21. Dielektrik v električnem polju

Transcript

1 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Dielektik v elektičnem polju Vsebina poglavlja: elativna dielektičnost, povečanje kapacitivnosti z upoabo dielektika, vezan in posti naboj, vekto polaizacije, povšinska gostota vezanega naboja, elektična susceptibilnost, vekto gostote elektičnega petoka, povezave med E, D in P, modifician Gaussov zakon, mejni pogoji elektičnega polja med dvema dielektikoma, mejni pogoji med pevodnikom in dielektikom Dielektik vstavljen v začni kondenzato Do sedaj smo imeli opavka le s pevodniki v vakuumu ozioma zaku Kako pa vplivajo azlični mateiali (snovi) na elektične azmee? Na pime, kaj se zgodi, ko med plošči ploščnega kondenzatoja vložimo mateial, ki je idealen (elektični) izolato in ju piključimo na vi napetosti? Takemu mateialu pogosto ečemo Podvodni kabel, 4 kv wwwnexanscom dielektik in s tem poudaimo njegove dielektične (kapacitivne) lastnosti, medtem ko izolatojem paviloma pedpisujemo upoovne lastnosti; dobe izolato ima zelo veliko (specifično) uponost Če izmeimo kapacitivnost ped vložitvijo dielektika in po vložitvi ugotovimo, da se kapacitivnost po vložitvi poveča: C C diel zak = imenujemo elativna dielektična konstanta in pove, za koliko se kapacitivnost poveča ob vstavitvi dielektika med plošči začnega kondenzatoja Kapacitivnost začnega ploščatega kondenzatoja ped vstavitvijo dielektika je Czak =, d po vstavitvi pa je Cdiel = Czak = d Izazi za kapacitivnosti azličnih tipov začnih kondenzatojev veljajo tudi v pimeu, ko je namesto zaka dielektik, le konstanto nadomestimo z Pime: Vzemimo ploščni kondenzato s povšino plošč cm Med plošči stisnemo list papija debeline mm ( = ) in mm debelo gumo z = 6 Kondenzato piključimo na napetost V a) Kolikšen je padec napetosti na plasti papija in kolikšen na steklu? b) Kolikšno je polje v steklu in v papiju? c) Kolikšno je polje na meji med steklom in papijem? Izačun: m 8,854 F/m 8,854 F 4 = papi = = = 3 d m a) C C m C C 6 8,854 8,854 F/m 3C 6,56 F 4 = steklo = = = 3 = d m /6 DK

2 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Nadomestna kapacitivnost je CC C3C 3 C = = = C = 6,645 F/m, C+ C C+ 3C 4 toej je naboj na skupni vezavi = CU = 6,645 nc Ta naboj je tudi enak naboju na kondenzatoju C, zato je U = = 75 V in C U = U U = 5 V b) Elektična poljska jakost v papiju je: U 75 V E = = = 37,5 kv/m, v steklu pa d mm E U 5 V,5 kv/m = = = d mm c) Iz sledi CU E = CU = ozioma E d = E d, od kode je d d = E Polje na meji med dielektikoma ima skok, je toej nezvezno Polje v dielektiku z manjšo dielektičnostjo je večje od polja v dielektiku z večjo dielektičnostjo Kolikšno je povečanje kapacitivnosti ob vstavitvi dielektika? Večina plinov ima vednosti dielektičnosti okoli, med in, in pebojno tdnost okoli 3 MV/m, medtem, ko imajo običajni izolatoji elativne dielektičnosti med in in pebojne tdnosti od nekaj do nekaj sto MV/m Plin elativna dielektičnost bez enot pebojna tdnost MV/m vodik,7 suh zak,58 3 CO,99,9 Tekočine in izolatoji elativna dielektičnost pebojna tdnost v MV/m papi,3 etanol 3,7 6 voda (destiliana) 8 olje -5 guma 3 silicij /6 DK

