Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - Häfte 1. Jan. 1935 - Teorier för elektriska isolationsmaterial, av Ralf Thorburn
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
2 febr. 1935
E LEKTROTEKNIK
3
ögonen skulle vi kunna tänka oss, att kärnan
förskjutes något åt sidan från sitt neutralläge inom
elektronbanorna. Det är ganska förståeligt, att denna
förskjutningspolarisation är proportionell mot
fältstyrkan och oberoende av temperaturen.
Temperaturen är ju enligt vårt åskådningssätt en
molekylar-rörelse utan något samband med atomernas inre
byggnad. Förskjutningspolarisationen har även en
annan intressant egenskap: polarisationen för en
molekyl är nämligen approximativt lika med summan
av atompolarisationerna. Att lagen ej gäller fullt
exakt måste tydligen bero på, att kraftfältet inom
atomen blir något rubbat genom att atomerna bindas
ihop till molekyler.
Angående förskjutningspolarisationen är vidare
att nämna, att den antages ske förlustfritt (alltså rent
elastiskt) och ögonblickligt, även vid högsta
förekommande radiofrekvenser. Vidare finnes intet
medium, som ej uppvisar någon
förskjutningspolarisation.
Utom förskjutningspolarisationen tänker sig Debye
en orienteringspolarisation hos vissa ämnen, där
molekylerna äro permanenta dipoler, dvs. ha polaritet
även utan att vara utsatta för något elektriskt fält.
Om vi exempelvis tänka oss ett sådant ämne som
klorväte, HCl, ligger det ganska nära till hands, att
en molekyl av detsamma är en dipol med det starkt
elektropositiva vätet i sin positiva ända och
klor-atomen i den negativa.
Ett ämne, vars molekyler äro dipoler, verkar
emellertid trots detta ej polariserat under normala
förhållanden. På grund av temperaturrörelsen äro
nämligen molekylerna utsatta för en mycket kraftig
om-blandning. Men om ett elektriskt fält appliceras,
uppstår en viss tendens för dipol-molekylerna att
orientera sig i fältets riktning, och den därav
resulterande polarisationen benämnes
orienteringspolarisation.
Det ligger nära till hands att tänka sig, att vid
eventuell orienteringspolarisation skulle finnas ett
fenomen motsvarande mättningsfenomenet vid
magnetisering. Sannolikt är så fallet, men intet
känt isolationsmaterial har en genomslagshållfasthet,
som gör det möjligt att uppnå den fältstyrka som
erfordras för mättning. Teoretiska beräkningar visa
nämligen, att vid normala temperaturer fältstyrkor på
över 100 000 kV pr cm vore erforderliga härför.
Vid en fältstyrka om 10 000 kV pr cm, vilket för
de bästa isolationsmaterialen är möjligt att uppnå
under goda betingelser, skulle den från
orienterings-polarisationen härrörande delen av
polarisationskonstanten ha minskats till ca 98 % av sitt värde för
låga fältstyrkor. Tyvärr är precisionen hos våra
mätanordningar ännu så länge otillräcklig för att vi
skola kunna konstatera en dylik liten ändring under
ifrågavarande omständigheter.
Yi få därför tills vidare lämna mättningsfenomenet
såsom ett bevis på existensen av dipol-molekyler ur
räkningen och söka andra fenomen, som göra den
plausibel. Därvid kommer i första hand
temperaturberoendet hos polarisationskonstanten i betraktande.
En teoretisk beräkning visar nämligen, att den från
eventuell orienteringspolarisation härrörande delen
av polarisationskonstanten bör variera omvänt
proportionellt mot absoluta temperaturen. Den totala
polarisationskonstanten a utgör summan av för-
skjutningspolarisationen ax och
orienteringspolarisationen a2 ■ ^
a = ai
1
■ †
Fig. 6 visar en experimentell bekräftelse härpå. I
figuren är uppritat a som funktion av ^ . Som synes
bilda observationsresultaten punkter på räta linjer.
För CH4 (metan) och CC14 (koltetraklorid) äro
linjerna horisontella. Detta betyder alltså, att CH4 och
CC14 icke äro dipol-molekyler, vilket är att vänta av
o.oox yr
Fig. 6. Polarisationskonstantens temperaturberoende.
symmetrien i formlerna. Molekyler med
sammansättningarna CH,Cl (metylklorid), CH2C12 (metyldiklorid)
och CHClg (kloroform) äro däremot alla mer eller
mindre utpräglade dipoler.
Extrapolation av a-linjen till ^ = 0 ger förskjut-
ningspolarisationskonstanten av och lutningen a2
hos linjen är ett mått på styrkan av respektive
molekylers dipoler.
Förutom detta temperaturberoende finnes ett
annat fenomen, som gör Debye’s teori plausibel:
polarisationskonstanten hos de flesta ämnen är
liksom dielektricitetskonstanten frekvensberoende.
Debye förklarar detta fenomen genom att antaga, att
vissa friktionskrafter hindra dipolmolekylerna att
orientera sig ögonblickligt. Om så vore fallet skulle
vi nämligen vid höga frekvenser endast ha att räkna
med förskjutningspolarisationen, medan vid lägre
frekvenser orienteringspolarisationen tillkommer.
Ett typiskt exempel på att så verkligen är
förhållandet utgör vattnet, vars molekyler äro bland de
starkaste dipoler man känner. Som bekant har
rent vatten för låga frekvenser och rumstemperatur
en dielektricitetskonstant av omkring 80, medan
dielektricitetskonstanten för svängningstal
motsvarande ljusets är av storleksordningen 16/9.
Brytningsexponenten för vatten är nämligen ca 4/3 och
eftersom fortplantningshastigheten för en
elektromagnetisk våg i ett medium är omvänt proportionell
mot kvadratroten ur dielektricitetskonstanten
kommer denna att vara lika med kvadraten på
brytningsexponenten. För is är dielektricitetskonstanten
av samma storleksordning som för vatten vid höga
frekvenser, vilket helt enkelt förklaras genom att
dipolerna "frysa fast".
Inom det frekvensområde där dipolmolekylerna
övergå från att följa fältets växlingar till att släpa
efter allt mera, dvs. där polarisationskonstanten och
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
