Почему диэлектрик имеет частотно-зависимое удельное сопротивление?

Простая модель, которая достаточно хорошо объясняет частотную зависимость удельного сопротивления металлов, — это модель Друде ( http://en.wikipedia.org/wiki/Drude_model ). Здесь у нас есть зависимость от частоты, потому что электроны в плазме не движутся произвольно быстро, что согласуется с объяснением Ксуртио. Частоты среза обычно находятся в оптической области. Для диэлектриков существуют аналогичные модели, которые часто представляют собой сумму лоренцевских резонансов. Их происхождение связано с резонансным поглощением, которое представляет собой квантовый физический эффект.

Мнимая часть диэлектрической проницаемости связана с проводимостью. Это можно увидеть следующим образом: закон Ампера

$\nabla \times \mathbf{H} = \mathbf{J} +i \omega \epsilon_r \epsilon_0 \mathbf E$

и подставить закон Ома в дифференциальной форме

$\mathbf{J} = \sigma \mathbf{E}$

тогда вы получите

$\nabla \times \mathbf{H} = i \omega (\epsilon_r \epsilon_0 -i \sigma/\omega) \mathbf E$

который имеет ту же форму, что и первоначальная форма закона Ампера, но без явного$\mathbf{J}$срок. В заключение закон Ома может быть интегрирован в уравнения Максвелла в свободном пространстве (без исходных членов), когда относительная диэлектрическая проницаемость$\epsilon_r$принимается как комплексное значение ($\widetilde\epsilon_r = \epsilon_r - i \sigma/(\omega \epsilon_0)$), где добавлена ​​мнимая часть, связанная с проводимостью. По сути, это моделирует эффект движущихся зарядов под действием колеблющегося поля (света).

Таким образом, соотношение между поляризацией ($\mathbf D = \widetilde{\epsilon}_r \epsilon_0 \mathbf E = \mathbf P + \epsilon_0 \mathbf E$) и проводимость$\sigma$дается как

$\mathbf{P} = \epsilon_0 (\epsilon_r - i \sigma/\omega - 1) \mathbf E$.

Поскольку действительная часть диэлектрической проницаемости зависит от частоты, то и проводимость тоже. Это происходит из-за отношений Крамерса-Кронига, которые следуют из отношения причинности.

Диэлектрик испытывает поляризацию в присутствии электрического поля. Величина поляризации будет представлять собой эффективное сопротивление (больше поляризации по отношению к полю = большее кажущееся сопротивление).

Но поляризация требует времени (это не мгновенно). Так что подумайте о задержке поляризации по сравнению с изменением электрического поля источника (т.е. "частоты"). Чем быстрее изменяется поле источника, тем меньше времени остается на поляризацию диэлектрика. Для очень медленных частот поляризация будет успевать за изменениями электрического поля.

Ну, я не решаюсь даже задаваться этим вопросом, потому что технические термины используются неправильно, создавая проблему.

Сопротивление и удельное сопротивление - это то, что вытекает из закона Ома.

А именно, для определенного класса материалов (в основном металлических проводников), если все остальные физические параметры остаются постоянными (это трудно сделать), отношение протекающего тока к приложенному напряжению остается постоянным.

Итак, закон Ома просто гласит: R ПОСТОЯННО.

И R тоже не зависит от частоты. при различных токах закон Ома применяется ко всем моментам времени, поэтому с переменным напряжением и током они ВСЕГДА совпадают по фазе.

Практическая проблема возникает в том, что когда у вас есть ток, протекающий в резистивной среде; скажем, в проводе создается магнитное поле, которое окружает ток, и это магнитное поле также находится внутри провода, и величина поля зависит от ЗАКРЫТОГО тока. Таким образом, центр провода имеет меньший ток, поэтому он генерирует меньшее магнитное поле.

Если ток меняется, то магнитное поле ограничено в своем движении или изменении скоростью распространения ЭМ волны (в).

В результате этой временной задержки проводник с током теперь проявляет эффект индуктивности, поэтому эквивалентная схема больше не является простым резистором с постоянным омическим сопротивлением; это последовательное соединение резистора с катушкой индуктивности; приблизительно 3 наногенри на сантиметр прямого провода.

Итак, теперь у вас есть сопротивление переменному току Z = R + j.2.pi.fL.

Итак, теперь ток будет меньше, и по мере увеличения частоты индуктивное сопротивление будет линейно увеличиваться с частотой, поэтому ток будет падать.

Сопротивление не изменилось ни на йоту; импеданс есть. В конце концов, вы получите ток в центре провода, идущий полностью назад по сравнению с внешними слоями. Этот обратный ток еще больше уменьшает ток для заданного напряжения, поэтому центр провода теперь больше доставляет неудобств, чем полезный проводник. Таким образом, вы можете также избавиться от него и использовать полую трубку.

В этом суть «скин-эффекта», он не имеет никакого отношения к сопротивлению или удельному сопротивлению проводника, которое остается полностью независимым от частоты. УВЕЛИЧИВАЕТСЯ импеданс переменного тока, а не СОПРОТИВЛЕНИЕ.

Если он зависит от частоты, это НЕ РЕЗИСТОР, соответствующий закону Ома; это сложная цепь переменного тока, включающая индуктивность, а также емкость, когда вы в нее входите.

Слова имеют значение, и когда ученые используют неправильные слова; особенно те, которые также имеют разговорные общие значения; это создает хаос для всех; например этот вопрос.

Зависящие от частоты диэлектрические свойства среды связаны с универсальным диэлектрическим откликом UDR. Тема, о которой стоит прочитать подробнее. В общем, перколяционная сеть многих систем приводит к частотно-зависимому импедансу в соответствии со степенной зависимостью . Происхождение UDR является предметом многочисленных дискуссий в научном сообществе, и его можно рассматривать как пример эмерджентного поведения. UDR в различных системах возникает из-за многочастичных взаимодействий и может быть представлен как эквивалентная сеть RC.