3 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Fizikalna azlaga spemembe kapacitivnosti ob upoabi dielektika ) Ploščni kondenzato naelekten s postim nabojem med ploščama Vzemimo, da imamo med elektodama ploščnega kondenzatoja posti naboj, toej ± posti Med plošči vstavimo dielektik Pozitivni in negativni naboji na ploščah delujejo s silo na naboje v dielektiku tako, da se le ti peazpoedijo To peazpoeditev nabojev lahko ponazoimo z modelom dipola Dipoli se usmeijo v sme polja (navo M = p E je enak nič, ko sta vektoja vzpoedna), pi čeme je potebno upoštevati, da so negativni poli dielektika bližje pozitivni elektodi Polje med ploščama je vsota pispevkov vseh nabojev, tistih na ploščah kondenzatoja in ločenih nabojev (dipolov) v dielektiku med ploščama Dipoli so nanizani v veigi, kje se minus pol enega dipola kompenzia s plus polom naslednjega dipola Tako lahko smatamo, da se znotaj dielektika kompenziajo naboji dipolov, ostane pa na povšini nekompenzian naboj, ki pa je naspotnega pedznaka kot posti naboj na plošči Ti nekompenziani (vezani) naboji povzočajo polje, ki je naspotno usmejeno od polja, ki je povzočil polaizacijo Zato se polje med ploščama ob vstavitvi dielektika pi konstantnem naboju zmanjša Posledično se zmanjša tudi napetost med ploščama U = E dl Ke pa je kapacitivnost določena kot C =, se ob zmanjšanju U napetosti med ploščama in konstantnem postem naboju na ploščama kapacitivnost poveča Ob vložitvi dielektika med naelekteni plošči pi konstantnem (postem) naboju bo toej: C = U SLIK: Naboj na ploščah kondenzatoja polaizia snov med ploščama, ka pikažemo s keianjem dipolov ) Ploščni kondenzato pi piključeni fiksni napetosti med ploščama Kako pa azložimo enako povečanje kapacitivnosti pi vložitvi dielektika med plošči začnega kondenzatoja ob konstantni napetosti? Tudi v tem pimeu si zamislimo, da se na elektodah zaadi napetosti nakopiči določen naboj Ko pa vstavimo dielektik, polje, vzpostavljeno med ploščama povzoči polaizacijo dielektika Zopet tako, da so negativni naboji dielektika v povpečju bližje pozitivnim nabojem na plošči Ti polaiziani naboji bi ob ohanjeni količini naboja na ploščama povzočili zmanjšanje polja in zmanjšanje napetosti med ploščama Ke pa je zunanja napetost vsiljena, piteče ob fiksni napetosti na elektodi dodaten naboj, ki kompenzia polaizian naboj Tudi v tem pimeu se toej poveča kapacitivnost, saj se poveča količina postega naboja na ploščah kondenzatoja Ob vložitvi dielektika pi konstantni napetosti bo: C = U 3/6 DK

4 DIELEKTRIK()doc Dec-7 SLIK: Povečanje kapacitivnosti ob vložitvi dielektika v začni kondenzato na konstantni napetosti Vpeljava koncepta vektoja polaizacije Elektični dipolni moment smo že spoznali Definian je kot p = d Ugotovili smo, da na dipol v polju deluje navo M = p E V dielektiku, ki ga postavimo v polje se ustvaijo in usmeijo dipoli Vpeljemo pojem vektoja polaizacije, ki je določen kot postoska gostota dipolskih momentov: p dp P = = i i lim v v dv Cm C Enota za vekto polaizacije je = 3 m m Zakaj vpeljati nov vekto? Zopet imamo poblem, da je sice smiselno vpliv polja na dielektik ponazoiti z množico dipolov, ke pa je v snovi zelo veliko molekul in toej veliko dipolov, je potebno njihovo skupno delovanje pedstaviti na pimeen način Vekto polaizacije je toej makoskopski model in ponazaja povpečno delovanje velike množice dipolnih momentov v majhnem volumnu Na podoben način smo se lotili tudi obavnave naboja: s konceptom gostote naboja Povšinska gostota polaizianega naboja Vzemimo pime enakomeno polaizianega valja povšine Na povšini je vezan (polaizian) naboj velikosti P = P V pimeu, da sme vektoja polaizacije ni v smei nomale na povšino je potebno upoštevati le nomalno komponento vektoja polaizacije = P, če pa tudi ni enakomeno poazdeljen polaizian naboj pa = P d P n Enako kot o gostoti postega povšinskega naboja lahko»govoimo«tudi o gostoti polaizianega (vezanega) povšinskega naboja, ki je enaka ka nomalni komponenti vektoja polaizacije na povšini: σ = P Pn P SLIK: Polaizian naboj v volumnu Na povšini je nomalna komponenta vektoja polaizacije neka gostoti povšinskega polaizianega (vezanega) naboja 4/6 DK

