اصول کار مواد دی الکتریک خازن و روشهای بهبود تراکم ذخیره انرژی

خازن ، به عنوان مؤلفه های اساسی در مدارهای الکترونیکی ، عملکردی دارند که تا حد زیادی با ویژگی های مواد دی الکتریک آنها تعیین می شود. پدیده قطبی شدن مواد دی الکتریک تحت یک میدان الکتریکی خارجی ، مبنای فیزیکی برای ذخیره انرژی در خازن ها را تشکیل می دهد.

مکانیسم های قطبی سازی دی الکتریک
مواد دی الکتریک را می توان به انواع غیر قطبی و قطبی طبقه بندی کرد. دی الکتریک های غیر قطبی در درجه اول تولید می کنند لحظات دو قطبی القا شده در زیر یک میدان الکتریکی خارجی ، به عنوان جابجایی الاستیک ابرهای الکترونی آشکار می شود. دی الکتریک قطبی ، علاوه بر جابجایی ابر الکترونی ، دارای لحظات دو قطبی دائمی که با جهت میدان الکتریکی خارجی هماهنگ است. صرف نظر از نوع ، تمام دی الکتریک ها لحظات دو قطبی ناشی از میدان الکتریکی ایجاد می کنند و در هنگام قرار گرفتن در یک میدان الکتریکی خارجی ، بار خود را بر روی سطوح خود نشان می دهند. این اتهامات محدود نمی توانند آزادانه حرکت کنند و قطبیت بر خلاف الکترودهای مجاور دارند.

توصیف کمی از شدت قطبش
شدت قطبش (P) یک پارامتر کلیدی است که میزان قطبش دی الکتریک را توصیف می کند ، که به عنوان جمع بردار لحظات دو قطبی برقی در هر واحد واحد تعریف شده است. لحظه دو قطبی الکتریکی (μ) با مقدار بار (q) و فاصله بین بارهای مثبت و منفی (L) تعیین می شود. در دی الکتریک خطی ایزوتروپیک ، شدت قطبش به طور مستقیم با میدان الکتریکی کاربردی (E) متناسب است ، که به عنوان p = ε₀ (εᵣ-1) e بیان شده است ، جایی که ε₀ نفوذ خلاء (10 85 85 85 f/m) و εᵣ مجاز نسبی ماده است. این رابطه ارتباط مستقیم بین قابلیت قطبی سازی یک ماده و ثابت دی الکتریک آن را نشان می دهد.

تراکم ذخیره انرژی و روشهای تقویت
چگالی ذخیره انرژی (w/ΔV) از یک خازن را می توان با فرمول ½ε₀εᵣe² بیان کرد ، جایی که E قدرت میدان کار است. برای بهبود تراکم ذخیره انرژی ، دو روش اصلی وجود دارد: افزایش قدرت میدان کار وت افزایش ثابت دی الکتریک بشر بهبود قدرت میدان کار بستگی به ویژگی های میدان تجزیه مواد دی الکتریک دارد ، در حالی که افزایش ثابت دی الکتریک می تواند با بهینه سازی ترکیب مواد و ریزساختار حاصل شود. پارامترهای خازن اساسی مانند خازن (C = ε₀εᵣS/D) و ظرفیت ذخیره انرژی (W = ½CU²) نیز با این خصوصیات مواد دی الکتریک ارتباط نزدیکی دارند.
با درک عمیق مکانیسم های قطبش و روابط کمی مواد دی الکتریک ، می توان راهنمایی نظری را برای تهیه مواد خازن با کارایی بالا برای تأمین تقاضا برای خازن های با چگالی بالا در دستگاه های الکترونیکی مدرن فراهم کرد. $ $ $