Mi a dielektromos állandó

Minden minket körülvevő anyag vagy test rendelkezik bizonyos elektromos tulajdonságokkal. Ennek oka a molekuláris és atomi szerkezet: a töltött részecskék kölcsönösen kötött vagy szabad állapotban.

Ha az anyagra nem hat külső elektromos tér, ezek a részecskék úgy oszlanak el, hogy kiegyenlítik egymást, és nem hoznak létre további elektromos mezőt a teljes térfogatban. A molekulákon és atomokon belüli elektromos energia külső alkalmazása esetén a töltések újraeloszlása ​​következik be, ami saját belső elektromos mező létrehozásához vezet, amely a külső ellen irányul.

Ha az alkalmazott külső mező vektorát «E0»-nak, a belsőt «E»-nek jelöljük, akkor az «E» teljes mező e két mennyiség energiájának összege lesz.

Az elektromosságban az anyagokat a következőkre szokás felosztani:

• vezetékek;

• dielektrikumok.

Ez a besorolás régóta létezik, bár meglehetősen önkényes, mivel sok test különböző vagy kombinált tulajdonságokkal rendelkezik.

Karmesterek

Vezetékként azokat a szolgáltatókat használják, amelyeknek ingyenes a díja.Leggyakrabban a fémek vezetőként működnek, mivel szerkezetükben mindig jelen vannak a szabad elektronok, amelyek képesek mozogni az anyag teljes térfogatában, és ugyanakkor részt vesznek a termikus folyamatokban.

Ha egy vezetőt elszigetelünk a külső elektromos mezők hatásától, akkor ionrácsokból és szabad elektronokból pozitív és negatív töltések egyensúlya jön létre. Ez az egyensúly azonnal megsemmisül, ha egy vezető elektromos térben - annak az energiának köszönhetően, amelynél a töltött részecskék újraeloszlása ​​megkezdődik, és a külső felületen pozitív és negatív értékű kiegyensúlyozatlan töltések jelennek meg.

Ezt a jelenséget elektrosztatikus indukciónak szokták nevezni... Az általa a fémek felületén felvett töltéseket indukciós töltéseknek nevezzük.

A vezetőben képződő induktív töltések E ' önteret alkotnak, amely kompenzálja a külső E0 hatását a vezető belsejében. Ezért a teljes, teljes elektrosztatikus tér értéke kompenzálva van, és egyenlő 0-val. Ebben az esetben az összes pont potenciálja belül és kívül azonos.

A kapott következtetés azt mutatja, hogy a vezető belsejében még külső tér csatlakoztatása esetén sincs potenciálkülönbség és nincs elektrosztatikus mező. Ezt a tényt az árnyékolásban alkalmazzák - az indukált mezőkre érzékeny emberek és elektromos berendezések elektrosztatikus védelmére szolgáló módszer alkalmazása, különösen a precíziós mérőműszerek és a mikroprocesszoros technológia.

A vezető szálú szövetekből készült, árnyékolt ruházatot és lábbelit, beleértve a kalapokat is, az elektromosságban használják a nagyfeszültségű berendezések által megnövekedett feszültség mellett dolgozó személyzet védelmére.

Dielektrikumok

Ez a szigetelő tulajdonságokkal rendelkező anyagok neve. Csak összekapcsolt díjakat tartalmaznak, ingyenes jutalmakat nem. Mindegyikben vannak pozitív és negatív részecskék, amelyek egy semleges atomban vannak megkötve, megfosztva a mozgás szabadságától. A dielektrikumon belül vannak elosztva, és nem mozdulnak el az alkalmazott E0 külső tér hatására.

Energiája azonban továbbra is okoz bizonyos változásokat az anyag szerkezetében - az atomok és molekulák belsejében megváltozik a pozitív és negatív részecskék aránya, és az anyag felületén túlzott, kiegyensúlyozatlan kapcsolódó töltések jelennek meg, amelyek belső elektromos mezőt képeznek. E '. A kívülről fellépő feszültség ellen irányul.

Ezt a jelenséget dielektromos polarizációnak nevezik... Jellemzője, hogy az anyag belsejében E elektromos tér jelenik meg, amely az E0 külső energia hatására alakul ki, de a belső E ' ellentétével gyengül.

A polarizáció típusai

A dielektrikumok belsejében kétféle típus létezik:

1. tájékozódás;

2. elektronikus.