5 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Polaizian (vezan) naboj po zaključeni povšini dobimo z integacijo nomalne komponente vektoja polaitacije po celotni povšini:,zunaj = P d Ke ta naboj ni nujno enak nič, P ostane ob polaizaciji znotaj zaključene povšine povšinski polaizian naboj, ki je enak P,znotaj = P d Ta naboj je potebno azlikovati od naboja, ki se»posto«giblje po pevodni povšini, saj je ta naboj vezan v snovi Lahko se giblje venda le omejeno, koliko se pač lahko giblje dipol Povezava med E in P Elektična susceptibilnost Ko dielektik postavimo v polje se naboji v snovi peazpoedijo - polaiziajo Ta peazpoeditev je lahko večja ali manjša, odvisno od lastnosti mateiala Peazpoeditev naboja pedstavimo z modelom elektičnih dipolov ozioma njihove gostote z vektojem polaizacije P Za mnogo snovi velja, da povečanje polja povzoči soazmeno povečanje polaizacije, ka matematično zapišemo kot: P= χ E Spomnimo se, kaj je E Na povšini polpevodnika je bil E enak povšinski gostoti naboja Konstanto χ (chi) imenujemo elektična susceptibilnost in»govoi«o odzivnosti snovi na elektično polje Je bezdimenzijska konstanta V vakuumu je toej χ enaka nič, saj tedaj ni polaizianega naboja Dielektik imenujemo lineaen, če susceptibilnost ni odvisna od velikosti polja (napetosti), homogen, če je neodvisen od pozicije in izotopen *, če je neodvisen od smei polja Vekto gostote elektičnega petoka - D Vzemimo, da imamo zunanje elektično polje E, ki ga vzpostavimo z zunanjimi vii V tako polje vstavimo dielektik Dielektik se polaizia, ka ponazoimo z vektojem polaizacije ozioma z peazpoeditvijo polaizianih nabojev in povzočijo dodatno polje E P To polje običajno deluje v naspotni smei polja, ki je povzočilo polaizacijo in zato se sumano polje zmanjša E = E + E P SLIK: Supepozicija zunanjega polja in polja polaizianih nabojev * nizotopen mateial ima azlično dielektičnost (susceptibilnost) v azličnih smeeh V tem pimeu bo polaizacija v vsaki smei dugačna Polaizacija v smei X osi bo toej enaka P = E + E + Podobno zapišemo za ostale smei V tem pimeu susceptibilnost ni več x χxx x χxy y χxze z skalana količina, pač pa jo moamo pedstaviti kot tenzo (v obliki matike) 5/6 DK

