Miks dielektrikud voolu ei juhi
Et vastata küsimusele "miks dielektrik ei juhi elektrit?" elektrivoolu välimuse ja olemasolu kohta… Ja siis võrdleme, kuidas käituvad juhid ja dielektrikud sellele küsimusele vastuse leidmisel.
Praegune
Elektrivoolu nimetatakse järjestatud, st laetud osakeste suunatud liikumiseks elektriväli[…] Seega esiteks eeldab elektrivoolu olemasolu vabade laetud osakeste olemasolu, mis on võimelised liikuma suunatud viisil. Teiseks on nende laengute juhtimiseks vaja elektrivälja. Ja loomulikult peab olema teatud ruum, kus see laetud osakeste liikumine, mida nimetatakse elektrivooluks, toimub.
Vaba laetud osakesi leidub rohkesti juhtides: metallides, elektrolüütides, plasmas. Näiteks vaskjuhis on need vabad elektronid, elektrolüüdis - ioonid, näiteks väävelhappe ioonid (vesinik ja vääveloksiid) pliiakus, plasmas - ioonid ja elektronid, need on need, mis liikuda elektrilahenduse ajal ioniseeritud gaasis.
Metallist
Näiteks võtame kaks tükki vasktraati ja ühendame nendega väikese lambipirni akuga. Mis juhtub? Tuli hakkab helendama, mis tähendab, et a otsene elektrivool… Juhtmete otste vahel on nüüd aku tekitatud potentsiaalide erinevus, mis tähendab, et juhtme sees on hakanud toimima elektriväli.
Elektriväli sunnib vase aatomite väliskesta elektrone liikuma välja suunas — aatomilt aatomini, aatomilt järgmise aatomini ja nii edasi mööda ahelat, sest metallist väliskestade elektronid aatomid on tuumadega palju vähem tugevalt seotud kui elektronide orbiitide tuumadele lähemal olevad elektronid. Sealt, kust elektron jäeti, tuleb aku negatiivsest klemmist teine elektron ehk elektronid liiguvad vabalt mööda metallahelat, muutes kergesti oma kuuluvust aatomitesse.
Tundub, et need moodustuvad piki metalli kristallvõre suunas, kuhu neid lükatakse, püüdes kiirendada elektrivälja (konstantse EMF-i allika miinusest plussile), samal ajal kui elektronid klammerduvad kristallvõre aatomite külge. kogu nende teel.
Osa elektrone laguneb liikumise käigus aatomiteks (tänu sellele, et soojusliikumine vibreerib koos elektronidega kogu aatomite struktuuri), mille tulemusena juht kuumeneb - nii see avaldub juhtmete elektritakistus.
Vabad elektronid metallis
Metallide uurimine röntgenikiirguse ja ka teiste meetodite abil on näidanud, et metallidel on kristalne struktuur.See tähendab, et need koosnevad ruumis teatud viisil paigutatud aatomitest või molekulidest (järjekorras, ioonidest), mis loovad õige vaheldumise kõigis kolmes mõõtmes.
Nendes tingimustes paiknevad elementide aatomid üksteisele nii lähedal, et nende välised elektronid kuuluvad sellele aatomile samal määral kui naaberelektronid, mille tulemusena on elektroni sideme aste iga üksiku aatomiga. praktiliselt puudub.
Olenevalt metalli tüübist on iga aatomi vähemalt üks elektron, mõnikord kaks elektroni, mõnel juhul isegi kolm elektroni oma liikumise poolest metallis vabad väliste jõudude mõjul.
Dielektriline
Mis on dielektrikus? Kui vaskjuhtmete asemel võtta plastik, paber või midagi sarnast? Elektrit ei tule, tuli ei põle. Miks? Dielektriku struktuur on selline, et see koosneb neutraalsetest molekulidest, mis isegi elektrivälja mõjul ei vabasta oma elektrone korrapärase liikumisega — nad lihtsalt ei suuda. Dielektrikus pole vabu juhtivuselektrone, nagu metallis.
Mis tahes dielektrilise molekuli aatomi välised elektronid on tihedalt pakitud, lisaks osalevad nad molekuli sisemistes sidemetes, samas kui sellise aine molekulid on tavaliselt elektriliselt neutraalsed. Kõik, mida dielektrilised molekulid teha saavad, on polariseerumine.
Neile rakenduva elektrivälja toimel nihkuvad iga molekuli seotud elektrilaengud tasakaaluasendist lihtsalt veidi, samas kui iga laetud osake jääb oma aatomisse. Seda nähtust nimetatakse laengu nihkeks dielektriline polarisatsioon.
Polarisatsiooni tulemusena tekivad sellele rakendatud elektriväljaga selliselt polariseeritud dielektriku pinnale laengud, mis kipuvad oma elektriväljaga vähendama polarisatsiooni põhjustanud välist elektrivälja. Dielektriku võimet välist elektrivälja sel viisil nõrgendada nimetatakse dielektriline konstant.