Apakah pemalar dielektrik

Setiap bahan atau badan yang mengelilingi kita mempunyai sifat elektrik tertentu. Ini disebabkan oleh struktur molekul dan atom: kehadiran zarah bercas dalam keadaan saling terikat atau bebas.

Apabila tiada medan elektrik luar bertindak ke atas bahan, zarah-zarah ini diedarkan sedemikian rupa sehingga ia mengimbangi antara satu sama lain dan tidak mewujudkan medan elektrik tambahan dalam keseluruhan jumlah isipadu. Dalam kes penggunaan luaran tenaga elektrik di dalam molekul dan atom, pengagihan semula cas berlaku, yang membawa kepada penciptaan medan elektrik dalamannya sendiri yang diarahkan terhadap medan luaran.

Jika vektor medan luaran yang digunakan dilambangkan sebagai «E0», dan satu dalaman «E '», maka jumlah medan «E» akan menjadi jumlah tenaga kedua-dua kuantiti ini.

Dalam elektrik, adalah kebiasaan untuk membahagikan bahan kepada:

• wayar;

• dielektrik.

Klasifikasi ini telah wujud untuk masa yang lama, walaupun ia agak sewenang-wenang, kerana banyak badan mempunyai sifat yang berbeza atau gabungan.

Konduktor

Pembawa yang mempunyai caj percuma digunakan sebagai konduktor.Selalunya, logam bertindak sebagai konduktor, kerana elektron bebas sentiasa ada dalam strukturnya, yang dapat bergerak sepanjang isipadu bahan dan pada masa yang sama adalah peserta dalam proses terma.

Apabila konduktor diasingkan daripada tindakan medan elektrik luaran, maka keseimbangan cas positif dan negatif tercipta di dalamnya daripada kekisi ion dan elektron bebas. Keseimbangan ini segera musnah apabila konduktor dalam medan elektrik — disebabkan tenaga di mana pengagihan semula zarah bercas bermula dan cas tidak seimbang dengan nilai positif dan negatif muncul di permukaan luar.

Fenomena ini biasanya dipanggil induksi elektrostatik... Caj yang dikenakan pada permukaan logam dipanggil caj aruhan.

Caj induktif yang terbentuk dalam konduktor membentuk medan diri E ', yang mengimbangi kesan E0 luaran di dalam konduktor. Oleh itu, nilai jumlah, jumlah medan elektrostatik dikompensasikan dan sama dengan 0. Dalam kes ini, potensi semua titik di dalam dan di luar adalah sama.

Kesimpulan yang diperolehi menunjukkan bahawa di dalam konduktor, walaupun dengan medan luaran yang disambungkan, tidak ada perbezaan potensi dan tiada medan elektrostatik. Fakta ini digunakan dalam perisai — penggunaan kaedah perlindungan elektrostatik orang dan peralatan elektrik yang sensitif kepada medan teraruh, terutamanya alat pengukur ketepatan dan teknologi mikropemproses.

Pakaian dan kasut berperisai yang diperbuat daripada fabrik dengan benang konduktif, termasuk topi, digunakan dalam elektrik untuk melindungi kakitangan yang bekerja dalam keadaan peningkatan voltan yang dihasilkan oleh peralatan voltan tinggi.

Dielektrik

Ini adalah nama bahan yang mempunyai sifat penebat. Ia hanya mengandungi yuran yang saling berkaitan, bukan hadiah percuma. Kesemuanya mempunyai zarah positif dan negatif yang terikat dalam atom neutral, kehilangan kebebasan bergerak. Mereka diedarkan di dalam dielektrik dan tidak bergerak di bawah tindakan medan luaran yang digunakan E0.

Walau bagaimanapun, tenaganya masih menyebabkan perubahan tertentu dalam struktur bahan — di dalam atom dan molekul, nisbah zarah positif dan negatif berubah, dan pada permukaan bahan, cas berkaitan yang berlebihan dan tidak seimbang muncul, membentuk medan elektrik dalaman E '. Ia diarahkan terhadap ketegangan yang dikenakan dari luar.

Fenomena ini dipanggil polarisasi dielektrik... Ia dicirikan oleh fakta bahawa medan elektrik E muncul di dalam bahan, dibentuk oleh tindakan tenaga luar E0, tetapi dilemahkan oleh pembangkang E dalaman '.

Jenis polarisasi

Ia terdiri daripada dua jenis di dalam dielektrik:

1. orientasi;

2. elektronik.