6 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Poglejmo, ali lahko upoštevamo Gaussov zakon in duge že znane ugotovitve Spoznali smo že potencialnost elektostatičnega polja: E dl =, pa tudi Gaussov zakon E d= L Pvi integal je po zaključeni poti, dugi pa po zaključeni povšini je naboj, ki je zaobjet z integacijo Pvi se ne spemeni tudi, če ge del poti skozi dielektik, medtem, ko se dugi spemeni, saj je potebno upoštevati, da z integacijo polja po zaključeni povšini ne zajamemo le posti naboj pač pa tudi ujetega, polaizianega Ugotovili smo že, da je količina tega ujetega naboja po zaključeni povšini enaka,znotaj = P d, toej moamo Gaussov zakon zapisati v obliki posti, znotaj P, znotaj E d= +, ka lahko zapišemo tudi kot E d+ P d= osti, p znotaj E+ P d= ( ) posti, znotaj Zgodovina elektotehnike je dopinesla še eno veličino (lahko smatamo tudi dvopomensko), ki v osnovi izhaja iz gonjega zapisa JC Maxwell je nameč vpeljal vekto D, ki ga imenujemo vekto gostote elektičnega petoka in je definian kot D = E + P Enota vektoja D je C/m, enako kot gostota naboja na povšini pevodnika V osnovi je vekto D na povšini enak povšinski gostoti naboja, je pa za azliko od povšinskega naboja definian tudi povsod po volumnu S pomočjo tega vektoja lahko zapišemo zgonjo enačbo v obliki D d=, posti, znotaj ki ga lahko imenujemo modifician Gaussov zakon Z besedami bi ekli, da je petok vektoja D skozi zaključeno povšino enak zaobjetemu postemu naboju Odlika tega zapisa je pedvsem ta, da je zapis neodvisen od vplivov snovi na vekto D Ta vekto je izključno odvisen od lege postih nabojev, to pa so tisti, ki jih običajno vzpostavimo z zunanjim poljem S tem si bistveno olajšamo upoštevanje vplivov dielektika P 6/6 DK

7 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Zveza med D in E Zdužimo enačbi D = E+ P in P = χ E in dobimo D = E + P = E + χ E = ( + χ ) E = E Ponovimo pomembno zvezo med E in D: = E = E D, kje imenujemo elativna dielektična konstanta Povezava med elektično susceptibilnostjo in elativno dielektično konstanto je peposta: = + χ Zveza med D in P Če smo ugotovili enostavno zvezo med D in E, velja seveda tudi enostavna zveza med D in P, ( ) saj velja ( ) D ( ) P = χ E = E =, toej P= D Pime: Vzemimo ploščni kondenzato povšine plošč cm in ga piključimo na napetost V Vmes stisnimo mm debel list papija z elativno dielektično konstanto Določimo naboj na povšini, povšinsko gostoto naboja, vekto gostote petoka, vekto polaizacije, elektično poljsko jakost in kapacitivnost Izačun: Izačuna se lahko lotimo na več načinov Običajni postopek je tak, da najpej določimo D, ki ni odvisen od snovi, potem E, nato U, itd V ploščnem kondenzatoju velja: Dd = D= σ D= σ D σ E = = d posti, znotaj σ U = Edx = Ed = d, od kode sledi: σ 9 = D = 77, 8 C/m, U V kv/m 9 E = = =, D = E = 77,8 C/m, d mm ( ) D 9 P= D= D= = 88,54 C/m Sigma, ki smo jo izačunali je gostota povšinskega naboja D je enak sigmi, venda je D definian povsod v postou, sigma pa le na povšini Ke obavnavamo pime ploščnega kondenzatoja je D povsod enako velik Ke je nomalna komponenta P-ja na povšini enaka 9 povšinski gostoti polaizianega naboja, je σ P = P = 88,54 C/m Postega naboja na povšini plošče je x več od polaizianega povšinskega naboja, toej, vsaki dugi naboj posti naboj ima svoj naspotni polaizian naboj Pi dielektikih z veliko elativno dielektičnostjo bo P ka enak D 7/6 DK

8 DIELEKTRIK()doc Dec-7 SLIK: Ploščni kondenzato z dielektikom Pi konstantni napetosti je polje v dielektiku neodvisno od dielektika in je enako U V E = = = kv/m Zato pa bo v pimejavi z zakom potebna gostota naboja, ki bo d mm vzdževala to polje v dielektiku večja kot v pimeu, če med ploščama ni dielektika (je le σ U zak), saj velja E = σ = E = Ko bomo vstavili dielektik, se bo povšinska d 9 9 gostota naboja povečala za x: od 88,54 C/m na 77,8 C/m Razlika je avno posledica polaizacije, ki na povšini dielektika vzpostavi povšinsko gostoto polaizianega 9 naboja (naspotnega pedznaka kot posti naboj) velikosti 88,54 C/m Če pa imamo konstantno gostoto naboja, se bo polje po vložitvi dielektika med plošči σ zmanjšalo za : E =, toej na 5 kv/m To pomeni, da se bo zmanjšala tudi napetost in sice na V Pime: Nekoliko dugačne pa bodo azmee, če bomo med plošči kondenzatoja vstavili dielektik, ki bo le delno zapolnil vmesni posto Vzemimo, da v začni kondenzato, ki je piključen na napetost V in ima mm azdalje med ploščama potisnemo mm debel kos papija SLIK: Ploščni kondenzato z dvema dielektikoma Izačun: D bo neodvisen od dielektikov in bo povsod konstanten Spemenilo pa se bo polje, D D ki bo E = v dielektiku (papiju) in E = v zaku Da bi določili vednosti polja moamo zapisati še napetost, ki bo 8/6 DK

