Vabad ja seotud elektrilaengud, juhtivus- ja nihkevoolud

Osakesed, mis moodustavad mis tahes aine, on elektrilaengud… Elektronil on negatiivne laeng e = 0,16 * 10-18 k ja prootonil on sama positiivne laeng. Aatomi, molekuli või paljudest molekulidest koosneva keha kogulaeng võib olla positiivne, negatiivne või võrdne nulliga, olenevalt nende koostises olevate elementaarosakeste positiivse ja negatiivse kogulaengu vahekorrast.

Sõltuvalt elektriväljas liikumisvõimest võib laengud jagada kahte suurde rühma. Esimese rühma laenguid iseloomustab elektriväljas piiramatu liikumise võimalus ja seetõttu nimetatakse neid nn. tasuta tasud… Teisel laengute rühmal see võimalus puudub, nende liikumist piirab aatomi, molekuli, kristalli struktuur või aine struktuuri heterogeensus. Neid tasusid nimetatakse köidetud.

Vabade ja seotud laengute eraldamine ei sõltu alati ainult vaadeldavate osakeste füüsikalisest olemusest.Homogeenses keskkonnas vabu laenguid saab ühendada erinevatest materjalidest koosnevate kompositsioonide moodustamisel.

Aine vabad elektronid ja ioonid liiguvad elektrivälja toimel ühelt elektroodilt teisele, moodustades juhtivusvool.

Elektrivälja mõjul ühendatud elektrilaengutel on võime seguneda ainult teatud, sageli väga piiratud piirides. See liikumisprotsess, nn polarisatsioon, mida iseloomustab polarisatsioonivektor ja see sõltub sisuliselt laengutevahelistest füüsilistest seostest. Polarisatsiooni korral nihkuvad laengud elektrivälja toimel ja tekivad läbipaindevool.

Dielektrik sisaldab võrdsel arvul positiivseid ja negatiivseid omavahel seotud laenguid ning välise elektrivälja mõju mõjutab positiivsete ja negatiivsete laengute tsentrite vastastikust nihkumist ning vastupidiste laengute paaride elektrimomentide ilmnemisel - dipoolmomente. Ühtlases väljas on polarisatsioonivektor kogu dipoolmomendi keskmine väärtus ruumalaühiku kohta. Dielektriku polarisatsioon sõltub elektrivälja tugevusest.

Nimetatakse materjale, milles on olulised ainult juhtivusvoolud ja nihkevoolusid võib tähelepanuta jätta autojuhid… Nimetatakse materjale, mille juhtivusvoolud on tühised ja mida võib tähelepanuta jätta isolaatorid… Materjale, milles polarisatsioon on väga oluline, nimetatakse dielektrikuteks (vt. Metallid ja dielektrikud – mis vahe on?). Klassifitseeritakse need materjalid, mille puhul on vaja arvestada nii juhtivusvoolu kui ka nihkevooluga pooljuhid.

Dielektrikute polariseerumise fenomeni ja nihkevoolu ilmnemist tööstuses kasutatakse dielektrikute (näiteks puidu, papi kuivatamine, toiduainetööstuses kütmine) ja pooljuhtide kõrgsagedussoojendamiseks.

Kuumutatav materjal asetatakse kondensaatori plaatide vahele, millele rakendatakse kõrgsageduslikku pinget. Kõrgsageduslikku elektrivälja asetatud materjalis esinevad juhtivus- ja nihkevoolud põhjustavad materjalis soojuse teket ja selle kuumenemist. Seda tüüpi kütmist nimetatakse dielektriline küte.

Märgmaterjalide kuivatamise protsess, s.o. niiskuse eemaldamine nendest, võib toimuda kahe nähtuse tõttu: niiskuse otsene aurustumine materjali sees ja selle vabanemine auru kujul ning niiskuse liikumine vedelas faasis sisemistelt aladelt pinnale. Elektrivälja olemasolu materjalis mõjutab oluliselt niiskuse aurustumist ja liikumist, mis võimaldab oluliselt kiirendada kuivamisprotsessi.