Jenis pertama mempunyai nama tambahan polarisasi dipol. Ia wujud dalam dielektrik dengan pusat beralih pada cas negatif dan positif, yang membentuk molekul dipol mikroskopik - set neutral dua cas. Ini adalah ciri air, nitrogen dioksida, hidrogen sulfida.

Tanpa tindakan medan elektrik luaran, dipol molekul bahan tersebut berorientasikan dengan cara yang huru-hara di bawah pengaruh proses pada suhu operasi. Pada masa yang sama, tiada cas elektrik pada mana-mana titik isipadu dalam dan pada permukaan luar dielektrik.

Gambar ini berubah di bawah pengaruh tenaga yang digunakan secara luaran, apabila dipol berubah sedikit orientasinya dan kawasan cas terikat makroskopik yang tidak terkompensasi muncul di permukaan, membentuk medan E' dengan arah yang bertentangan dengan E0 yang digunakan.

Dengan polarisasi sedemikian, suhu mempunyai pengaruh yang besar pada proses, menyebabkan gerakan haba dan mewujudkan faktor yang mengelirukan.

Polarisasi elektronik, mekanisme elastik

Ia menunjukkan dirinya dalam dielektrik bukan kutub - bahan dari jenis yang berbeza dengan molekul tanpa momen dipol, yang, di bawah pengaruh medan luaran, berubah bentuk supaya cas positif berorientasikan ke arah vektor E0, dan cas negatif berorientasikan ke arah yang bertentangan.

Akibatnya, setiap molekul bertindak sebagai dipol elektrik yang berorientasikan sepanjang paksi medan yang digunakan. Dengan cara ini, mereka mencipta medan E mereka di permukaan luar dengan arah yang bertentangan.

Dalam bahan sedemikian, ubah bentuk molekul dan oleh itu polarisasi akibat tindakan medan luar tidak bergantung pada pergerakan mereka di bawah pengaruh suhu. Metana CH4 boleh disebut sebagai contoh dielektrik bukan kutub.

Nilai berangka medan dalaman kedua-dua jenis dielektrik mula-mula berubah dalam magnitud dalam perkadaran langsung dengan peningkatan medan luaran, dan kemudian, apabila ketepuan dicapai, kesan tak linear muncul. Ia timbul apabila semua dipol molekul disusun mengikut garisan daya dielektrik kutub atau perubahan telah berlaku dalam struktur bahan bukan kutub, disebabkan oleh ubah bentuk kuat atom dan molekul oleh tenaga besar yang digunakan dari luar.

Dalam amalan, kes sedemikian jarang berlaku - biasanya kegagalan atau kegagalan penebat berlaku lebih awal.

Pemalar dielektrik

Antara bahan penebat, peranan penting dimainkan oleh ciri elektrik dan penunjuk seperti pemalar dielektrik... Ia boleh diukur dengan dua ciri berbeza:

1. nilai mutlak;

2. nilai relatif.

Istilah bahan pemalar dielektrik mutlak εa digunakan apabila merujuk kepada tatatanda matematik hukum Coulomb. Ia, dalam bentuk pekali εα, menghubungkan vektor aruhan D dan intensiti E.

Mari kita ingat bahawa ahli fizik Perancis Charles de Coulomb, menggunakan neraca kilasannya sendiri, menyiasat undang-undang kuasa elektrik dan magnet antara jasad bercas kecil.

Penentuan kebolehtelapan relatif medium digunakan untuk mencirikan sifat penebat bahan. Ia menganggarkan nisbah daya interaksi antara dua cas titik di bawah dua keadaan berbeza: dalam vakum dan dalam persekitaran kerja. Dalam kes ini, indeks vakum diambil sebagai 1 (εv = 1), manakala untuk bahan sebenar ia sentiasa lebih tinggi, εr> 1.

Ungkapan berangka εr ditunjukkan sebagai kuantiti tanpa dimensi yang dijelaskan oleh kesan polarisasi dalam dielektrik dan digunakan untuk menilai ciri-cirinya.

Nilai pemalar dielektrik media individu (pada suhu bilik)

Bahan ε Bahan ε Garam segnet 6000 Berlian 5.7 Rutil (pada paksi optik) 170 Air 81 Polietilena 2.3 Etanol 26.8 Silikon 12.0 Mika 6 Bikar kaca 5-16 Karbon dioksida 1.00099 NaCl 5.26 mmH2 Aqueous g) 1.00057