9 DIELEKTRIK()doc Dec-7 d D D d d U = Edx= d+ d = D + U V 9 D = = = 8, 53 C/m d mm d + + D Toliko je tudi povšinska gostota naboja Elektično polje je toej E = = 6,667 kv/m v dielektiku (papiju), v zaku pa je x večje: 3,33 kv/m Gostota polaizianega povšinskega naboja na meji med papijem in ploščo in papijem in zakom je enaka D/ Reševanje pimea s pomočjo kapacitivnosti: d d U = + = + Iz te zveze lahko določimo naboj na povšini, iz C C znanega naboja napetost na papiju in v zaku: U = in U = Nato iz znanih napetosti C C U U določimo polji: E = in E = d d Na meji med dvema dielektikoma, v našem pimeu med papijem in zakom je skokovit pehod polja Ke je D enak v obeh medijih bo veljalo: E= E To je mejni pogoj za pehod med dvema dielektikoma, ki velja splošno, venda le za tisto komponento polja, ki je pavokotna na mejo Pime: Vzemimo pime dvoplastnega koaksialnega kabla, ki ga želimo dimenzioniati za delovanje na napetosti kv Pva, notanja plast je iz gume z elativno dielektičnostjo 3,, duga pa iz polistiena z =,6 Pebojna tdnost gume je 5 kv/mm, polistiena pa kv/mm Koaksialni kabel polmea žile 4 mm želimo dimenzioniati tako, da maksimalno polje v dielektikih ne peseže 5% pebojne tdnosti Določiti moamo debelino obeh dielektikov, toej adij do plasti polistiena P in zunanji adij Z Izačun: Pi vzpostavljeni napetosti kv imamo na žili +q naboj, na oklopu pa q Da bi določili polje v enem in dugem dielektiku, se poslužimo Gaussovega stavka za vekto D, ki je neodvisen od dielektikov Za poljubni adij med notanjim in zunanjim dobimo q q D D D () = ozioma D= ed() = e Polje v dielektikih dobimo iz zveze E = =, π π toej bo polje v plasti gume D q E = = e, π g g v plasti polistiena pa D q E = = e π p p 9/6 DK

10 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Maksimalno polje v gumi ne sme peseči 5% pebojne tdnosti, ka zapišemo kot 6 6 E = 5% E =,5 5 V/m = 6,5 V/m, max, guma peb, guma za polistien pa bo veljalo 6 6 E = 5% E =,5 V/m = 5 V/m max, poli peb, poli Polje bo maksimalno pi čim manjšem adiju, toej pi q 6 Emax, guma = = 6,5 V/m π in E max, poli g n q = = 5 π p p 6 V/m Če enačbi delimo, lahko določimo p : g 6,5 p = n =,6 cm 5 p Lahko tudi določimo linijsko gostoto naboja, ki bo q= π 6,5 6 V/m = 6-6 C/m g n Peostane nam še, da določimo potebno debelino plasti polistiena, za ka pa potebujemo še eno enačbo, ki jo dobimo iz enačbe za napetost Integiati je potebno polje od notanjega do zunanjega adija, pi čeme pa se polje spemeni med dvema dielektikoma Zato je potebno ločiti integal v dva, enako, kot da bi zapisali celotno napetost kot vsoto padcev napetosti v gumi in v polistienu Tako dobimo z p z U = E dl = U + U = Egume dl+ E poli dl n p z q q U = e ed e e + d π = π n gume poli n g p p p q p q z U = ln + ln πg n πp p V gonji enačbi je edina neznanka zunanji polme, ki jo določimo z vstavitvijoi vednosti in dobimo,77 cm SLIK: Dvoplastni koaksialni kabel /6 DK

