Kas ir dielektriskā konstante

Katrai vielai vai ķermenim, kas mūs ieskauj, ir noteiktas elektriskās īpašības. Tas ir saistīts ar molekulāro un atomu struktūru: lādētu daļiņu klātbūtni savstarpēji saistītā vai brīvā stāvoklī.

Ja uz vielu neiedarbojas ārējs elektriskais lauks, šīs daļiņas tiek sadalītas tā, lai tās līdzsvarotu viena otru un neradītu papildu elektrisko lauku visā kopējā tilpumā. Elektriskās enerģijas ārējā pielietojuma gadījumā molekulu un atomu iekšienē notiek lādiņu pārdale, kas noved pie sava iekšējā elektriskā lauka radīšanas, kas vērsta pret ārējo.

Ja pielietotā ārējā lauka vektoru apzīmē ar "E0", bet iekšējo - ar "E", tad kopējais lauks "E" būs šo divu lielumu enerģijas summa.

Elektroenerģijā vielas ir ierasts sadalīt:

• vadi;

• dielektriķi.

Šī klasifikācija pastāv jau ilgu laiku, lai gan tā ir diezgan patvaļīga, jo daudziem ķermeņiem ir dažādas vai kombinētas īpašības.

Diriģenti

Kā konduktori tiek izmantoti pārvadātāji, kuriem ir bezmaksas maksa.Visbiežāk metāli darbojas kā vadītāji, jo to struktūrā vienmēr atrodas brīvie elektroni, kas spēj pārvietoties visā vielas tilpumā un tajā pašā laikā ir termisko procesu dalībnieki.

Ja vadītājs ir izolēts no ārējo elektrisko lauku darbības, tad tajā no jonu režģiem un brīvajiem elektroniem tiek izveidots pozitīvo un negatīvo lādiņu līdzsvars. Šis līdzsvars tiek nekavējoties iznīcināts, kad vadītājs elektriskā laukā - pateicoties enerģijai, pie kuras sākas lādētu daļiņu pārdale un uz ārējās virsmas parādās nelīdzsvaroti lādiņi ar pozitīvām un negatīvām vērtībām.

Šo parādību parasti sauc par elektrostatisko indukciju... Lādiņus, ko tā uzlādē uz metālu virsmas, sauc par indukcijas lādiņiem.

Induktīvie lādiņi, kas veidojas vadītājā, veido pašlauku E ', kas kompensē ārējā E0 ietekmi vadītāja iekšpusē. Tāpēc kopējā, kopējā elektrostatiskā lauka vērtība tiek kompensēta un vienāda ar 0. Šajā gadījumā visu punktu potenciāli gan iekšpusē, gan ārpusē ir vienādi.

Iegūtais secinājums parāda, ka vadītāja iekšpusē pat ar pieslēgtu ārējo lauku nav potenciālu starpības un elektrostatisko lauku. Šo faktu izmanto ekranēšanā — pret inducētiem laukiem jutīgu cilvēku un elektroiekārtu elektrostatiskās aizsardzības metodes pielietošanā, īpaši precīzijas mērinstrumentos un mikroprocesoru tehnoloģijās.

Ekraņģēts apģērbs un apavi, kas izgatavoti no audumiem ar vadošiem pavedieniem, tostarp cepures, tiek izmantoti elektrībā, lai aizsargātu personālu, kas strādā paaugstināta sprieguma apstākļos, ko rada augstsprieguma iekārtas.

Dielektriķi

Tas ir to vielu nosaukums, kurām piemīt izolācijas īpašības. Tajos ir ietvertas tikai savstarpēji saistītas maksas, nevis bezmaksas. Viņiem visiem ir pozitīvas un negatīvas daļiņas, kas saistītas neitrālā atomā, un tām ir liegta pārvietošanās brīvība. Tie ir sadalīti dielektriķa iekšpusē un nepārvietojas pielietotā ārējā lauka E0 ietekmē.

Taču tās enerģija joprojām izraisa zināmas izmaiņas vielas struktūrā — atomu un molekulu iekšienē mainās pozitīvo un negatīvo daļiņu attiecība, un uz vielas virsmas parādās pārmērīgi, nesabalansēti saistītie lādiņi, veidojot iekšējo elektrisko lauku. E '. Tas ir vērsts pret spriedzi, kas tiek pielietota no ārpuses.

Šo parādību sauc par dielektrisko polarizāciju... To raksturo fakts, ka vielas iekšienē parādās elektriskais lauks E, kas veidojas ārējās enerģijas E0 iedarbībā, bet tiek vājināts iekšējās E ' pretestības rezultātā.

