dan hubungan konversi kinerja isolasi
Parameter inti kinerja isolasi termasuk resistensi isolasi, kekuatan kerusakan, konstanta dielektrik, kehilangan dielektrik, dll . Parameter ini secara kolektif mencerminkan kemampuan isolasi dan stabilitas bahan, dan beberapa parameter dapat dikorelasikan melalui eksperimen atau formula empiris .
(1) Resistensi isolasi (rINS)
Resistensi isolasi adalah kemampuan bahan untuk menahan kebocoran arus, diukur dalam ohm (Ω), dan terkait dengan resistivitas material (ρ) sebagai berikut:RINS=ρ⋅d/A
Di antara mereka, ρ adalah resistivitas volume (unit: ω · m), d adalah ketebalan isolasi, dan a adalah area permukaan konduktif .
Makna konversi: Semakin tinggi resistivitas, semakin tinggi resistensi isolasi, dan semakin baik kinerja isolasi material (seperti ETFE, yang resistivitas volumenya biasanya lebih besar dari 10¹⁶Ω · m, milik bahan isolasi tinggi) .
(2) Kekuatan kerusakan (Eᵦ)
Kekuatan kerusakan adalah kekuatan medan listrik yang kritis di mana suatu bahan dapat menahan medan listrik tanpa dipecah, diukur dalam KV/mm (kilovolt per milimeter), dan dihitung menggunakan rumus berikut:Eb=Ub/d
Di antara mereka, uᵦ adalah tegangan kerusakan (kV), dan d adalah ketebalan isolasi (mm) .
Arti konversi: Semakin tinggi kekuatan kerusakan, semakin tinggi tegangan yang dapat ditahan bahan pada ketebalan yang sama (misalnya, kekuatan kerusakan ETFE adalah tentang 20-30 kv/mm, dan hanya lapisan isolasi yang sangat tipis yang diperlukan untuk memenuhi persyaratan pada voltase 600V).
(3) Korelasi antara konstanta dielektrik dan kehilangan transmisi sinyal
Dalam transmisi sinyal frekuensi tinggi, kehilangan sinyal () terkait dengan konstanta dielektrik (εᵣ) dan kehilangan dielektrik (tan δ), dan formula empiris adalah: ∝f⋅√εr⋅tanΔ
Di antara mereka, f adalah frekuensi sinyal .
Signifikansi Konversi: εᵣ rendah dan Tan δ rendah dapat secara signifikan mengurangi kehilangan sinyal frekuensi tinggi, sehingga bahan dielektrik rendah seperti ETFE cocok untuk skenario transmisi sinyal berkecepatan tinggi (seperti kedirgantaraan dan peralatan elektronik presisi) .
3. Contoh konversi kinerja dalam aplikasi praktis (mengambil UL AWM 10126 WIRE sebagai contoh)
UL AWM 10126 WIRE mengadopsi isolasi ETFE (εᵣ≈2.6, tanΔ≈0.003, kekuatan kerusakan tayang25kv/mm), tegangan terukur 600V, suhu operasi 150 derajat, konversi kinerja isolasi adalah sebagai berikut:
(1) Verifikasi tegangan kerusakan: Jika ketebalan isolasi 0,1mm, tegangan kerusakan teoritisUb=Eb⋅d =25 kv/mm × 0.1mm =2.5 kv, jauh lebih tinggi dari nilai 600V, dengan margin pengaman yang cukup .
(2) Estimasi kehilangan frekuensi tinggi: Pada frekuensi 100MHz, kehilangan sinyalnya jauh lebih rendah daripada bahan dielektrik tinggi (seperti PVC, dengan εᵣ≈3 {{3} 5), sehingga cocok untuk transmisi sinyal dalam perangkat elektronik presisi.
(3) Konversi resistensi isolasi: Jika luas permukaan konduktor adalah 10cm², ketebalan isolasi adalah 0,1mm, dan ETFEρ≈10¹⁷Ω·m, lalu resistensi isolasiRINS=1017×0.0001/0.001=1016Ω, arus bocor dapat diabaikan .
4. ringkasan
Konstanta dielektrik adalah indikator inti dari kapasitas penyimpanan energi bahan isolasi, yang secara langsung terkait dengan kapasitansi dan kehilangan . konstanta dielektrik rendah (seperti ETFE) cocok untuk skenario frekuensi tinggi dan rendah .
Konversi kinerja isolasi dapat secara kuantitatif mengevaluasi penerapan bahan di bawah kondisi kerja yang berbeda melalui rumus yang terkait dengan parameter seperti resistensi, kekuatan kerusakan, dan kehilangan (sepertiUL AWM 10126 WIRE, yang cocok untuk koneksi listrik 600V dalam ruang kompak dan lingkungan suhu tinggi karena εᵣ yang rendah dan kekuatan kerusakan tinggi) .
Konversi parameter ini memberikan dasar ilmiah untuk pemilihan kawat dan desain isolasi, memastikan optimasi biaya dan ruang saat memenuhi persyaratan seperti tegangan dan suhu .
