Hvorfor dielektriske ikke leder strøm

For å svare på spørsmålet «hvorfor leder ikke et dielektrikum elektrisitet?» om utseendet og eksistensen av elektrisk strøm… Og la oss så sammenligne hvordan ledere og dielektrikum oppfører seg i forhold til å finne et svar på dette spørsmålet.

Nåværende

Elektrisk strøm kalles ordnet, det vil si rettet, bevegelse av ladede partikler elektrisk felt… For det første krever eksistensen av en elektrisk strøm tilstedeværelsen av gratis ladede partikler som er i stand til å bevege seg på en rettet måte. For det andre er det nødvendig med et elektrisk felt for å drive disse ladningene. Og selvfølgelig må det være et visst rom der denne bevegelsen av ladede partikler, kalt elektrisk strøm, finner sted.

Frie ladede partikler er rikelig i ledere: i metaller, i elektrolytter, i plasma. I en kobberleder, for eksempel, er dette frie elektroner, i en elektrolytt - ioner, for eksempel svovelsyreioner (hydrogen og svoveloksyd) i et blybatteri, i plasma - ioner og elektroner, det er de som bevege seg under en elektrisk utladning i en ionisert gass.

Metall

La oss for eksempel ta to stykker kobbertråd og bruke dem til å koble en liten lyspære til et batteri. Hva vil skje? Lyset vil begynne å lyse, noe som betyr at en likestrøm… Mellom endene av ledningene er det nå en potensialforskjell skapt av batteriet, som betyr at et elektrisk felt har begynt å virke inne i ledningen.

Det elektriske feltet tvinger elektronene i de ytre skallene til kobberatomer til å bevege seg i feltets retning - fra atom til atom, fra atom til neste atom, og så videre langs kjeden, fordi elektronene i de ytre skallene av metall atomer er mye mindre sterkt bundet til kjerner enn elektroner nærmere kjernene til elektronbaner. Fra der elektronet ble igjen, kommer et annet elektron fra den negative terminalen til batteriet, det vil si at elektroner beveger seg fritt langs metallkjeden, og endrer enkelt tilhørigheten til atomer.

De ser ut til å danne seg langs krystallgitteret til metallet i den retningen de skyves, og prøver å akselerere, det elektriske feltet (fra minus til pluss for den konstante EMF-kilden), mens elektronene klamrer seg til atomene i krystallgitteret langs deres vei.

Noen elektroner i løpet av deres bevegelse brytes inn i atomer (på grunn av det faktum at den termiske bevegelsen vibrerer hele strukturen av atomer sammen med elektronene), som et resultat av at lederen varmes opp - dette er hvordan den manifesterer seg elektrisk motstand til ledningene.

Frie elektroner i et metall

Studiet av metaller ved hjelp av røntgenstråler, samt andre metoder, har vist at metaller har en krystallinsk struktur.Dette betyr at de består av atomer eller molekyler ordnet på en bestemt måte i rommet (i rekkefølge, ioner) som skaper den riktige vekslingen i alle tre dimensjonene.

Under disse forholdene er atomene til grunnstoffene plassert så nær hverandre at deres ytre elektroner tilhører dette atomet i samme grad som til naboene, som et resultat av at graden av binding av elektronet til hvert enkelt atom er praktisk talt fraværende.

Avhengig av typen metall er minst ett av elektronene til hvert atom, noen ganger to elektroner, og i noen tilfeller til og med tre elektroner frie når det gjelder bevegelser i metallet, under påvirkning av eksternt pålagte krefter.

Dielektrisk

Hva er i et dielektrikum? Hvis du i stedet for kobbertråder tar plast, papir eller lignende? Det vil ikke være strøm, ikke noe lys vil tennes. Hvorfor? Strukturen til dielektrikumet er slik at det består av nøytrale molekyler som, selv under påvirkning av et elektrisk felt, ikke frigjør elektronene sine i en ordnet bevegelse - de kan rett og slett ikke. Det er ingen frie ledningselektroner i et dielektrikum, som i et metall.

De ytre elektronene i atomet til ethvert dielektrisk molekyl er tett pakket, dessuten deltar de i molekylets indre bindinger, mens molekylene til et slikt stoff vanligvis er elektrisk nøytrale. Alt dielektriske molekyler kan gjøre er å polarisere.

Under påvirkning av et elektrisk felt påført dem, vil de tilhørende elektriske ladningene til hvert molekyl ganske enkelt skifte litt fra likevektsposisjonen, mens hver ladet partikkel vil forbli i sitt eget atom. Dette fenomenet kalles ladningsforskyvning dielektrisk polarisering.

Som et resultat av polarisering vises ladninger på overflaten av et dielektrikum som er polarisert på denne måten av et elektrisk felt påført det, som har en tendens til å redusere det eksterne elektriske feltet som forårsaket polarisasjonen med deres elektriske felt. Evnen til et dielektrikum til å svekke et eksternt elektrisk felt på denne måten kalles dielektrisk konstant.