Проницаемость относительная в чем измеряется

Относительная диэлектрическая проницаемость

Относи́тельная диэлектри́ческая проница́емость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды). Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности). Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8 (для статического поля). Диэлектрическая постоянная воды в статическом поле достаточно высока — около 80. Велики её значения для веществ с молекулами, обладающими большим электрическим диполем. Относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков составляет десятки и сотни тысяч.

Содержание

Измерение

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества ε_r может быть определена путем сравнения ёмкости тестового конденсатора с данным диэлектриком (C_x) и ёмкости того же конденсатора в вакууме (C_o):

Практическое применение

Диэлектрическая проницаемость диэлектриков является одним из основных параметров при разработке электрических конденсаторов. Использование материалов с высокой диэлектрической проницаемостью позволяют существенно снизить физические размеры конденсаторов.

Ёмкость конденсаторов определяется:

где ε_r — диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками, ε_о — электрическая постоянная, S — площадь обкладок конденсатора, d — расстояние между обкладками.

Параметр диэлектрической проницаемости учитывается при разработке печатных плат. Значение диэлектрической проницаемости вещества между слоями в сочетании с его толщиной влияет на величину естественной статической ёмкости слоев питания, а также существенно влияет на волновое сопротивление проводников на плате.

Зависимость от частоты

Следует отметить, что диэлектрическая проницаемость в значительной степени зависит от частоты электромагнитного поля. Это следует всегда учитывать, поскольку таблицы справочников обычно содержат данные для статического поля или малых частот вплоть до нескольких единиц кГц без указания данного факта. В то же время существуют и оптические методы получения относительной диэлектрической проницаемости по коэффициенту преломления при помощи эллипсометров и рефрактометров. Полученное оптическим методом (частота 10 14 Гц) значение будет значительно отличаться от данных в таблицах.

Рассмотрим, например, случай воды. В случае статического поля (частота равна нулю), относительная диэлектрическая проницаемость при нормальных условиях приблизительно равна 80. Это имеет место вплоть до инфракрасных частот. Начиная примерно с 2 ГГц ε_r начинает падать. В оптическом диапазоне ε_r составляет приблизительно 1,8. Это вполне соответствует факту, что в оптическом диапазоне показатель преломления воды равен 1,33. [1] В узком диапазоне частот, называемом оптическим, диэлектрическое поглощение падает до нуля, что собственно и обеспечивает человеку механизм зрения [источник не указан 665 дней] в земной атмосфере, насыщенной водяным паром. С дальнейшим ростом частоты свойства среды вновь меняются. О поведении относительной диэлектрической проницаемости воды в диапазоне частот от 0 до 10 12 (инфракрасная область) можно прочитать на [1] (англ.)

Источник

Лекция 1.3.2. диэлектрическая проницаемость

Введение[править]

В диэлектрической среде показана ориентация заряженных частиц при создании поляризационных эффектов. Такая среда может иметь более высокий коэффициент электрического потока для зарядки (диэлектрической проницаемости), чем пустое место

где ε_r — относительная диэлектрическая проницаемость материала en:Relative_permittivity, и ε = 8.8541878176.. × 10-12 F/m — диэлектрическая проницаемость вакуума en:Vacuum_permittivity.

Фарадправить

Фара́д (обозначение: Ф, F) — единица измерения электрической ёмкости в системе СИ (система единиц) (ранее называлась фара́да).

1 фарад равен электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 вольт.

Единица названа в честь английского физика Майкла Фарадея

Эффект поляризации диэлектрика и проницаемость

Под воздействием электрического поля в диэлектрике имеет место поляризация — явление, связанное с ограниченным смещением зарядов или поворотом электрических диполей. Данное явление характеризует вектор электрической поляризации P <\displaystyle \mathbf

>, равный дипольному моменту единицы объёма диэлектрика. В отсутствие внешнего поля диполи ориентированы хаотично (см. верхний рис.), за исключением особых случаев спонтанной поляризации в сегнетоэлектриках. При наличии поля диполи в большей или меньшей степени поворачиваются (нижний рис.), в зависимости от восприимчивости χ(ω) <\displaystyle \chi (\omega )>конкретного материала, а восприимчивость, в свою очередь, определяет проницаемость ε(ω)<\displaystyle \varepsilon (\omega )>. Помимо дипольно-ориентационного, имеются и поляризации. Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объёме, однако она сопровождается появлением связанных электрических зарядов на поверхности диэлектрика и в местах неоднородностей. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле, как правило, направленное против внешнего наложенного поля. В итоге тот факт, что εa≠ε<\displaystyle \varepsilon _\neq \varepsilon _<0>>, является следствием электрической поляризации материалов.

