Kaj je dielektrična konstanta

Vsaka snov ali telo, ki nas obdaja, ima določene električne lastnosti. To je posledica molekularne in atomske strukture: prisotnosti nabitih delcev v medsebojno vezanem ali prostem stanju.

Kadar na snov ne deluje zunanje električno polje, so ti delci razporejeni tako, da se med seboj uravnotežijo in ne ustvarjajo dodatnega električnega polja v celotni skupni prostornini. V primeru zunanje uporabe električne energije znotraj molekul in atomov pride do prerazporeditve nabojev, kar vodi do ustvarjanja lastnega notranjega električnega polja, usmerjenega proti zunanjemu.

Če je vektor uporabljenega zunanjega polja označen kot "E0" in notranjega kot "E '", potem bo skupno polje "E" vsota energije teh dveh količin.

V elektriki je običajno deliti snovi na:

• žice;

• dielektriki.

Ta klasifikacija obstaja že dolgo, čeprav je precej poljubna, saj ima veliko teles različne ali kombinirane lastnosti.

Dirigenti

Kot prevodniki se uporabljajo nosilci, ki imajo proste naboje.Najpogosteje kovine delujejo kot prevodniki, saj so v njihovi strukturi vedno prisotni prosti elektroni, ki se lahko gibljejo po celotnem volumnu snovi in ​​so hkrati udeleženci v toplotnih procesih.

Ko je prevodnik izoliran od delovanja zunanjih električnih polj, se v njem ustvari ravnotežje pozitivnih in negativnih nabojev iz ionskih mrež in prostih elektronov. To ravnovesje se takoj poruši, ko prevodnik v električnem polju — zaradi energije, pri kateri se začne prerazporeditev nabitih delcev in se na zunanji površini pojavijo neuravnoteženi naboji s pozitivnimi in negativnimi vrednostmi.

Ta pojav običajno imenujemo elektrostatična indukcija... Naboji, ki jih nabije na površino kovin, se imenujejo indukcijski naboji.

Induktivni naboji, ki nastanejo v prevodniku, tvorijo lastno polje E ', ki kompenzira učinek zunanjega E0 znotraj prevodnika. Zato je vrednost skupnega, totalnega elektrostatičnega polja kompenzirana in enaka 0. V tem primeru so potenciali vseh točk znotraj in zunaj enaki.

Dobljena ugotovitev kaže, da znotraj prevodnika, tudi če je priključeno zunanje polje, ni potencialne razlike in elektrostatičnih polj. To dejstvo se uporablja pri zaščiti - uporabi metode elektrostatične zaščite ljudi in električne opreme, občutljive na inducirana polja, zlasti natančnih merilnih instrumentov in mikroprocesorske tehnologije.

Zaščitna oblačila in obutev iz tkanin s prevodnimi nitmi, vključno s klobuki, se uporabljajo v elektriki za zaščito osebja, ki dela v pogojih povečane napetosti, ki jo ustvarja visokonapetostna oprema.

Dielektriki

To je ime snovi, ki imajo izolacijske lastnosti. Vsebujejo le medsebojno povezane pristojbine, ne pa brezplačnih. Vsi imajo pozitivne in negativne delce, vezane v nevtralni atom, ki jim je odvzeta svoboda gibanja. Razporejeni so znotraj dielektrika in se ne premikajo pod delovanjem uporabljenega zunanjega polja E0.

Vendar pa njegova energija še vedno povzroča določene spremembe v strukturi snovi - znotraj atomov in molekul se spremeni razmerje pozitivnih in negativnih delcev, na površini snovi pa se pojavijo preveliki, neuravnoteženi pridruženi naboji, ki tvorijo notranje električno polje. E '. Usmerjen je proti zunanji napetosti.

Ta pojav imenujemo dielektrična polarizacija ... Zanj je značilno, da se znotraj snovi pojavi električno polje E, ki nastane zaradi delovanja zunanje energije E0, vendar je oslabljeno zaradi nasprotja notranje E '.

Vrste polarizacije

Znotraj dielektrikov je dveh vrst:

1. orientacija;

2. elektronski.

