Logam dan Dielektrik—Apakah Perbezaannya?

logam

Elektron valens logam terikat lemah kepada atomnya. Apabila atom logam yang terkondensasi daripada wap logam membentuk logam cecair atau pepejal, elektron luar tidak lagi terikat kepada atom individu dan boleh bergerak bebas di dalam badan.

Elektron ini bertanggungjawab untuk kekonduksian ketara logam yang terkenal dan ia dipanggil elektron pengaliran.

Atom logam yang dilucutkan elektron valensnya, iaitu ion positif, membentuk kekisi kristal.

Dalam kekisi kristal, ion melakukan ayunan huru-hara di sekitar superposisi keseimbangan mereka, yang dipanggil tapak kekisi. Getaran ini mewakili gerakan terma kekisi dan meningkat dengan peningkatan suhu.

Elektron pengaliran jika tiada medan elektrik dalam logam bergerak secara rawak pada kelajuan urutan beribu-ribu kilometer sesaat.

Apabila voltan dikenakan pada wayar logam, elektron pengaliran, tanpa melemahkan gerakan huru-hara mereka, dibawa pergi secara agak perlahan oleh medan elektrik di sepanjang wayar.

Dengan sisihan ini, semua elektron memperoleh, sebagai tambahan kepada kelajuan huru-hara, kelajuan kecil pergerakan tertib (daripada susunan, sebagai contoh, milimeter sesaat). Pergerakan k yang tertib lemah ini menyebabkan arus elektrik dalam wayar.

Dielektrik

Keadaannya berbeza sama sekali dengan bahan lain yang mempunyai nama itu penebat (dalam bahasa fizik - dielektrik). Dalam dielektrik, atom bergetar tentang keseimbangan dengan cara yang sama seperti dalam logam, tetapi ia mempunyai pelengkap penuh elektron.

Elektron luar atom dielektrik terikat kuat pada atomnya dan tidak begitu mudah untuk memisahkannya. Untuk melakukan ini, anda perlu meningkatkan suhu dielektrik dengan ketara atau tertakluk kepada beberapa jenis sinaran sengit yang boleh menanggalkan elektron daripada atom. Dalam keadaan biasa, tiada elektron pengaliran dalam dielektrik dan dielektrik tidak membawa arus.

Kebanyakan dielektrik bukan atom tetapi kristal atau cecair molekul. Ini bermakna tapak kekisi bukanlah atom, tetapi molekul.

Banyak molekul terdiri daripada dua kumpulan atom atau hanya dua atom, satu daripadanya positif secara elektrik dan satu lagi negatif (ini dipanggil molekul polar). Sebagai contoh, dalam molekul air, kedua-dua atom hidrogen adalah bahagian positif, dan atom oksigen, di mana elektron atom hidrogen berputar pada kebanyakan masa, adalah negatif.

Dua cas yang sama magnitud tetapi bertentangan dalam tanda yang terletak pada jarak yang sangat kecil antara satu sama lain dipanggil dipol. Molekul polar adalah contoh dipol.

Jika molekul tidak terdiri daripada ion bercas bertentangan (atom bercas), iaitu, ia tidak polar dan tidak mewakili dipol, maka ia menjadi dipol di bawah tindakan medan elektrik.

Medan elektrik menarik cas positif, yang termasuk dalam komposisi molekul (contohnya, nukleus), ke satu arah, dan cas negatif di yang lain dan, menolaknya, mencipta dipol.

Dipol sedemikian dipanggil elastik-medan meregangkannya seperti mata air. Kelakuan dielektrik dengan molekul bukan kutub berbeza sedikit daripada kelakuan dielektrik dengan molekul kutub, dan kita akan menganggap bahawa molekul dielektrik adalah dipol.

Jika sekeping dielektrik diletakkan dalam medan elektrik, iaitu, jasad bercas elektrik dibawa ke dielektrik, yang mempunyai, sebagai contoh, gear positif, ion negatif molekul dipol akan tertarik kepada cas ini, dan ion positif akan ditolak. Oleh itu, molekul dipol akan berputar. Putaran ini dipanggil orientasi.

