Hva er dielektrisk konstant

Hver substans eller kropp som omgir oss har visse elektriske egenskaper. Dette skyldes den molekylære og atomære strukturen: tilstedeværelsen av ladede partikler i en gjensidig bundet eller fri tilstand.

Når ikke noe eksternt elektrisk felt virker på stoffet, fordeles disse partiklene på en slik måte at de balanserer hverandre og ikke skaper et ekstra elektrisk felt i hele det totale volumet. Ved ekstern påføring av elektrisk energi inne i molekylene og atomene oppstår en omfordeling av ladninger, noe som fører til dannelsen av sitt eget indre elektriske felt rettet mot det ytre.

Hvis vektoren til det påførte eksterne feltet er betegnet som «E0», og den interne «E '», vil det totale feltet «E» være summen av energien til disse to størrelsene.

I elektrisitet er det vanlig å dele stoffer i:

• ledninger;

• dielektrikum.

Denne klassifiseringen har eksistert i lang tid, selv om den er ganske vilkårlig, siden mange kropper har forskjellige eller kombinerte egenskaper.

Konduktører

Som konduktører brukes transportører som har gratis avgifter.Oftest fungerer metaller som ledere, siden frie elektroner alltid er tilstede i deres struktur, som er i stand til å bevege seg gjennom volumet av stoffet og samtidig deltar i termiske prosesser.

Når en leder er isolert fra virkningen av eksterne elektriske felt, skapes en balanse av positive og negative ladninger i den fra ionegitter og frie elektroner. Denne likevekten blir umiddelbart ødelagt når en leder i et elektrisk felt - på grunn av energien der omfordelingen av ladede partikler begynner og ubalanserte ladninger med positive og negative verdier vises på den ytre overflaten.

Dette fenomenet kalles vanligvis elektrostatisk induksjon... Ladningene det lader på overflaten av metaller kalles induksjonsladninger.

Induktive ladninger dannet i lederen danner et selvfelt E ', som kompenserer for effekten av den ytre E0 inne i lederen. Derfor er verdien av det totale, totale elektrostatiske feltet kompensert og lik 0. I dette tilfellet er potensialene til alle punkter både innenfor og utenfor de samme.

Den oppnådde konklusjonen viser at inne i lederen, selv med et eksternt felt tilkoblet, er det ingen potensialforskjell og ingen elektrostatiske felt. Dette faktum brukes i skjerming - anvendelse av en metode for elektrostatisk beskyttelse av mennesker og elektrisk utstyr som er følsomt for induserte felt, spesielt presisjonsmåleinstrumenter og mikroprosessorteknologi.

Beskyttede klær og fottøy laget av stoffer med ledende tråder, inkludert hatter, brukes i elektrisitet for å beskytte personell som arbeider under forhold med økt spenning skapt av høyspentutstyr.

Dielektrikk

Dette er navnet på stoffer som har isolerende egenskaper. De inneholder bare sammenkoblede avgifter, ikke freebies. De har alle positive og negative partikler bundet i et nøytralt atom, fratatt bevegelsesfrihet. De er fordelt inne i dielektrikumet og beveger seg ikke under påvirkning av det påførte eksterne feltet E0.

Imidlertid forårsaker energien fortsatt visse endringer i strukturen til stoffet - inne i atomene og molekylene endres forholdet mellom positive og negative partikler, og på overflaten av stoffet vises overdreven, ubalanserte assosierte ladninger som danner et indre elektrisk felt E '. Den er rettet mot spenningen som påføres fra utsiden.

Dette fenomenet kalles dielektrisk polarisering... Det er karakterisert ved at det oppstår et elektrisk felt E inne i stoffet, dannet av virkningen av den ytre energien E0, men svekket av motsetningen til den indre E '.

Typer polarisering

Det er av to typer inne i dielektriske:

1. orientering;

2. elektronisk.

Den første typen har tilleggsnavnet dipolpolarisering. Det er iboende i dielektrikum med forskjøvede sentre ved negative og positive ladninger, som danner molekyler av mikroskopiske dipoler - et nøytralt sett med to ladninger. Dette er karakteristisk for vann, nitrogendioksid, hydrogensulfid.

