Hvorfor dielektriske stoffer ikke leder strøm

For at besvare spørgsmålet "hvorfor leder et dielektrikum ikke elektricitet?" om udseendet og eksistensen af ​​elektrisk strøm… Og lad os så sammenligne, hvordan ledere og dielektrika opfører sig i forhold til at finde et svar på dette spørgsmål.

Nuværende

Elektrisk strøm kaldes ordnet, det vil sige rettet, bevægelse af ladede partikler elektrisk felt… For det første kræver eksistensen af ​​en elektrisk strøm tilstedeværelsen af ​​frit ladede partikler, der er i stand til at bevæge sig på en rettet måde. For det andet er et elektrisk felt nødvendigt for at drive disse ladninger. Og selvfølgelig skal der være et vist rum, hvori denne bevægelse af ladede partikler, kaldet elektrisk strøm, finder sted.

Frit ladede partikler er rigelige i ledere: i metaller, i elektrolytter, i plasma. I en kobberleder er det for eksempel frie elektroner, i en elektrolyt - ioner, for eksempel svovlsyreioner (brint og svovloxid) i et blybatteri, i plasma - ioner og elektroner er det dem, der bevæge sig under en elektrisk udladning i en ioniseret gas.

Metal

Lad os for eksempel tage to stykker kobbertråd og bruge dem til at forbinde en lille pære til et batteri. Hvad vil der ske? Lyset vil begynde at lyse, hvilket betyder, at en jævnstrøm… Mellem enderne af ledningerne er der nu en potentialforskel skabt af batteriet, hvilket betyder, at et elektrisk felt er begyndt at virke inde i ledningen.

Det elektriske felt tvinger elektronerne i kobberatomernes ydre skal til at bevæge sig i feltets retning - fra atom til atom, fra atom til det næste atom og så videre langs kæden, fordi elektronerne i de ydre skal af metal atomer er meget mindre stærkt bundet til kerner end elektroner tættere på kernerne i elektronbaner. Fra hvor elektronen var tilbage, kommer en anden elektron fra batteriets negative terminal, det vil sige elektroner bevæger sig frit langs metalkæden og ændrer let deres tilhørsforhold til atomer.

De ser ud til at danne sig langs metallets krystalgitter i den retning, de skubbes, og forsøger at accelerere, det elektriske felt (fra minus til plus af den konstante EMF-kilde), mens elektronerne klæber sig til krystalgitterets atomer langs deres vej.

Nogle elektroner i løbet af deres bevægelse bryder ind i atomer (på grund af det faktum, at den termiske bevægelse vibrerer hele strukturen af ​​atomer sammen med elektronerne), som et resultat af, at lederen opvarmes - sådan manifesterer den sig ledningernes elektriske modstand.

Frie elektroner i et metal

Undersøgelsen af ​​metaller ved hjælp af røntgenstråler, såvel som andre metoder, har vist, at metaller har en krystallinsk struktur.Det betyder, at de består af atomer eller molekyler arrangeret på en bestemt måde i rummet (i rækkefølge, ioner), der skaber den korrekte vekslen i alle tre dimensioner.

Under disse forhold er grundstoffernes atomer placeret så tæt på hinanden, at deres ydre elektroner tilhører dette atom i samme grad som til naboerne, hvorved graden af ​​binding af elektronen til hvert enkelt atom er praktisk talt fraværende.

Afhængigt af metaltypen er mindst en af ​​elektronerne i hvert atom, nogle gange to elektroner, og i nogle tilfælde endda tre elektroner frie med hensyn til deres bevægelser i metallet under påvirkning af ydre påførte kræfter.

Dielektrisk

Hvad er der i et dielektrikum? Hvis man i stedet for kobbertråde tager plastik, papir eller noget lignende? Der vil ikke være nogen elektricitet, intet lys vil tænde. Hvorfor? Strukturen af ​​dielektrikumet er sådan, at det består af neutrale molekyler, der, selv under påvirkning af et elektrisk felt, ikke frigiver deres elektroner i en ordnet bevægelse - de kan simpelthen ikke. Der er ingen frie ledningselektroner i et dielektrikum, som i et metal.

De ydre elektroner i atomet i ethvert dielektrisk molekyle er tæt pakket, desuden deltager de i molekylets indre bindinger, mens molekylerne i et sådant stof normalt er elektrisk neutrale. Alt dielektriske molekyler kan gøre er at polarisere.

Under påvirkning af et elektrisk felt påført dem, vil de tilknyttede elektriske ladninger af hvert molekyle simpelthen skifte lidt fra ligevægtspositionen, mens hver ladet partikel forbliver i sit eget atom. Dette fænomen kaldes ladningsforskydning dielektrisk polarisering.

Som et resultat af polarisering opstår ladninger på overfladen af ​​et dielektrikum polariseret på denne måde af et elektrisk felt påført det, som har en tendens til at reducere det eksterne elektriske felt, der forårsagede polariseringen med deres elektriske felt. Et dielektrikums evne til at svække et eksternt elektrisk felt på denne måde kaldes Dielektrisk konstant.