1. Conceitos e fórmulas básicas da constante dielétrica (ε)
A constante dielétrica é uma quantidade física que caracteriza a capacidade de um dielétrico de armazenar cargas em um campo elétrico, também conhecido como permissividade, e é um dos parâmetros principais para medir as propriedades elétricas dos materiais isolantes. Quanto maior seu valor, mais forte a capacidade do material de armazenar cobranças, mas geralmente os materiais isolantes tendem a ter uma constante dielétrica baixa para reduzir a perda e a interferência do sinal.
(1) Fórmula de definição de constante dielétrica
A constante dielétrica (constante dielétrica relativa, εᵣ) é a proporção da constante dielétrica de um material (ε) e sua constante dielétrica a vácuo (ε₀):
εᵣ=ε/ε₀
Entre eles, ε₀ é a constante dielétrica a vácuo, que é aproximadamente8.854 × 10-12F\/m (farad\/m).
A constante dielétrica relativa (εᵣ) é uma quantidade física sem dimensão. O εᵣ do vácuo é 1, o εᵣ do ar é de aproximadamente 1.0006, e o εᵣ de materiais isolantes é geralmente entre 2-10 (como εᵣ de ETFE de cerca de 2,6).
(2) fórmula para o relacionamento com a capacitância
Para capacitores de placas paralelas, a relação entre capacitância (c) e constante dielétrica é:C=εᵣ⋅ε₀⋅A/d
Entre eles, A é a área da placa do eletrodo e D é a distância entre as placas do eletrodo (espessura do material de isolamento).
Essa fórmula indica que, sob a mesma estrutura, quanto maior a constante e capacitância dielétrica, mais forte a capacidade do material de armazenar cobranças.
(3) Perda relacionada: Tangente de perda dielétrica (Tan δ)
A perda dielétrica é a perda de energia dos materiais isolantes devido à histerese de polarização molecular em um campo elétrico. É comumente representado pela tangente de perda dielétrica (tan Δ) e está relacionada à constante dielétrica da seguinte forma:TanΔ=ε\/ε ′
Entre eles, ε 'é a parte real da constante dielétrica (representando a capacidade de armazenamento de energia) e ε' 'é a parte imaginária (representando a perda).
Quanto menor o tan δ, menor a perda de isolamento do material e mais estável o desempenho elétrico (como o tan δ de Etfe de cerca de 0. 003, que pertence a materiais de baixa perda).
2. Parâmetros de chave e relações de conversão do desempenho do isolamento
Os parâmetros principais do desempenho do isolamento incluem resistência ao isolamento, resistência à quebra, constante dielétrica, perda dielétrica etc. Esses parâmetros refletem coletivamente a capacidade de isolamento e a estabilidade dos materiais, e alguns parâmetros podem ser correlacionados por meio de experimentos ou fórmulas empíricas.
(1) Resistência ao isolamento (rIns)
A resistência ao isolamento é a capacidade de um material de resistir ao vazamento de corrente, medido em ohms (Ω), e está relacionado à resistividade do material (ρ) da seguinte forma:RIns=ρ⋅d/A
Entre eles, ρ está a resistividade do volume (unidade: ω · m), d é a espessura do isolamento e a é a área de superfície condutora.
Significado de conversão: quanto maior a resistividade, maior a resistência ao isolamento e melhor o desempenho do isolamento do material (como o ETFE, cuja resistividade de volume geralmente é maior que 10 ⁶ a, pertencente a altos materiais de isolamento).
(2) força de decomposição (eᵦ)
A resistência à quebra é a força crítica do campo elétrico na qual um material pode suportar um campo elétrico sem ser quebrado, medido em kV\/mm (kilovolts por milímetro) e calculado usando a seguinte fórmula:Eb=Ub/d
Entre eles, uᵦ está a tensão de quebra (KV) e D é a espessura do isolamento (mm).
Significado de conversão: Quanto maior a resistência à quebra, maior a tensão que o material pode suportar na mesma espessura (por exemplo, a resistência à ruptura do ETFE é sobre 20-30 kv\/mm, e apenas uma camada de isolamento muito fina é necessária para atender aos requisitos na tensão de 600V).
(3) A correlação entre constante dielétrica e perda de transmissão de sinal
Na transmissão de sinal de alta frequência, a perda de sinal () está relacionada à constante dielétrica (εᵣ) e à perda dielétrica (tan δ), e a fórmula empírica é: ∝f⋅√εr⋅Tanδ
Entre eles, F é a frequência do sinal.
Significado de conversão: εᵣ baixo e baixo Δ podem reduzir significativamente a perda de sinal de alta frequência; portanto, os materiais dielétricos baixos, como o ETFE, são adequados para cenários de transmissão de sinal de alta velocidade (como equipamentos eletrônicos aeroespaciais e de precisão).
3. Exemplo de conversão de desempenho em aplicações práticas (tomando o fio UL AWM 10126 como exemplo)
UL AWM 10126 WIRE Adota o isolamento ETFE (εᵣᵣ2.6, TanΔ≈ 0. 003, resistência à ruptura 25kV\/mm), tensão nominal de 600V, temperatura operacional de 150 graus, a conversão de desempenho de isolamento é a seguinte:
(1) Verificação da tensão de quebra: se a espessura do isolamento for 0. 1mm, a tensão de quebra teóricaUb=Eb⋅d {{0}} kv\/mm × 0,1mm =2. 5kv, muito mais alto que o 600V nominal, com margem de segurança suficiente.
(2) Estimativa de perda de alta frequência: a uma frequência de 100MHz, sua perda de sinal é muito menor que a dos materiais dielétricos altos (como o PVC, com um εᵣᵣ3,5), tornando -o adequado para transmissão de sinal em dispositivos eletrônicos de precisão.
(3) Conversão de resistência ao isolamento: Se a área de superfície do condutor for 1 0 cm², a espessura do isolamento é de 0,1 mm e os ETFE'sρ≈10¹⁷Ω·m, então a resistência ao isolamentoRIns=1017×0.0001/0.001=1016Ω, a corrente de vazamento pode ser ignorada.
4.Summary
A constante dielétrica é o indicador principal da capacidade de armazenamento de energia dos materiais isolantes, que está diretamente relacionado à capacitância e perda. A baixa constante dielétrica (como o ETFE) é adequada para cenários de alta frequência e baixa perda.
A conversão do desempenho do isolamento pode avaliar quantitativamente a aplicabilidade de materiais sob diferentes condições de trabalho por meio de fórmulas relacionadas a parâmetros como resistência, força de quebra e perda (comoUL AWM 10126 WIRE, que é adequado para conexões elétricas de 600V em espaços compactos e ambientes de alta temperatura devido à sua baixa resistência a εᵣ e alta resistência à ruptura).
A conversão desses parâmetros fornece uma base científica para seleção de fios e design de isolamento, garantindo otimização de custos e espaço enquanto atende a requisitos como tensão e temperatura.