Polarizācijas veidi

Tas ir divu veidu dielektriķu iekšpusē:

1. orientācija;

2. elektroniskā.

Pirmajam tipam ir dipola polarizācijas papildu nosaukums. Tas ir raksturīgs dielektriķiem ar nobīdītiem centriem pie negatīviem un pozitīvajiem lādiņiem, kas veido mikroskopisku dipolu molekulas - neitrālu divu lādiņu kopu. Tas ir raksturīgs ūdenim, slāpekļa dioksīdam, sērūdeņradim.

Bez ārējā elektriskā lauka iedarbības šādu vielu molekulārie dipoli ir haotiski orientēti procesu ietekmē darba temperatūrā. Tajā pašā laikā nevienā iekšējā tilpuma punktā un dielektriķa ārējā virsmā nav elektriskā lādiņa.

Šis attēls mainās ārēji pielietotas enerģijas ietekmē, kad dipoli nedaudz maina savu orientāciju un uz virsmas parādās nekompensētu makroskopisku saistīto lādiņu apgabali, veidojot lauku E' ar virzienu, kas ir pretējs pielietotajam E0.

Pie šādas polarizācijas temperatūrai ir liela ietekme uz procesiem, izraisot termisko kustību un radot dezorientējošus faktorus.

Elektroniskā polarizācija, elastīgs mehānisms

Tas izpaužas nepolārajos dielektriķos - dažāda veida materiālos ar molekulām bez dipola momenta, kuras ārējā lauka ietekmē tiek deformētas tā, ka pozitīvie lādiņi ir orientēti E0 vektora virzienā, un negatīvie lādiņi ir vērsti pretējā virzienā.

Rezultātā katra no molekulām darbojas kā elektriskais dipols, kas orientēts pa pielietotā lauka asi. Tādā veidā viņi uz ārējās virsmas izveido savu lauku E ' ar pretēju virzienu.

Šādās vielās molekulu deformācija un līdz ar to polarizācija ārējā lauka darbības rezultātā nav atkarīga no to kustības temperatūras ietekmē. Metānu CH4 var minēt kā nepolāra dielektriķa piemēru.

Divu veidu dielektriķu iekšējā lauka skaitliskā vērtība vispirms mainās tieši proporcionāli ārējā lauka pieaugumam, un pēc tam, sasniedzot piesātinājumu, parādās nelineārie efekti. Tie rodas, ja visi molekulārie dipoli ir izvietoti pa polāro dielektriķu spēka līnijām vai ir notikušas izmaiņas nepolārās vielas struktūrā, jo spēcīgas atomu un molekulu deformācijas ar lielu enerģiju, kas tiek pielietota no ārpuses, ir.

Praksē šādi gadījumi ir reti — parasti izolācijas kļūme vai atteice notiek agrāk.

Dielektriskā konstante

Starp izolācijas materiāliem liela nozīme ir elektriskajiem raksturlielumiem un tādiem rādītājiem kā dielektriskā konstante... To var izmērīt pēc diviem dažādiem raksturlielumiem:

1. absolūtā vērtība;

2. relatīvā vērtība.

Terminu absolūtās dielektriskās konstantes vielas εa lieto, atsaucoties uz Kulona likuma matemātisko apzīmējumu. Tas koeficienta εα formā savieno indukcijas D un intensitātes E vektorus.

Atcerēsimies, ka franču fiziķis Šarls de Kulons, izmantojot savu vērpes līdzsvaru, pētīja elektrisko un magnētisko spēku likumus starp maziem lādētiem ķermeņiem.

Vides relatīvās caurlaidības noteikšanu izmanto, lai raksturotu vielas izolācijas īpašības. Tas novērtē mijiedarbības spēka attiecību starp diviem punktveida lādiņiem divos dažādos apstākļos: vakuumā un darba vidē. Šajā gadījumā vakuuma indeksi tiek pieņemti kā 1 (εv = 1), savukārt reālām vielām tie vienmēr ir augstāki, εr> 1.

Skaitliskā izteiksme εr tiek parādīta kā bezdimensiju lielums, kas izskaidrojams ar polarizācijas ietekmi dielektriķos, un tiek izmantots to raksturlielumu novērtēšanai.

Atsevišķu barotņu dielektriskās konstantes vērtības (istabas temperatūrā)

Viela ε Viela ε Segnet sāls 6000 Dimants 5.7 Rutils (uz optiskās ass) 170 Ūdens 81 Polietilēns 2.3 Etanols 26.8 Silīcijs 12.0 Vizla 6 Stikla vārglāze 5-16 Oglekļa dioksīds 1.000992 NaClzenoque 26.2am. .322 Gaiss (760 mmHg) 1,00057