Hvad er dielektrisk konstant

Ethvert stof eller legeme, der omgiver os, har visse elektriske egenskaber. Dette skyldes den molekylære og atomare struktur: tilstedeværelsen af ​​ladede partikler i en gensidigt bundet eller fri tilstand.

Når der ikke virker noget eksternt elektrisk felt på stoffet, fordeles disse partikler på en sådan måde, at de balancerer hinanden og ikke skaber et ekstra elektrisk felt i hele det samlede volumen. I tilfælde af ekstern anvendelse af elektrisk energi inde i molekylerne og atomerne sker der en omfordeling af ladninger, hvilket fører til skabelsen af ​​sit eget indre elektriske felt rettet mod det ydre.

Hvis vektoren for det påførte eksterne felt er betegnet som «E0», og den interne «E '», så vil det samlede felt «E» være summen af ​​energien af ​​disse to størrelser.

I elektricitet er det sædvanligt at opdele stoffer i:

• ledninger;

• dielektrikum.

Denne klassificering har eksisteret i lang tid, selvom den er ret vilkårlig, da mange kroppe har forskellige eller kombinerede egenskaber.

Dirigenter

Transportører, der har gratis afgifter, bruges som konduktører.Oftest fungerer metaller som ledere, da frie elektroner altid er til stede i deres struktur, som er i stand til at bevæge sig gennem stoffets volumen og samtidig deltager i termiske processer.

Når en leder er isoleret fra virkningen af ​​eksterne elektriske felter, skabes en balance mellem positive og negative ladninger i den fra iongitter og frie elektroner. Denne ligevægt ødelægges øjeblikkeligt når en leder i et elektrisk felt - på grund af den energi, hvorved omfordelingen af ​​ladede partikler begynder, og ubalancerede ladninger med positive og negative værdier vises på den ydre overflade.

Dette fænomen kaldes normalt elektrostatisk induktion... De ladninger, det oplader på overfladen af ​​metaller, kaldes induktionsladninger.

Induktive ladninger dannet i lederen danner et selvfelt E ', som kompenserer for effekten af ​​den ydre E0 inde i lederen. Derfor er værdien af ​​det totale, totale elektrostatiske felt kompenseret og lig med 0. I dette tilfælde er potentialerne for alle punkter både indeni og udenfor ens.

Den opnåede konklusion viser, at inde i lederen, selv med et eksternt felt tilsluttet, er der ingen potentialforskel og ingen elektrostatiske felter. Denne kendsgerning bruges til afskærmning — anvendelsen af ​​en metode til elektrostatisk beskyttelse af mennesker og elektrisk udstyr, der er følsomt over for inducerede felter, især præcisionsmåleinstrumenter og mikroprocessorteknologi.

Beskyttet tøj og fodtøj fremstillet af stoffer med ledende tråde, herunder hatte, bruges i elektricitet for at beskytte personale, der arbejder under forhold med øget spænding skabt af højspændingsudstyr.

Dielektrik

Dette er navnet på stoffer, der har isolerende egenskaber. De indeholder kun indbyrdes forbundne gebyrer, ikke freebies. De har alle positive og negative partikler bundet i et neutralt atom, frataget bevægelsesfriheden. De er fordelt inde i dielektrikumet og bevæger sig ikke under påvirkning af det påførte eksterne felt E0.

Dets energi forårsager dog stadig visse ændringer i stoffets struktur - inde i atomerne og molekylerne ændres forholdet mellem positive og negative partikler, og på overfladen af ​​stoffet opstår der for store, ubalancerede associerede ladninger, der danner et indre elektrisk felt E '. Den er rettet mod den spænding, der påføres udefra.

Dette fænomen kaldes dielektrisk polarisering... Det er kendetegnet ved, at der opstår et elektrisk felt E inde i stoffet, dannet ved virkningen af ​​den ydre energi E0, men svækket af modsætningen af ​​det indre E '.

Typer af polarisering

Det er af to typer inde i dielektrikum:

1. orientering;

2. elektronisk.