Роль диэлектрической проницаемости среды в физике

Относительная диэлектрическая проницаемость ε <\displaystyle \varepsilon >среды, наряду с её относительной магнитной проницаемостью μ <\displaystyle \mu >и удельной электропроводностью σ<\displaystyle \sigma >, влияет на распределение напряжённости электромагнитного поля в пространстве и используется при описании среды в системе уравнений Максвелла. Среду со значениями μ=1 <\displaystyle \mu =1>и σ= <\displaystyle \sigma=0> называют идеальным диэлектриком (диэлектриком без поглощения, диэлектриком без потерь), для неё ε <\displaystyle \varepsilon >определяет такие вторичные параметры, как коэффициент преломления среды, скорость распространения, фазовую скорость и коэффициент укорочения длины электромагнитной волны в среде, волновое сопротивление среды. Относительная диэлектрическая проницаемость реальных диэлектриков (диэлектриков с потерями, диэлектриков с поглощением, для которых σ><\displaystyle \sigma >0>) также влияет на значение тангенса угла диэлектрических потерь и погонное затухание электромагнитной волны в среде. Относительная диэлектрическая проницаемость среды влияет на электрическую ёмкость расположенных в ней проводников: увеличение ε <\displaystyle \varepsilon >приводит к увеличению ёмкости. При изменении ε <\displaystyle \varepsilon >в пространстве (то есть если ε <\displaystyle \varepsilon >зависит от координат) говорят о неоднородной среде, зависимость ε <\displaystyle \varepsilon >от частоты электромагнитных колебаний — одна из возможных причин дисперсии электромагнитных волн, зависимость ε <\displaystyle \varepsilon >от напряженности электрического поля — одна из возможных причин нелинейности среды. Если среда является анизотропной, то в материальном уравнении ε <\displaystyle \varepsilon >будет не скаляром, а тензором. При использовании метода комплексных амплитуд в решении системы уравнений Максвелла и наличии потерь в среде (σ><\displaystyle \sigma >0>) оперируют комплексной диэлектрической проницаемостью.

Таким образом, ε <\displaystyle \varepsilon >является одним из важнейших «электромагнитных параметров» соответствующей среды.

Численное значение

В Международной системе единиц

До изменения СИ 2018—2019 годов

Поскольку в СИ для магнитной постоянной было справедливо точное равенство μ=4π × 10−7 <\displaystyle \mu _<0>=4\pi \ \times \ 10^<-7>\ >Гн/м, то для электрической постоянной выполнялось соотношение

также являвшееся точным.

Учитывая, что скорости света в СИ приписано точное значение, по определению равное 299 792 458 м/с, из последнего соотношения следует численное значение ε<\displaystyle \varepsilon _<0>> в СИ:

Или, выражая то же через основные единицы СИ,

ε ≈ 8,85418781762039 · 10−12 м−3·кг−1·с4·А2.

После изменений СИ 2018—2019 годов

С 2019 года вступили в силу изменения в СИ, включающие, в частности, переопределение ампера на основе фиксации численного значения элементарного заряда. Это привело к тому, что значение электрической постоянной стало экспериментально определяемой величиной, хотя численно её значение осталось прежним с высокой точностью. Значение электрической постоянной, рекомендованное CODATA:

В системе СГС электрическая постоянная как коэффициент, связывающий напряжённость и индукцию электрического поля в вакууме, также может быть введена. При этом в различных вариантах системы СГС электрическая постоянная имеет разную размерность и значение. Конкретно, Гауссова система единиц и система СГСЭ построены так, что электрическая постоянная безразмерна и равна 1, а в системе СГСМ она равна ε = 1/c2 ≈ 1,11265005605362 · 10−21 с2·см−2.

Источник

Проницаемость горных пород – формула расчета

Проницаемость – фильтрационное-емкостное свойство горной породы, характеризующее ее способность пропускать флюиды (нефть, газ и воду) при наличии градиента давления.

Проницаемость выводится из линейного закона фильтрации (линейный закон Дарси, открыт в 1856 г.):

Линейный закон Дарси

Q – объемный расход флюида (м 3 /с)

F – площадь фильтрации (м 2 )

μ – динамическая вязкость флюида (Па·с)

L– длина изучаемого образца (м)

Коэффициент пропорциональности k в уравнении Анри Дарси и есть проницаемость пористой среды.

Формула расчета абсолютной проницаемости:

Единица проницаемости в системе СИ – квадратный метр (м²). На практике наиболее удобно использовать единицу дарси (darcy) (1 Д ≈ 10-12 м²). С физической точки зрения, проницаемость характеризует площадь сечения каналов в пористой среде, обеспечивающих фильтрацию при заданном давлении.

Тем не менее многие породы (например, глины, сланцы и т.д.) в результате незначительности размеров сообщающегося между собой порового пространства и низких давлениях фильтрации, оказываются практически непроницаемыми для флюидов.

