Mis on dielektriline konstant

Igal ainel või kehal, mis meid ümbritseb, on teatud elektrilised omadused. Selle põhjuseks on molekulaarne ja aatomi struktuur: laetud osakeste olemasolu vastastikku seotud või vabas olekus.

Kui ainele ei mõju väline elektriväli, jaotuvad need osakesed nii, et nad tasakaalustavad üksteist ega tekita täiendavat elektrivälja kogu kogumahus. Elektrienergia välise rakendamise korral molekulide ja aatomite sees toimub laengute ümberjaotumine, mis viib oma sisemise elektrivälja tekkeni, mis on suunatud välise vastu.

Kui rakendatud välisvälja vektorit tähistatakse kui «E0» ja sisemist «E», siis on koguväli «E» nende kahe suuruse energia summa.

Elektris on tavaks jagada ained:

• juhtmed;

• dielektrikud.

See klassifikatsioon on eksisteerinud pikka aega, kuigi see on üsna meelevaldne, kuna paljudel kehadel on erinevad või kombineeritud omadused.

Dirigendid

Juhtidena kasutatakse kandjaid, millel on tasuta tasu.Kõige sagedamini toimivad metallid juhtidena, kuna nende struktuuris on alati vabad elektronid, mis on võimelised liikuma kogu aine mahus ja osalevad samal ajal termilistes protsessides.

Kui juht on väliste elektriväljade toimest isoleeritud, tekib selles ioonvõredest ja vabadest elektronidest positiivsete ja negatiivsete laengute tasakaal. See tasakaal hävib kohe, kui juht elektriväljas - tänu energiale, mille juures algab laetud osakeste ümberjaotumine ja välispinnale ilmuvad positiivsete ja negatiivsete väärtustega tasakaalustamata laengud.

Tavaliselt nimetatakse seda nähtust elektrostaatiliseks induktsiooniks... Laenguid, mida see laeb metallide pinnal, nimetatakse induktsioonilaenguteks.

Juhis moodustuvad induktiivsed laengud moodustavad omavälja E ', mis kompenseerib välise E0 mõju juhi sees. Seetõttu kompenseeritakse kogu elektrostaatilise välja väärtus ja see võrdub 0-ga. Sel juhul on kõigi punktide potentsiaalid nii sees kui ka väljas ühesugused.

Saadud järeldus näitab, et juhi sees, isegi ühendatud välise väljaga, pole potentsiaalide erinevust ega elektrostaatilisi välju. Seda asjaolu kasutatakse varjestuses — indutseeritud väljade suhtes tundlike inimeste ja elektriseadmete elektrostaatilise kaitse meetodi, eriti täppismõõteriistade ja mikroprotsessortehnoloogia rakendamises.

Elektrit juhtiva niidiga kangast valmistatud varjestatud riideid ja jalatseid, sealhulgas mütse, kasutatakse kõrgepingeseadmete tekitatud kõrgendatud pinge tingimustes töötavate töötajate kaitsmiseks.

Dielektrikud

See on isoleerivate omadustega ainete nimetus. Need sisaldavad ainult omavahel seotud tasusid, mitte tasuta. Neil kõigil on neutraalsesse aatomisse seotud positiivsed ja negatiivsed osakesed, millel on liikumisvabadus. Need on jaotatud dielektriku sees ja ei liigu rakendatud välisvälja E0 toimel.

Kuid selle energia põhjustab siiski teatud muutusi aine struktuuris — aatomite ja molekulide sees muutub positiivsete ja negatiivsete osakeste suhe ning aine pinnale tekivad liigsed tasakaalustamata seotud laengud, mis moodustavad sisemise elektrivälja. E '. See on suunatud väljastpoolt rakendatava pinge vastu.

Seda nähtust nimetatakse dielektriliseks polarisatsiooniks... Seda iseloomustab asjaolu, et aine sees tekib elektriväli E, mis tekib välisenergia E0 toimel, kuid nõrgeneb sisemise E ' vastanduse tõttu.

Polarisatsiooni tüübid

Seda on dielektrikute sees kahte tüüpi:

1. orientatsioon;

2. elektrooniline.