11 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Mejni pogoji Posedno smo z obavnavo polja v dveh stikajočih se dielektikih že spoznali Ugotovili smo, da na meji med dvema dielektikoma z azličnima dielektičnostima pide do nezveznega pehoda (skoka) elektičnega polja V tem poglavju želimo spoznati splošne zakonitosti pehoda polja iz enega medija v dugega Izpeljemo jih iz Gaussovega zakona in zakona o potencialnosti (konzevativnosti) elektostatičnega polja Mejni pogoj za nomalno komponento polja Mejni pogoj za nomalno (pavokotno) komponento dobimo iz Gaussovega zakona: D d= posti,znotaj Zamislimo si povšino med dvema dielektikoma in kocko, katee stanice stiskamo v smei meje Ke moamo ačunati D skozi zaključeno povšino (ven iz povšine) bomo pisali: D d D d= σ posti d ali tudi e D D = σ ( ) n posti ali tudi Dn Dn = σ posti Enotski vekto kaže iz dielektika z indeksom v dielektik z indeksom Če je povšinska gostoto postega naboja na meji dveh dielektikov enaka nič, velja Dn = Dn ali tudi En = En Če poznamo nomalno komponento polja na meji na eni stani dielektika, z lahkoto izačunamo nomalno komponento na meji v dugem dielektiku SLIK: Pehod nomalne komponente polja Mejni pogoj za tangencialno komponento polja Potebujemo še mejni pogoj za komponente polja, ki so vzpoedne (tangencialne) z mejo Tu upoabimo zakon potencialnosti polja: L E dl = Vzemimo pavokotnik na meji dveh dielektikov in ga stiskajmo v smei meje Integal polja bo imel tako le komponenti v smei meje tangencialni komponenti Veljalo bo toej: E l E l = E = E t t t t /6 DK

12 DIELEKTRIK()doc Dec-7 E t = Et SLIK: Pehod tangencialne komponente polja Zdužimo obe enačbi v»lomni zakon«če na meji dveh dielektikov ni povšinskega (postega) naboja, velja: E t E = E t = E n n Če enačbi delimo med sabo, dobimo: Et Et = E E n n tan( α ) = tan( α ) ali tan( α) = tan( α ) α je vpadni kot med nomalo na povšino in smejo polja SLIK:»Lomni zakon«polja na meji dveh dielektikov Pime: Homogeno polje V/m je usmejeno pod kotom 45 o iz zaka v olje z = Izačunajte elektično poljsko jakost v olju in skiciajte vektoja polja na meji zak-olje Izačun: Ohanja se tangencialna komponenta, ki bo tudi v olju enaka E t = Et = V/m Nomalna komponenta polja v olju pa se zmanjša za ½, saj velja E = E = V/m E = n n n n t 79 V/m bsolutna vednost polja v olju pa je E = E + E Polje v olju se zmanjša, saj se zmanjša nomalna komponenta polja, tangencialna pa ostane enaka SLIK: Lom polja na meji zak-olje /6 DK

13 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Polje na meji dielektika in kovine Poseben pime je meja dielektik - pevodnik Vzemimo, da označimo dielektik z indeksom, pevodnik pa z Pedhodno smo že ugotovili, da je elektostatično polje znotaj pevodnika enako nič: E = Ke velja E t = E t, bo tangencialna komponenta polja v izolatoju na meji z dielektikom enaka nič To pa obenem pomeni, da bo imelo polje v izolatoju na meji s pevodnikom le nomalno komponento, ki bo enaka D = σ ozioma, E n posti σ = E = n Pišli smo do že znane ugotovitve, da je polje na povšini pevodnika pavokotno na povšino in soazmeno povšinski gostoti naboja Zapišimo še enkat tudi ploskovno silo na pevodnik: f σ = σ SLIK: Polje na meji izolato kovina 3/6 DK