Uten påvirkning av et eksternt elektrisk felt, er de molekylære dipolene til slike stoffer orientert på en kaotisk måte under påvirkning av prosesser ved driftstemperaturen. Samtidig er det ingen elektrisk ladning på noe punkt i det indre volumet og på den ytre overflaten av dielektrikumet.

Dette bildet endres under påvirkning av eksternt påført energi, når dipolene endrer orienteringen litt og områder med ukompenserte makroskopiske bundne ladninger vises på overflaten, og danner et felt E' med en retning motsatt av den påførte E0.

Med slik polarisering har temperatur stor innflytelse på prosesser, forårsaker termisk bevegelse og skaper desorienterende faktorer.

Elektronisk polarisering, elastisk mekanisme

Det manifesterer seg i ikke-polare dielektriske materialer - materialer av en annen type med molekyler blottet for et dipolmoment, som, under påvirkning av et eksternt felt, deformeres slik at de positive ladningene er orientert i retning av E0-vektoren, og de negative ladningene er orientert i motsatt retning.

Som et resultat fungerer hvert av molekylene som en elektrisk dipol orientert langs aksen til det påførte feltet. På denne måten skaper de på den ytre overflaten sitt felt E 'med motsatt retning.

I slike stoffer avhenger ikke deformasjonen av molekylene og derfor polarisasjonen på grunn av virkningen av et eksternt felt av deres bevegelse under påvirkning av temperatur. Metan CH4 kan nevnes som et eksempel på et ikke-polart dielektrikum.

Den numeriske verdien av det indre feltet til de to typer dielektrikum endres først i størrelse i direkte proporsjon med økningen av det eksterne feltet, og deretter, når metning er nådd, vises ikke-lineære effekter. De oppstår når alle molekylære dipoler er ordnet langs kraftlinjene til polare dielektriske stoffer eller endringer har skjedd i strukturen til ikke-polar materie, på grunn av den sterke deformasjonen av atomer og molekyler av stor energi påført fra utsiden.

I praksis er slike tilfeller sjeldne - vanligvis oppstår svikt eller svikt i isolasjonen tidligere.

Den dielektriske konstanten

Blant isolasjonsmaterialer spilles en viktig rolle av de elektriske egenskapene og slike indikatorer som den dielektriske konstanten... Det kan måles med to forskjellige egenskaper:

1. absolutt verdi;

2. relativ verdi.

Begrepet absolutt dielektrisk konstant stoffer εa brukes når det refereres til den matematiske notasjonen til Coulombs lov. Den, i form av koeffisient εα, forbinder vektorene for induksjon D og intensitet E.

La oss huske at den franske fysikeren Charles de Coulomb, ved hjelp av sin egen torsjonsbalanse, undersøkte lovene for elektriske og magnetiske krefter mellom små ladede legemer.

Bestemmelsen av den relative permeabiliteten til et medium brukes til å karakterisere de isolerende egenskapene til et stoff. Den estimerer forholdet mellom interaksjonskraften mellom to punktladninger under to forskjellige forhold: i vakuum og i et arbeidsmiljø. I dette tilfellet tas vakuumindeksene som 1 (εv = 1), mens de for reelle stoffer alltid er høyere, εr> 1.

Det numeriske uttrykket εr er vist som en dimensjonsløs størrelse forklart av effekten av polarisering i dielektrikum og brukes til å evaluere deres egenskaper.

Dielektriske konstantverdier for individuelle medier (ved romtemperatur)

Stoff ε Stoff ε Segnet salt 6000 Diamant 5,7 Rutil (på optisk akse) 170 Vann 81 Polyetylen 2,3 Etanol 26,8 Silisium 12,0 Glimmer 6 Glassbeger 5-16 Karbondioksid 1,00099 NaCl 1,00099 NaCl 1,022 2. Benz 1,022. (760 mmHg) 1,00057