Kas yra dielektrinė konstanta

Kiekviena mus supanti medžiaga ar kūnas turi tam tikrų elektrinių savybių. Taip yra dėl molekulinės ir atominės struktūros: įkrautų dalelių buvimo tarpusavyje surištoje arba laisvoje būsenoje.

Kai medžiagos neveikia išorinis elektrinis laukas, šios dalelės pasiskirsto taip, kad viena kitą subalansuotų ir nesukurtų papildomo elektrinio lauko visame bendrame tūryje. Išoriškai panaudojus elektros energiją molekulių ir atomų viduje, įvyksta krūvių perskirstymas, dėl kurio sukuriamas vidinis elektrinis laukas, nukreiptas prieš išorinį.

Jei taikomo išorinio lauko vektorius žymimas "E0", o vidinis - "E", tada bendras laukas "E" bus šių dviejų dydžių energijos suma.

Elektroje įprasta medžiagas skirstyti į:

• laidai;

• dielektrikai.

Ši klasifikacija egzistavo ilgą laiką, nors ji yra gana savavališka, nes daugelis kūnų turi skirtingas arba kombinuotas savybes.

Dirigentai

Nemokamų mokesčių vežėjai naudojami kaip laidininkai.Dažniausiai metalai veikia kaip laidininkai, nes jų struktūroje visada yra laisvųjų elektronų, kurie gali judėti per visą medžiagos tūrį ir tuo pačiu yra šiluminių procesų dalyviai.

Kai laidininkas yra izoliuotas nuo išorinių elektrinių laukų veikimo, tada jame iš jonų gardelių ir laisvųjų elektronų susidaro teigiamų ir neigiamų krūvių balansas. Ši pusiausvyra iš karto sunaikinama, kai laidininkas elektriniame lauke - dėl energijos, kuriai esant prasideda įkrautų dalelių persiskirstymas, o išoriniame paviršiuje atsiranda nesubalansuoti krūviai su teigiamomis ir neigiamomis reikšmėmis.

Šis reiškinys dažniausiai vadinamas elektrostatine indukcija... Krūviai, kuriuos jis įkrauna metalų paviršiuje, vadinami indukciniais krūviais.

Indukciniai krūviai, susidarę laidininke, sudaro savaiminį lauką E ', kuris kompensuoja išorinio E0 poveikį laidininko viduje. Todėl suminio, suminio elektrostatinio lauko reikšmė kompensuojama ir lygi 0. Šiuo atveju visų taškų potencialai tiek viduje, tiek išorėje yra vienodi.

Gauta išvada rodo, kad laidininko viduje, net ir prijungus išorinį lauką, nėra potencialų skirtumo ir elektrostatinių laukų. Šis faktas naudojamas ekranavimui – žmonių ir elektros įrenginių, jautrių indukuojamiesiems laukams, elektrostatinės apsaugos būdo, ypač tiksliųjų matavimo prietaisų ir mikroprocesorinės technologijos, taikymas.

Ekranuoti drabužiai ir avalynė iš audinių su laidžiais siūlais, įskaitant kepures, naudojami elektroje, siekiant apsaugoti darbuotojus, dirbančius aukštos įtampos įrangos sukuriamos padidintos įtampos sąlygomis.

Dielektrikai

Taip vadinamos medžiagos, turinčios izoliacinių savybių. Juose yra tik tarpusavyje susiję mokesčiai, o ne nemokami mokesčiai. Jie visi turi teigiamų ir neigiamų dalelių, surištų į neutralų atomą, atimtą judėjimo laisvę. Jie yra paskirstyti dielektriko viduje ir nejuda veikiami išorinio lauko E0.

Tačiau jo energija vis dar sukelia tam tikrus medžiagos struktūros pokyčius – atomų ir molekulių viduje keičiasi teigiamų ir neigiamų dalelių santykis, o medžiagos paviršiuje atsiranda pertekliniai, nesubalansuoti susiję krūviai, suformuojantys vidinį elektrinį lauką. E '. Jis nukreiptas prieš įtampą, taikomą iš išorės.

Šis reiškinys vadinamas dielektrine poliarizacija... Jam būdinga tai, kad medžiagos viduje atsiranda elektrinis laukas E, susidaręs veikiant išorinei energijai E0, bet susilpnintas vidinės E ' priešpriešos.

Poliarizacijos tipai

Jis yra dviejų tipų dielektrikuose:

1. orientacija;

2. elektroninis.