Для большинства пород нефтяных и газовых пластов проницаемость изменяется от нескольких миллидарси до нескольких сотен милидарси, причем ннизкопроницаемыми пластами считаются пласты с проницаемостью 0 – 100 мД, среднепроницаемыми – 100 – 500 мД и высокопроницаемыми – пласты с проницаемостью более 500 мД.

При проведении экспериментов по замеру проницаемости также следует учитывать анизотропию проницаемости:

Типы проницаемости

По типам проницаемости можно определять:

Абсолютная проницаемость

Абсолютная проницаемость горной породы – это проницаемость, измеренная при фильтрации одной фазы (флюида) через исследуемый образец. Причем данная фаза должна быть инертна к пористой среде. Данный тип проницаемости является характеристикой физических свойств самой породы и зависит от размера и структуры поровых каналов.

Как правило, данный тип проницаемости определяется по при фильтрации газа (азота) через образец породы с вводом поправок Клинкенберга, а эксперимент проводится на полностью проэкстрагированном и очищенном образце.

Важно понимать, что в реальности пласты коллекторы содержат не только нефть и газ, но также некоторое количество остаточной воды, которая всегда присутствует в породах коллекторах до начала миграции в них нефти из нефтематеринских пород.

При движении нескольких не смешивающихся между собой флюидов, проницаемость для каждого из флюидов будет меньше значения абсолютной проницаемости.

Фазовая (эффективная) проницаемость

Фазовая (эффективная) проницаемость – проницаемость образца для отдельно взятого флюида при наличии в ней как минимум одного другого флюида (фазы). Она зависит от насыщения породы тем или иным флюидом (количественного содержания флюида), а также от физико-химических свойств этих флюидов и возникающих капиллярных сил.

Относительная фазовая проницаемость

Относительная фазовая проницаемость (ОФП) – отношение эффективной проницаемости к абсолютной для того же образца.

Понятие ОФП было введено для нормализации значений фазовой проницаемости по значению абсолютной проницаемости для того же образца.

Немаловажный момент – как при малых так и при больших скоростях фильтрации закон Дарси перестает быть линейным.

В случае малых скоростей, проявляются неньютоновские свойства фильтрующихся жидкостей, а также другие физико-химические эффекты (действие межфазных и межмолекулярных сил). Для учета возникающих эффектов вводится поправка Клинкенберга.

В случае больших скоростей фильтрации, силы инерции фильтрующихся жидкостей становятся соизмеримыми с силами трения. Для учета данных эффектов используется закон Форхгеймера.

При проведении эксперимента по определению проницаемости также зачастую проводится и измерение пористости образцов.

С этой статьей также читают:

Неправильность форм песчаных зерен и частиц карбонатного материала не позволяет обеспечивать их идеальное прилегание друг…

Отбор шлама разбуриваемых пород целесообразно проводить либо вместо отбора керна – при бескерновом бурении, либо…

При проведении гидроразрыва пласта (ГРП) применяются различные по своим физическим свойствам жидкости, материалы и добавки.…

Источник

Проницаемость

Содержание

Абсолютная проницаемость

Проницаемость образца керна, насыщенного одним флюидом (водой или нефтью), инертным по отношению к породе, зависит целиком и полностью от свойств породы, а не от насыщающего флюида.

Проницаемость по воздуху

Эффективная (фазовая) проницаемость

Проницаемость породы для отдельно взятого флюида (K_o, K_w), при числе присутствующих в породе фаз, большим единицы. Эффективная проницаемость зависит от флюидонасыщения (степени насыщенности флюидов и их ).

Относительная проницаемость

Отношение эффективной проницаемости (K_o, K_w) к эффективной проницаемости по нефти, замеренной в породе, насыщенной только связанной водой (K_oSwir).
K_ro = K_o / K_oSwir
K_rw = K_w / K_oSwir

Источники данных о проницаемости

Лабораторные методы определения проницаемости

Проницаемость породы определяется при фильтрации флюидов через керн. Для оценки пользуются линейным законом фильтрации Дарси, по которому скорость фильтрации флюида в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна вязкости:
V = Q / F = K × ΔP / μ × L
K = Q × μ × L / ΔP × F, где

Полезное

Смотреть что такое «Проницаемость» в других словарях:

Проницаемость — Свойство (способность) грунта пропускать жидкость или газ под действием перепада давления или напора Источник: ГОСТ 23278 78: Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости оригинал документа 26 … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ПРОНИЦАЕМОСТЬ — • ПРОНИЦАЕМОСТЬ (обозначение m), в физике отношение плотности МАГНИТНОГО ПОТОКА в теле ко внешнему МАГНИТНОМУ ПОЛЮ, порождающему этот поток. Магнитная проницаемость вакуумного пространства называется магнитной постоянной (обозначается m0) и равна … Научно-технический энциклопедический словарь

