Ce este constanta dielectrică

Fiecare substanță sau corp care ne înconjoară are anumite proprietăți electrice. Acest lucru se datorează structurii moleculare și atomice: prezența particulelor încărcate într-o stare legată reciproc sau liber.

Atunci când niciun câmp electric extern nu acționează asupra substanței, aceste particule sunt distribuite în așa fel încât să se echilibreze între ele și să nu creeze un câmp electric suplimentar în întregul volum total. În cazul aplicării exterioare a energiei electrice în interiorul moleculelor și atomilor, are loc o redistribuire a sarcinilor, care duce la crearea propriului câmp electric intern îndreptat împotriva celui extern.

Dacă vectorul câmpului extern aplicat este notat cu «E0», iar cel intern «E '», atunci câmpul total «E» va fi suma energiei acestor două mărimi.

În electricitate, se obișnuiește să se împartă substanțele în:

• fire;

• dielectrice.

Această clasificare există de mult timp, deși este destul de arbitrară, deoarece multe corpuri au proprietăți diferite sau combinate.

Dirijori

Transportatorii care au taxe gratuite sunt folosiți ca conductori.Cel mai adesea, metalele acționează ca conductori, deoarece electronii liberi sunt întotdeauna prezenți în structura lor, care se pot mișca în volumul substanței și, în același timp, sunt participanți la procesele termice.

Când un conductor este izolat de acțiunea câmpurilor electrice externe, atunci se creează în el un echilibru de sarcini pozitive și negative din rețele ionice și electroni liberi. Acest echilibru este imediat distrus când un conductor într-un câmp electric — datorită energiei la care începe redistribuirea particulelor încărcate și pe suprafața exterioară apar sarcini dezechilibrate cu valori pozitive și negative.

Acest fenomen se numește de obicei inducție electrostatică... Sarcinile pe care le încarcă pe suprafața metalelor se numesc sarcini de inducție.

Sarcinile inductive formate în conductor formează un câmp propriu E', care compensează efectul E0 extern în interiorul conductorului. Prin urmare, valoarea câmpului electrostatic total, total este compensată și egală cu 0. În acest caz, potențialele tuturor punctelor atât în ​​interior cât și în exterior sunt aceleași.

Concluzia obținută arată că în interiorul conductorului, chiar și cu un câmp extern conectat, nu există nicio diferență de potențial și nici câmpuri electrostatice. Acest fapt este folosit în ecranare — aplicarea unei metode de protecție electrostatică a persoanelor și echipamentelor electrice sensibile la câmpurile induse, în special instrumentele de măsurare de precizie și tehnologia microprocesoarelor.

Îmbrăcămintea și încălțămintea ecranată din țesături cu fire conductoare, inclusiv pălăriile, sunt utilizate în energie electrică pentru a proteja personalul care lucrează în condiții de tensiune crescută create de echipamentele de înaltă tensiune.

Dielectrice

Acesta este numele substanțelor care au proprietăți izolante. Acestea conțin doar taxe interconectate, nu gratuități. Toate au particule pozitive și negative legate într-un atom neutru, lipsite de libertatea de mișcare. Ele sunt distribuite în interiorul dielectricului și nu se mișcă sub acțiunea câmpului extern aplicat E0.

Cu toate acestea, energia sa provoacă în continuare anumite modificări în structura substanței — în interiorul atomilor și moleculelor, raportul dintre particule pozitive și negative se modifică, iar la suprafața substanței apar sarcini asociate excesive, dezechilibrate, formând un câmp electric intern. E'. Este îndreptată împotriva tensiunii aplicate din exterior.

Acest fenomen se numește polarizare dielectrică... Se caracterizează prin faptul că în interiorul substanței apare un câmp electric E, format prin acțiunea energiei exterioare E0, dar slăbit prin opoziția E' intern.

Tipuri de polarizare

Este de două tipuri în interiorul dielectricilor:

1. orientare;

2. electronice.