Orientasi tidak mewakili putaran lengkap semua molekul dielektrik. Molekul yang diambil secara rawak pada masa tertentu mungkin akan menghadap medan, dan hanya purata bilangan molekul yang mempunyai orientasi lemah ke medan (iaitu, lebih banyak molekul menghadap medan daripada arah yang bertentangan).

Orientasi dihalang oleh gerakan terma—getaran huru-hara molekul di sekitar kedudukan keseimbangannya. Semakin rendah suhu, semakin kuat orientasi molekul yang disebabkan oleh medan tertentu. Sebaliknya, pada suhu tertentu orientasi secara semula jadi adalah lebih kuat medan.

Polarisasi dielektrik

Hasil daripada orientasi molekul dielektrik pada permukaan yang menghadap cas positif, hujung negatif molekul dipol muncul, dan yang positif pada permukaan bertentangan.

Pada permukaan dielektrik, cas elektrik… Caj ini dipanggil caj polarisasi dan kejadiannya dipanggil proses polarisasi dielektrik.

Seperti berikut dari di atas, polarisasi, bergantung pada jenis dielektrik, boleh menjadi orientasi (molekul dipol siap pakai berorientasikan) dan ubah bentuk atau polarisasi anjakan elektronik (molekul dalam medan elektrik berubah bentuk, menjadi dipol).

Persoalan mungkin timbul mengapa cas polarisasi hanya terbentuk pada permukaan dielektrik dan bukan di dalamnya? Ini dijelaskan oleh fakta bahawa di dalam dielektrik hujung positif dan negatif molekul dipol hanya dibatalkan. Pampasan akan tiada hanya pada permukaan dielektrik atau pada antara muka antara dua dielektrik, serta dalam dielektrik yang tidak homogen.

Jika dielektrik terkutub, ia tidak bermakna ia dicas, iaitu, ia mempunyai jumlah cas elektrik. Dengan polarisasi, jumlah cas dielektrik tidak berubah. Walau bagaimanapun, caj boleh diberikan kepada dielektrik dengan memindahkan sejumlah elektron kepadanya dari luar atau mengambil sejumlah elektronnya sendiri. Dalam kes pertama, dielektrik akan bercas negatif, dan dalam kes kedua - bercas positif.

Elektrifikasi sedemikian boleh dihasilkan, contohnya, oleh secara geseran… Jika anda menggosok batang kaca pada sutera, maka batang dan sutera akan dicas dengan caj yang bertentangan (kaca - positif, sutera - negatif).Dalam kes ini, bilangan elektron tertentu akan dipilih daripada rod kaca (sebahagian kecil daripada jumlah elektron kepunyaan semua atom rod kaca).

Jadi, dalam logam dan konduktor lain (cth. elektrolit) cas boleh bergerak bebas di dalam badan. Dielektrik, sebaliknya, tidak mengalir, dan di dalamnya cas tidak boleh menggerakkan jarak makroskopik (iaitu, besar berbanding saiz atom dan molekul). Dalam medan elektrik, dielektrik hanya terkutub.

Polarisasi dielektrik pada kekuatan medan yang tidak melebihi nilai tertentu untuk bahan tertentu adalah berkadar dengan kekuatan medan.

Apabila voltan meningkat, walau bagaimanapun, daya dalaman yang mengikat zarah asas dengan tanda yang berbeza dalam molekul menjadi tidak mencukupi untuk menahan zarah tersebut dalam molekul. Kemudian elektron dikeluarkan daripada molekul, molekul terion dan dielektrik kehilangan sifat penebatnya - kerosakan dielektrik berlaku.

Nilai kekuatan medan elektrik di mana pecahan dielektrik bermula dipanggil kecerunan pecahan, atau kekuatan dielektrik.