Проницаемость — горных пород (a. permeability of rocks; н. Gesteinspermeabilitat; ф. permeabilite des roches; и. penetrabilidad de rocas, permeabilidad de rocas) способность горн. пород пропускать через себя жидкости и газы при гидростатич. давлениях;… … Геологическая энциклопедия

ПРОНИЦАЕМОСТЬ — ПРОНИЦАЕМОСТЬ, способность перегородки или мембраны пропускать растворенные вещества. Если мембрана, пропуская одни вещества, задерживает другие, она называется полупроницаемой. Обычно полупроницаемые мембраны пропускают растворитель (напр. воду) … Большая медицинская энциклопедия

ПРОНИЦАЕМОСТЬ — ПРОНИЦАЕМОСТЬ, проницаемости, мн. нет, жен. (книжн.). отвлеч. сущ. к проницаемый. Магнитная проницаемость. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

проницаемость — светопроницаемость, негерметичность, пропускаемость Словарь русских синонимов. проницаемость сущ., кол во синонимов: 4 • негерметичность (2) • … Словарь синонимов

проницаемость — ПРОНИ АЕМЫЙ, ая, ое; аем. Пропускающий сквозь себя что н. П. для света. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

проницаемость — Способность пористой среды, пропускать однофазную жидкость или газ, зависящая от количества, размеров и конфигураций поровых каналов. [ГОСТ 16887 71] Тематики фильтрование, центрифугирование, сепарирование … Справочник технического переводчика

проницаемость — Способность горных пород или почв пропускать воду или воздух … Словарь по географии

Проницаемость — Permeability Проницаемость. (1) Показатель диффузии (или коэффициент проникновения) газа, пара, жидкости или твердого вещества через материал (часто пористый) без физического или химического воздействия на него; мера потока жидкости или газа… … Словарь металлургических терминов

Источник

Geolib.net

Справочник по геологии

Проницаемость пород

Проницаемость – это свойство пористой среды пропускать через себя жидкость при перепаде давления. Проницаемость подчиняется закону Дарси, согласно которому, скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости жидкости:

где V – скорость фильтрации, м/с;

Q – объемный расход жидкости через образец в единицу времени, м/с;

F – площадь сечения образца, м 2 ;

∆ P — перепад давления на противоположных торцах испытуемого образца, Па;

∆ L — длина образца, м;

µ — абсолютная вязкость жидкости, Пахс;

Решая уравнение относительно коэффициента проницаемости, получаем:

Единица проницаемости (м 2 ) соответствует расходу за 1 секунду 1м 3 жидкости вязкостью в 1 Па × с в образце с поперечным сечением 1м 2 и длиною в 1м при перепаде давления в 1 Па. Физический смысл размерности коэффициента проницаемости заключается в том, что проницаемость характеризует площадь сечения пустотного пространства в образце, по которому происходит фильтрация.

Проницаемость бывает абсолютной, фазовой и относительной.

Относительная проницаемость – это отношение фазовой проницаемости к абсолютной (однофазовой) проницаемости. Относительная проницаемость измеряется в долях единицы. Кривые относительной проницаемости нефти и воды ведут себя закономерно: с возрастанием обводненности залежи относительная проницаемость для воды возрастает, а проницаемость для нефти падает почти до нуля (рисунок 1).

Не каждая пористая среда является коллектором. Типичным примером являются глины, имеющие высокую пористость, но очень низкую, близкую к нулю, проницаемость (флюидоупор). Это связано с тем, что пористость в глинах является субкапиллярной. В некоторых случаях роль коллектора могут играть трещиноватые сланцы, аргиллиты, выветренные изверженные и метаморфические породы (например, черные аргиллиты баженовской свиты юры в Западной Сибири, дебиты нефти на Салымском месторождении достигают 800 т/сут.).

Рисунок 1 – Закономерность изменения относительной проницаемости системы нефть – вода

Проницаемость по напластованию пород, как правило, выше проницаемости перпендикулярной напластованию. По характеру распространения, литологической выдержанности пластов, толщине и коллекторским свойствам выделяются региональные, зональные и локальные пласты – коллекторы.

Региональные коллектора широко развиты в пределах огромных регионов или даже провинций (например, продуктивная толща Апшеронского полуострова).

Зональные — охватывают зоны нефтегазонакопления или части области.

Локальные – в пределах локальной структуры или группы смежных месторождений.

По величине проницаемости коллекторы условно делятся на 5 классов:

Промышленную ценность представляют коллекторы, относящиеся к первым трем классам.

Соотношение единиц измерения проницаемости следующее:

В устаревших учебниках использовалась единица измерения – дарси.

Источник