Prvi tip ima dodatno ime dipolna polarizacija. To je značilno za dielektrike s premaknjenimi središči pri negativnih in pozitivnih nabojih, ki tvorijo molekule mikroskopskih dipolov - nevtralni niz dveh nabojev. To je značilno za vodo, dušikov dioksid, vodikov sulfid.

Brez delovanja zunanjega električnega polja so molekularni dipoli takšnih snovi pod vplivom procesov pri delovni temperaturi usmerjeni na kaotičen način. Hkrati ni električnega naboja na nobeni točki notranje prostornine in na zunanji površini dielektrika.

Ta slika se spremeni pod vplivom zunanje dovedene energije, ko dipoli nekoliko spremenijo svojo orientacijo in se na površini pojavijo območja nekompenziranih makroskopskih vezanih nabojev, ki tvorijo polje E' s smerjo, nasprotno od priloženega E0.

Pri takšni polarizaciji ima temperatura velik vpliv na procese, povzroča toplotno gibanje in ustvarja dejavnike dezorientacije.

Elektronska polarizacija, elastični mehanizem

Manifestira se v nepolarnih dielektrikih - materialih drugačne vrste z molekulami brez dipolnega momenta, ki se pod vplivom zunanjega polja deformirajo tako, da so pozitivni naboji usmerjeni v smeri vektorja E0 in negativni naboji so usmerjeni v nasprotno smer.

Posledično vsaka od molekul deluje kot električni dipol, usmerjen vzdolž osi uporabljenega polja. Na ta način ustvarijo na zunanji površini svoje polje E 'z nasprotno smerjo.

Pri takih snoveh deformacija molekul in s tem polarizacija zaradi delovanja zunanjega polja nista odvisna od njihovega gibanja pod vplivom temperature. Kot primer nepolarnega dielektrika lahko navedemo metan CH4.

Numerična vrednost notranjega polja obeh vrst dielektrikov se najprej spremeni v velikosti premosorazmerno s povečanjem zunanjega polja, nato pa se, ko je dosežena nasičenost, pojavijo nelinearni učinki. Nastanejo, ko so vsi molekularni dipoli razporejeni vzdolž silnic polarnih dielektrikov ali pa je prišlo do sprememb v strukturi nepolarne snovi zaradi močne deformacije atomov in molekul zaradi velike energije, dovedene od zunaj.

V praksi so takšni primeri redki - običajno pride do okvare ali okvare izolacije prej.

Dielektrična konstanta

Med izolacijskimi materiali imajo pomembno vlogo električne lastnosti in takšni kazalniki, kot je dielektrična konstanta ... Merimo jo lahko z dvema različnima karakteristikama:

1. absolutna vrednost;

2. relativna vrednost.

Izraz absolutna dielektrična konstanta snovi εa se uporablja pri sklicevanju na matematični zapis Coulombovega zakona. Ta v obliki koeficienta εα povezuje vektorja indukcije D in intenzitete E.

Spomnimo se, da je francoski fizik Charles de Coulomb z lastno torzijsko tehtnico raziskoval zakonitosti električnih in magnetnih sil med majhnimi naelektrenimi telesi.

Določitev relativne prepustnosti medija se uporablja za karakterizacijo izolacijskih lastnosti snovi. Ocenjuje razmerje interakcijske sile med dvema točkastima nabojema v dveh različnih pogojih: v vakuumu in v delovnem okolju. V tem primeru so indeksi vakuuma vzeti kot 1 (εv = 1), pri realnih snoveh pa so vedno višji, εr> 1.

Numerični izraz εr je prikazan kot brezdimenzijska količina, ki jo razložimo z učinkom polarizacije v dielektrikih in se uporablja za vrednotenje njihovih lastnosti.

Vrednosti dielektrične konstante posameznih medijev (pri sobni temperaturi)

Snov ε Snov ε Segnet sol 6000 Diamant 5,7 Rutil (na optični osi) 170 Voda 81 Polietilen 2,3 Etanol 26,8 Silicij 12,0 Sljuda 6 Steklena čaša 5-16 Ogljikov dioksid 1,00099 NaCl 5,26 Vodna para 1,0126 Benzen 2,322 Zrak (760 mmHg) 1,00057