Primul tip are denumirea suplimentară de polarizare dipol. Este inerent dielectricilor cu centrii deplasați la sarcini negative și pozitive, care formează molecule de dipoli microscopici - un set neutru de două sarcini. Aceasta este caracteristică apei, dioxidului de azot, hidrogenului sulfurat.

Fără acțiunea unui câmp electric extern, dipolii moleculari ai unor astfel de substanțe sunt orientați în mod haotic sub influența proceselor la temperatura de funcționare. În același timp, nu există sarcină electrică în niciun punct al volumului interior și pe suprafața exterioară a dielectricului.

Această imagine se schimbă sub influența energiei aplicate extern, când dipolii își schimbă ușor orientarea și apar regiuni de sarcini legate macroscopice necompensate la suprafață, formând un câmp E' cu o direcție opusă E0 aplicată.

Cu o astfel de polarizare, temperatura are o mare influență asupra proceselor, provocând mișcare termică și creând factori de dezorientare.

Polarizare electronică, mecanism elastic

Se manifestă în dielectrici nepolari - materiale de alt tip cu molecule lipsite de moment dipol, care, sub influența unui câmp extern, sunt deformate astfel încât sarcinile pozitive sunt orientate în direcția vectorului E0 și sarcinile negative sunt orientate în sens invers.

Ca urmare, fiecare dintre molecule acționează ca un dipol electric orientat de-a lungul axei câmpului aplicat. În acest fel, ei creează pe suprafața exterioară câmpul lor E 'cu direcția opusă.

În astfel de substanțe, deformarea moleculelor și deci polarizarea datorată acțiunii unui câmp exterior nu depinde de mișcarea lor sub influența temperaturii. Metanul CH4 poate fi citat ca exemplu de dielectric nepolar.

Valoarea numerică a câmpului intern al celor două tipuri de dielectrici se modifică mai întâi în mărime direct proporțional cu creșterea câmpului extern, iar apoi, când se atinge saturația, apar efecte neliniare. Ele apar atunci când toți dipolii moleculari sunt aranjați de-a lungul liniilor de forță ale dielectricilor polari sau s-au produs modificări în structura materiei nepolare, datorită deformării puternice a atomilor și moleculelor prin energie mare aplicată din exterior.

În practică, astfel de cazuri sunt rare - de obicei, defecțiunea sau defectarea izolației are loc mai devreme.

Constanta dielectrică

Printre materialele izolante, un rol important îl au caracteristicile electrice și indicatori precum constanta dielectrică... Poate fi măsurată prin două caracteristici diferite:

1. valoare absolută;

2. valoare relativă.

Termenul substanțe constante dielectrice absolute εa este folosit când se face referire la notația matematică a legii lui Coulomb. Acesta, sub forma coeficientului εα, conectează vectorii de inducție D și intensitatea E.

Să ne amintim că fizicianul francez Charles de Coulomb, folosind propria sa balanță de torsiune, a investigat legile forțelor electrice și magnetice între corpuri mici încărcate.

Determinarea permeabilității relative a unui mediu este utilizată pentru a caracteriza proprietățile izolante ale unei substanțe. Estimează raportul forței de interacțiune dintre două sarcini punctuale în două condiții diferite: în vid și într-un mediu de lucru. În acest caz, indicii de vid sunt luați ca 1 (εv = 1), în timp ce pentru substanțele reale sunt întotdeauna mai mari, εr> 1.

Expresia numerică εr este prezentată ca o mărime adimensională explicată prin efectul polarizării în dielectrici și este utilizată pentru a evalua caracteristicile acestora.

Valorile constantelor dielectrice ale mediilor individuale (la temperatura camerei)

Substanță ε Substanță ε Sare de Segnet 6000 Diamant 5,7 Rutil (pe axa optică) 170 Apă 81 Polietilenă 2,3 Etanol 26,8 Siliciu 12,0 Mică 6 Pahar de sticlă 5-16 Dioxid de carbon 1,00099 NaCl 5,26 Aer 2,262201 steam 0 mmHg) 1,00057