14 DIELEKTRIK()doc Dec-7 * Sila med dielektiki Zanimiv je tudi pime, ko želimo izačunati silo med dvema dielektikoma Pime je na pime sila na nevtalne dielektične delce v nehomogenem polju Zaadi azlične dielektičnost delca in medija deluje na delec sila, ki jo lahko določimo z integacijo ploskovne sile na delec Bez izpeljave zapišimo ezultat, ki bo D n f = Et + Sme te ploskovne sile je v smei postoa z manjšo dielektičnostjo Tako je mogoče dielektične delce usmejati z vzpostavitvijo elektičnega polja med dvema ali več elektodami Delci se nabeejo tam, kje je polje največje na ostih obovih elektod ali pa na mestih, kje je elektično polje najmanjše Dodatno kontolo nad gibanjem delcev nam ponuja vzbujanje z izmeničnim signalom Dielektične lastnosti snovi (elativna dielektičnost) se s fekvenco signala speminja, ka omogoča manipulacijo delcev z elektičnim poljem V Laboatoiju za bioelektomagnetiko smo skupaj z Laboatoijem za mikosenzoske stuktue in Laboatoijem za biokibenetiko načtali in izdelali stuktue za manipulacijo bioloških celic s pomočjo dielektofoeze Če je elektofoeza pojav, v kateem izkoiščamo silo na naelektene delce, je dielektofoeza pojav, kje izkoiščamo silo na dielektične (elektično nevtalne) delce SLIK: Manipulacija bioloških celic z elektičnim poljem Celice se koncentiajo na mestu najmanjšega polja, ki je v sedini in na povšini elektod Razdalja med elektodama je 5 µm Na desni sta pikazana modula z izdelanimi mikostuktuami Mikostuktue so izdelane s polpevodniško tehnologijo na Pyex steklu z dvoslojno metalizacijo Delovanje dielektofoeze smo ugotavljali tudi pi ekspeimentu s semenkami v enosmenem polju Semenke so iz dielektika in se usmeijo v sme polja, ke pa so v dovolj gostem mediju, se težje posto gibljejo Potebovali bi še večjo silo, da bi pemagali silo viskoznosti Smo pa opazili značilnost veiženja, ki jo opazimo tudi pi celicah na mikostuktuah Poleg tega so pazljivi lahko opazili, da se giblje tudi olje v kateem so bile semenke Tudi na molekule olja (dielektik) deluje sila, ki jih pemakne v smei elektod SLIK: Veiženje celic pi pojavu dielektofoeze 4/6 DK

15 DIELEKTRIK()doc Dec-7 PRIMERI: Pime kolokvijske naloge z dne : Nalogo bi lahko ešili tudi z upoabo lomnega zakona tan( α) =, pi čeme pa bi moali tan( α ) paziti, da je kot alfa definian glede na nomalo in ne na mejo, toej je α = 9 6 = 3 in = = =, od kode je in α 54, ϕ = 35,8 tan( α) tan( α) tan(3 ),386 5 Pime kolokvijske naloge 73 (UNI): 5/6 DK

16 DIELEKTRIK()doc Dec-7 Vpašanja za obnovo: Kako je definiana elativna dielektičnost in kaj pomeni? Kolikšne so tipične vednosti elativne dielektičnosti? 3 Kakšna je fizikalna azlaga spemembe kapacitivnosti ob upoabi dielektika pi a) konstantnem naboju med ploščama kondenzatoja in b) pi konstantni napetosti med ploščama? 4 Kako je definian vekto polaizacije? 5 Čemu je enak vekto polaizacije na povšini dielektika? 6 Kakšna je povezava med elektično poljsko jakostjo in vektojem polaizacije? 7 Kako je definian vekto gostote elektičnega petoka? Zakaj je njegova vpeljava koistna (potebna)? 8 Kakšna je zveza med gostoto elektičnega petoka in jakostjo polja? 9 Dobo pouči pimee nalog Mejni pogoj za nomalno komponento polja Mejni pogoj za tangencialni komponenti polja Lomni zakon 3 Polje na meji dielektika in kovine 6/6 DK