Pirmasis tipas turi papildomą dipolio poliarizacijos pavadinimą. Jis būdingas dielektrikams su pasislinkusiais centrais esant neigiamiems ir teigiamiems krūviams, kurie sudaro mikroskopinių dipolių molekules - neutralų dviejų krūvių rinkinį. Tai būdinga vandeniui, azoto dioksidui, vandenilio sulfidui.

Neveikiant išoriniam elektriniam laukui, tokių medžiagų molekuliniai dipoliai yra chaotiškai orientuojami veikiant procesams darbinėje temperatūroje. Tuo pačiu metu jokiame vidinio tūrio taške ir išoriniame dielektriko paviršiuje nėra elektros krūvio.

Šis vaizdas pasikeičia veikiant išoriškai veikiančiai energijai, kai dipoliai šiek tiek pakeičia savo orientaciją ir paviršiuje atsiranda nekompensuotų makroskopinių surištų krūvių sritys, suformuojančios lauką E', kurio kryptis yra priešinga nukreiptai E0.

Esant tokiai poliarizacijai, temperatūra turi didelę įtaką procesams, sukelia šiluminį judėjimą ir dezorientuojančius veiksnius.

Elektroninė poliarizacija, elastinis mechanizmas

Tai pasireiškia nepoliniais dielektrikais - skirtingo tipo medžiagomis, kurių molekulės neturi dipolio momento, kurios, veikiant išoriniam laukui, deformuojasi taip, kad teigiami krūviai būtų nukreipti E0 vektoriaus kryptimi ir neigiami krūviai yra nukreipti priešinga kryptimi.

Dėl to kiekviena molekulė veikia kaip elektrinis dipolis, orientuotas išilgai taikomo lauko ašies. Tokiu būdu jie sukuria išoriniame paviršiuje savo lauką E priešinga kryptimi.

Tokiose medžiagose molekulių deformacija ir dėl to poliarizacija dėl išorinio lauko veikimo nepriklauso nuo jų judėjimo veikiant temperatūrai. Metanas CH4 gali būti nurodytas kaip nepolinio dielektriko pavyzdys.

Dviejų tipų dielektrikų vidinio lauko skaitinė vertė pirmiausia keičiasi pagal dydį tiesiogiai proporcingai išorinio lauko padidėjimui, o tada, kai pasiekiamas prisotinimas, atsiranda netiesiniai efektai. Jie atsiranda, kai visi molekuliniai dipoliai yra išsidėstę pagal polinių dielektrikų jėgos linijas arba pasikeičia nepolinės medžiagos struktūra dėl stiprios atomų ir molekulių deformacijos dėl didelės energijos, veikiančios iš išorės.

Praktikoje tokie atvejai reti – dažniausiai izoliacijos gedimas arba gedimas įvyksta anksčiau.

Dielektrinė konstanta

Tarp izoliacinių medžiagų svarbų vaidmenį atlieka elektrinės charakteristikos ir tokie rodikliai kaip dielektrinė konstanta... Ją galima išmatuoti pagal dvi skirtingas charakteristikas:

1. absoliuti vertė;

2. santykinė vertė.

Terminas absoliučios dielektrinės konstantos medžiagos εa vartojamas kalbant apie Kulono dėsnio matematinį žymėjimą. Jis koeficiento εα forma jungia indukcijos D ir intensyvumo E vektorius.

Prisiminkime, kad prancūzų fizikas Šarlis de Kulonas, naudodamas savo paties sukimo balansą, ištyrė elektrinių ir magnetinių jėgų tarp mažų įkrautų kūnų dėsnius.

Santykinio terpės pralaidumo nustatymas naudojamas medžiagos izoliacinėms savybėms apibūdinti. Jis įvertina sąveikos jėgos santykį tarp dviejų taškinių krūvių dviem skirtingomis sąlygomis: vakuume ir darbo aplinkoje. Šiuo atveju vakuumo indeksai laikomi 1 (εv = 1), o realioms medžiagoms jie visada yra didesni, εr> 1.

Skaitinė išraiška εr rodoma kaip bematis dydis, paaiškinamas poliarizacijos poveikiu dielektrikuose ir naudojama jų charakteristikoms įvertinti.

Atskirų terpių dielektrinės konstantos vertės (kambario temperatūroje)

Medžiaga ε Medžiaga ε Segnet druska 6000 Deimantas 5.7 Rutilas (ant optinės ašies) 170 Vanduo 81 Polietilenas 26.8 Silicis 12.0 Žėrutis 6 Stiklinė stiklinė 5-16 Anglies dioksidas 1.000992 NaClzeno 5.26. .322 Oras (760 mmHg) 1,00057