Esimesel tüübil on lisanimi dipoolpolarisatsioon. See on omane negatiivsete ja positiivsete laengute nihkunud tsentritega dielektrikutele, mis moodustavad mikroskoopiliste dipoolide molekulid - kahe laengu neutraalse komplekti. See on iseloomulik veele, lämmastikdioksiidile, vesiniksulfiidile.

Ilma välise elektrivälja toimeta orienteeruvad selliste ainete molekulaarsed dipoolid töötemperatuuril toimuvate protsesside mõjul kaootiliselt. Samal ajal puudub elektrilaeng üheski sisemahu punktis ja dielektriku välispinnal.

See pilt muutub väljastpoolt rakendatud energia mõjul, kui dipoolid muudavad veidi oma orientatsiooni ja pinnale ilmuvad kompenseerimata makroskoopiliste seotud laengute piirkonnad, moodustades välja E', mille suund on vastupidine rakendatavale E0-le.

Sellise polarisatsiooni korral mõjutab temperatuur protsessidele suurt mõju, põhjustades soojusliikumist ja tekitades desorienteerivaid tegureid.

Elektrooniline polarisatsioon, elastne mehhanism

See avaldub mittepolaarsetes dielektrikutes - erinevat tüüpi materjalides, mille molekulid on ilma dipoolmomendita ja mis välisvälja mõjul deformeeruvad nii, et positiivsed laengud on orienteeritud E0 vektori suunas ja negatiivsed laengud on suunatud vastupidises suunas.

Selle tulemusena toimib iga molekul elektrilise dipoolina, mis on orienteeritud piki rakendatava välja telge. Sel viisil loovad nad välispinnale oma vastassuunalise välja E.

Sellistes ainetes ei sõltu molekulide deformeerumine ja seetõttu välisvälja toimel tekkiv polariseerumine nende liikumisest temperatuuri mõjul. Mittepolaarse dielektriku näitena võib tuua metaani CH4.

Kahe tüüpi dielektriku sisevälja arvväärtus muutub esmalt suurusjärgus otseses proportsioonis välisvälja suurenemisega ja seejärel, kui küllastus on saavutatud, ilmnevad mittelineaarsed efektid. Need tekivad siis, kui kõik molekulaarsed dipoolid on paigutatud piki polaarsete dielektrikute jõujooni või on toimunud muutused mittepolaarse aine struktuuris, mis on tingitud aatomite ja molekulide tugevast deformatsioonist väljastpoolt tuleva suure energia mõjul.

Praktikas on sellised juhtumid harvad — tavaliselt tekib isolatsiooni rike või rike varem.

Dielektriline konstant

Isolatsioonimaterjalidest mängivad olulist rolli elektrilised omadused ja sellised näitajad nagu dielektriline konstant... Seda saab mõõta kahe erineva karakteristikuga:

1. absoluutväärtus;

2. suhteline väärtus.

Mõistet absoluutne dielektriline konstant ained εa kasutatakse Coulombi seaduse matemaatilisele tähistusele viidates. See koefitsiendi εα kujul ühendab induktsiooni D ja intensiivsuse E vektorid.

Meenutagem, et prantsuse füüsik Charles de Coulomb uuris omaenda torsioonbilanssi kasutades elektri- ja magnetjõudude seaduspärasusi väikeste laetud kehade vahel.

Aine isoleerivate omaduste iseloomustamiseks kasutatakse keskkonna suhtelise läbilaskvuse määramist. See hindab kahe punktlaengu vastastikuse jõu suhet kahel erineval tingimusel: vaakumis ja töökeskkonnas. Sel juhul võetakse vaakumindeksiteks 1 (εv = 1), samas kui reaalsete ainete puhul on need alati kõrgemad, εr> 1.

Arvuline avaldis εr on näidatud mõõtmeteta suurusena, mis on seletatav polarisatsiooni mõjuga dielektrikutes ja seda kasutatakse nende omaduste hindamiseks.

Üksikute kandjate dielektrilise konstandi väärtused (toatemperatuuril)

Aine ε Aine ε Segneti sool 6000 Teemant 5,7 Rutiil (optilisel teljel) 170 Vesi 81 Polüetüleen 2,3 Etanool 26,8 Räni 12,0 Vilgukivi 6 Klaaskeeduklaas 5-16 Süsinikdioksiid 1,00099126 NaClzenoque 5,26 NaClzenoque 5,26. .322 Õhk (760 mmHg) 1,00057