De ce dielectricii nu conduc curentul

Pentru a răspunde la întrebarea „de ce un dielectric nu conduce electricitatea?” asupra apariţiei şi existenţei curentului electric… Și apoi să comparăm modul în care conductoarele și dielectricii se comportă în legătură cu găsirea unui răspuns la această întrebare.

Actual

Curentul electric se numește mișcare ordonată, adică direcționată, a particulelor încărcate câmp electric[…] Astfel, în primul rând, existența unui curent electric necesită prezența particulelor încărcate libere capabile să se miște într-o manieră direcționată. În al doilea rând, este necesar un câmp electric pentru a conduce aceste sarcini. Și, desigur, trebuie să existe un anumit spațiu în care are loc această mișcare a particulelor încărcate, numită curent electric.

Particulele încărcate libere sunt abundente în conductori: în metale, în electroliți, în plasmă. Într-un conductor de cupru, de exemplu, aceștia sunt electroni liberi, într-un electrolit - ioni, de exemplu, ioni de acid sulfuric (hidrogen și oxid de sulf) într-o baterie plumb-acid, în plasmă - ioni și electroni, ei sunt cei care se deplasează în timpul unei descărcări electrice într-un gaz ionizat.

Metal

De exemplu, să luăm două bucăți de sârmă de cupru și să le folosim pentru a conecta un bec mic la o baterie. Ce se va intampla? Lumina va începe să strălucească, ceea ce înseamnă că a curent electric continuu… Între capetele firelor există acum o diferență de potențial creată de baterie, ceea ce înseamnă că un câmp electric a început să acționeze în interiorul firului.

Câmpul electric forțează electronii învelișurilor exterioare ale atomilor de cupru să se miște în direcția câmpului - de la atom la atom, de la atom la următorul atom și așa mai departe de-a lungul lanțului, deoarece electronii învelișului exterior de metal atomii sunt mult mai puțin puternic legați de nuclee decât electronii mai aproape de nucleele orbitelor electronilor. De unde a rămas electronul, un alt electron vine de la borna negativă a bateriei, adică electronii se mișcă liber de-a lungul lanțului metalic, schimbându-și cu ușurință apartenența la atomi.

Ele par să formeze de-a lungul rețelei cristaline a metalului în direcția în care sunt împinși, încercând să accelereze, câmpul electric (de la minus la plus al sursei constante de EMF), în timp ce electronii se agață de atomii rețelei cristaline. pe tot parcursul drumului lor.

Unii electroni în cursul mișcării lor se sparg în atomi (datorită faptului că mișcarea termică vibrează întreaga structură a atomilor împreună cu electronii), în urma căreia conductorul se încălzește - așa se manifestă rezistența electrică a firelor.

Electroni liberi într-un metal

Studiul metalelor folosind raze X, precum și alte metode, a arătat că metalele au o structură cristalină.Aceasta înseamnă că sunt formate din atomi sau molecule dispuși într-un anumit mod în spațiu (în ordine, ioni) care creează alternanța corectă în toate cele trei dimensiuni.

În aceste condiții, atomii elementelor sunt situați atât de aproape unul de celălalt încât electronii lor exteriori aparțin acestui atom în același grad ca și celor vecini, drept urmare gradul de legătură a electronului la fiecare atom individual. este practic absent.

În funcție de tipul de metal, cel puțin unul dintre electronii fiecărui atom, uneori doi electroni, și în unele cazuri chiar trei electroni sunt liberi în ceea ce privește mișcările lor în metal, sub influența forțelor impuse extern.

Dielectric

Ce este într-un dielectric? Dacă în loc de fire de cupru iei plastic, hârtie sau ceva asemănător? Nu va exista electricitate, nu se va aprinde nicio lumină. De ce? Structura dielectricului este de așa natură încât constă din molecule neutre care, chiar și sub acțiunea unui câmp electric, nu își eliberează electronii într-o mișcare ordonată - pur și simplu nu pot. Nu există electroni de conducție liberă într-un dielectric, ca într-un metal.

Electronii exteriori din atomul oricărei molecule dielectrice sunt strâns strâns, în plus, ei participă la legăturile interne ale moleculei, în timp ce moleculele unei astfel de substanțe sunt de obicei neutre din punct de vedere electric. Tot ce pot face moleculele dielectrice este polarizarea.

Sub acțiunea unui câmp electric aplicat acestora, sarcinile electrice asociate fiecărei molecule se vor deplasa pur și simplu ușor din poziția de echilibru, în timp ce fiecare particulă încărcată va rămâne în propriul atom. Acest fenomen se numește deplasare a sarcinii polarizare dielectrică.

Ca urmare a polarizării, pe suprafața unui dielectric polarizat astfel apar sarcini de un câmp electric aplicat acestuia, care tind să reducă câmpul electric extern care a provocat polarizarea cu câmpul lor electric. Capacitatea unui dielectric de a slăbi un câmp electric extern în acest fel se numește constantă dielectrică.