Den første type har det ekstra navn dipolpolarisering. Det er iboende i dielektrikum med forskudte centre ved negative og positive ladninger, som danner molekyler af mikroskopiske dipoler - et neutralt sæt af to ladninger. Dette er karakteristisk for vand, nitrogendioxid, hydrogensulfid.

Uden påvirkning af et eksternt elektrisk felt er de molekylære dipoler af sådanne stoffer orienteret på en kaotisk måde under påvirkning af processer ved driftstemperaturen. Samtidig er der ingen elektrisk ladning på noget punkt i det indre volumen og på den ydre overflade af dielektrikumet.

Dette billede ændrer sig under påvirkning af eksternt påført energi, når dipolerne en smule ændrer deres orientering, og områder med ukompenserede makroskopiske bundne ladninger vises på overfladen og danner et felt E' med en retning modsat den påførte E0.

Med en sådan polarisering har temperaturen stor indflydelse på processer, hvilket forårsager termisk bevægelse og skaber desorienterende faktorer.

Elektronisk polarisering, elastisk mekanisme

Det manifesterer sig i ikke-polære dielektrika - materialer af en anden type med molekyler uden dipolmoment, som under påvirkning af et eksternt felt deformeres, så de positive ladninger er orienteret i retning af E0-vektoren, og de negative ladninger er orienteret i den modsatte retning.

Som et resultat virker hvert af molekylerne som en elektrisk dipol orienteret langs aksen af ​​det påførte felt. På denne måde skaber de på den ydre overflade deres felt E 'med den modsatte retning.

I sådanne stoffer afhænger deformationen af ​​molekylerne og derfor polariseringen på grund af virkningen af ​​et eksternt felt ikke af deres bevægelse under indflydelse af temperatur. Methan CH4 kan nævnes som et eksempel på et ikke-polært dielektrikum.

Den numeriske værdi af det indre felt af de to typer dielektriske stoffer ændrer sig først i størrelse i direkte proportion til stigningen af ​​det ydre felt, og derefter, når mætning er nået, vises ikke-lineære effekter. De opstår, når alle molekylære dipoler er arrangeret langs kraftlinjerne for polære dielektrika, eller der er sket ændringer i strukturen af ​​ikke-polært stof på grund af den stærke deformation af atomer og molekyler af stor energi påført udefra.

I praksis er sådanne tilfælde sjældne - normalt opstår fejl eller svigt af isoleringen tidligere.

Den dielektriske konstant

Blandt isoleringsmaterialer spilles en vigtig rolle af de elektriske egenskaber og sådanne indikatorer som den dielektriske konstant... Det kan måles ved to forskellige karakteristika:

1. absolut værdi;

2. relativ værdi.

Udtrykket absolutte dielektriske konstantstoffer εa bruges, når der henvises til den matematiske notation af Coulombs lov. Det, i form af koefficient εα, forbinder vektorerne for induktion D og intensitet E.

Lad os huske på, at den franske fysiker Charles de Coulomb ved hjælp af sin egen torsionsbalance undersøgte lovene for elektriske og magnetiske kræfter mellem små ladede legemer.

Bestemmelsen af ​​et mediums relative permeabilitet bruges til at karakterisere et stofs isolerende egenskaber. Den estimerer forholdet mellem vekselvirkningskraften mellem to punktladninger under to forskellige forhold: i vakuum og i et arbejdsmiljø. I dette tilfælde tages vakuumindeksene som 1 (εv = 1), mens de for reelle stoffer altid er højere, εr> 1.

Det numeriske udtryk εr er vist som en dimensionsløs størrelse forklaret af effekten af ​​polarisering i dielektrikum og bruges til at evaluere deres karakteristika.

Dielektriske konstantværdier for individuelle medier (ved stuetemperatur)

Stof ε Stof ε Segnet salt 6000 Diamant 5,7 Rutil (på optisk akse) 170 Vand 81 Polyethylen 2,3 Ethanol 26,8 Silicium 12,0 Glimmer 6 Glasbæger 5-16 Kulsyre 1,00099 NaCl 1,00099 NaCl 1,022, Benz, 1,022, 2,2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2. (760 mmHg) 1,00057