Az első típusnak a dipólus polarizáció további neve van. A negatív és pozitív töltéseknél eltolt középpontú dielektrikumok velejárója, amelyek mikroszkopikus dipólusok molekuláit alkotják - két töltés semleges halmazát. Ez jellemző a vízre, a nitrogén-dioxidra, a hidrogén-szulfidra.

Külső elektromos tér hatása nélkül az ilyen anyagok molekuláris dipólusai kaotikus módon orientálódnak az üzemi hőmérsékleten zajló folyamatok hatására. Ugyanakkor nincs elektromos töltés a belső térfogat egyetlen pontján és a dielektrikum külső felületén sem.

Ez a kép megváltozik a külsőleg alkalmazott energia hatására, amikor a dipólusok kissé megváltoztatják orientációjukat, és a felületen kompenzálatlan makroszkopikus kötött töltések tartományai jelennek meg, amelyek az alkalmazott E0-val ellentétes irányú E' mezőt alkotnak.

Ilyen polarizáció esetén a hőmérséklet nagymértékben befolyásolja a folyamatokat, hőmozgást okozva, de tájékozódást zavaró tényezőket idéz elő.

Elektronikus polarizáció, rugalmas mechanizmus

Nem poláris dielektrikumokban nyilvánul meg - más típusú anyagokban, amelyek molekuláiban nincs dipólusmomentum, és amelyek külső mező hatására deformálódnak, így a pozitív töltések az E0 vektor irányába orientálódnak, és a negatív töltések ellentétes irányúak.

Ennek eredményeként a molekulák mindegyike elektromos dipólusként működik, amely az alkalmazott mező tengelye mentén orientálódik. Ily módon a külső felületen létrehozzák az ellenkező irányú E mezőjüket.

Az ilyen anyagokban a molekulák deformációja és így a külső tér hatására bekövetkező polarizáció nem függ a hőmérséklet hatására történő mozgásuktól. A metán CH4 a nem poláris dielektrikumra példaként említhető.

A kétféle dielektrikum belső mezőjének számértéke először a külső tér növekedésével egyenes arányban változik nagyságrendileg, majd a telítettség elérésekor nemlineáris hatások jelennek meg. Akkor keletkeznek, amikor az összes molekuláris dipólus a poláris dielektrikumok erővonalai mentén helyezkedik el, vagy a nem poláris anyag szerkezetében változások következnek be, az atomok és molekulák kívülről érkező nagy energia hatására bekövetkező erős deformációja miatt.

A gyakorlatban az ilyen esetek ritkák - általában a szigetelés meghibásodása vagy meghibásodása korábban következik be.

A dielektromos állandó

A szigetelőanyagok közül fontos szerepet játszanak az elektromos jellemzők és olyan mutatók, mint a dielektromos állandó... Két különböző jellemzővel mérhető:

1. abszolút érték;

2. relatív érték.

Az εa anyagok abszolút dielektromos állandója kifejezést akkor használjuk, amikor a Coulomb-törvény matematikai jelölésére utalunk. Ez εα együttható formájában összekapcsolja a D indukció és az E intenzitás vektorait.

Emlékezzünk vissza, hogy Charles de Coulomb francia fizikus saját torziós mérlegével vizsgálta a kis töltött testek közötti elektromos és mágneses erők törvényeit.

A közeg relatív permeabilitásának meghatározása az anyag szigetelő tulajdonságainak jellemzésére szolgál. Megbecsüli a két ponttöltés közötti kölcsönhatási erő arányát két különböző körülmény között: vákuumban és munkakörnyezetben. Ebben az esetben a vákuum indexeket 1-nek vesszük (εv = 1), míg a valós anyagoknál mindig magasabbak, εr> 1.

Az εr numerikus kifejezést dielektrikumok polarizációjának hatásával magyarázható dimenzió nélküli mennyiségként mutatjuk be, és jellemzőik értékelésére használjuk.

Az egyes közegek dielektromos állandó értékei (szobahőmérsékleten)

Anyag ε Anyag ε Szegnet-só 6000 Gyémánt 5,7 Rutil (optikai tengelyen) 170 Víz 81 Polietilén 2,3 Etanol 26,8 Szilícium 12,0 Csillám 6 Üvegpohár 5-16 Szén-dioxid 1,0009926 NaCl 1,000999261. .322 Levegő (760 Hgmm) 1,00057