Tokie reiškiniai, kaip dielektrinis jautrumas ir laidumas, randami ne tik fizikoje, bet ir kasdieniame gyvenime. Atsižvelgiant į tai, būtina nustatyti šių reiškinių reikšmę moksle, jų įtaką ir pritaikymą kasdieniame gyvenime.
Įtempimo nustatymas
Intensyvumas yra vektorinis dydis fizikoje, kuris apskaičiuojamas pagal jėgą, kuri veikia vieną teigiamą krūvį, esantį tiriamo lauko taške. Įdėjus dielektriką į išorinį elektrostatinį lauką, jis įgauna dipolio momentą, kitaip tariant, poliarizuojasi. Norint kiekybiškai apibūdinti poliarizaciją dielektrike, naudojama poliarizacija – vektorinis fizikinis indeksas, apskaičiuojamas kaip dielektriko tūrio reikšmės dipolio momentas.
Intensyvumo vektorius, praeinantis per paviršių tarp dviejų dielektrikų, staigiai keičiasi, sukeldamas trikdžius skaičiuojant elektrostatinius laukus. Šiuo atžvilgiu įvedama papildoma charakteristika - vektoriuselektrinis poslinkis.
Naudodami laidumą galite sužinoti, kiek kartų dielektrikas gali susilpninti išorinį lauką. Norint racionaliausiai paaiškinti elektrostatinius laukus dielektrikuose, naudojamas elektrinio poslinkio vektorius.
Pagrindiniai apibrėžimai
Absoliutus terpės laidumas yra koeficientas, įtrauktas į Kulono dėsnio matematinį žymėjimą ir ryšio tarp elektrinio lauko stiprio ir elektrinės indukcijos lygtį. Absoliutus laidumas gali būti pavaizduotas kaip santykinio terpės laidumo ir elektros konstantos sandauga.
Dielektrinis jautrumas, vadinamas medžiagos poliarizuotumu, yra fizinis dydis, kuris gali būti poliarizuotas veikiant elektriniam laukui. Tai taip pat yra išorinio elektrinio lauko tiesinio ryšio su dielektriko poliarizacija mažame lauke koeficientas. Dielektrinio jautrumo formulė parašyta taip: X=na.
Daugeliu atvejų dielektrikai turi teigiamą dielektrinį jautrumą, o ši vertė yra be matmenų.
Feroelektra yra fizinis reiškinys, esantis tam tikruose kristaluose, vadinamuose feroelektrika, esant tam tikroms temperatūros vertėms. Jis susideda iš spontaniškos poliarizacijos atsiradimo kristale net ir be išorinio elektrinio lauko. Skirtumas tarp feroelektrikų ir piroelektrikų yrakad tam tikruose temperatūrų intervaluose jų kristalų modifikacija kinta ir atsitiktinė poliarizacija išnyksta.
Elektrikai šioje srityje elgiasi ne kaip laidininkai, tačiau jie turi bendrų bruožų. Dielektrikas nuo laidininko skiriasi tuo, kad nėra laisvų įkrautų laikiklių. Jų yra, bet minimaliais kiekiais. Laidininke elektronas, laisvai judantis metalo kristalinėje gardelėje, taps panašiu krūvininku. Tačiau dielektrike esantys elektronai yra susieti su savo atomais ir negali lengvai judėti. Įvedus dielektrikus į lauką su elektra, jame kaip laidininkas atsiranda elektrizacija. Skirtumas nuo dielektriko yra tas, kad elektronai laisvai nejuda visame tūryje, kaip tai vyksta laidininke. Tačiau veikiant išoriniam elektriniam laukui, iš medžiagos molekulės vidaus atsiranda nedidelis krūvių poslinkis: teigiamas pasislinks lauko kryptimi, o neigiamas – atvirkščiai.
Šiuo atžvilgiu paviršius įgauna tam tikrą krūvį. Krūvio atsiradimo ant medžiagos paviršiaus, veikiant elektriniams laukams, procedūra vadinama dielektrine poliarizacija. Jei vienalyčiame ir nepoliniame dielektrike su tam tikra molekulių koncentracija visos dalelės yra vienodos, tada poliarizacija taip pat bus tokia pati. Ir dielektriko dielektrinio jautrumo atveju ši vertė bus be matmenų.
Apriboti mokesčiai
Dėl poliarizacijos proceso dielektrinės medžiagos tūryje atsiranda nekompensuoti krūviai, vadinami poliarizaciniais arba surištaisiais. dalelės,turintys šiuos krūvius, yra molekulių krūviuose ir, veikiami išorinio elektrinio lauko, yra išstumiami iš pusiausvyros padėties nepaliekant molekulės, kurioje yra.
Surištieji krūviai pasižymi paviršiaus tankiu. Terpės dielektrinis jautrumas ir pralaidumas lemia, kiek kartų dviejų elektros krūvių surišimo jėga erdvėje yra mažesnė už tą patį rodiklį vakuume.
Daugumos kitų dujų santykinis oro jautrumas ir pralaidumas standartinėmis sąlygomis yra artimas vienetui (dėl mažos plokštumos). Santykinis dielektrinis jautrumas ir laidumas feroelektrikuose yra dešimtys ir šimtai tūkstančių ant poros dielektrikų, kurių medžiagos absoliutus pralaidumas ir jautrumas, taip pat tarp jų yra vienodos tangentinės stiprio komponentai, atskyrimo paviršiuje.
Tarp daugelio praktinių situacijų yra susidūrimas su srovės perėjimu iš metalinio korpuso į aplinkinį pasaulį, o pastarojo savitasis laidumas kelis kartus mažesnis už šio kūno laidumą. Panašios situacijos gali atsirasti, pavyzdžiui, srovei praeinant per metalinius elektrodus, palaidotus žemėje. Dažnai naudojami plieniniai elektrodai. Jei užduotis yra nustatyti stiklo dielektrinį jautrumą, tai užduotį šiek tiek apsunkins tai, kad ši medžiaga turi jonų atsipalaidavimo savybę, dėl kurios mažapavėluotas.
Ant skirtingos laidumo dielektrikų poros ribos, esant išoriniam laukui, poliarizacijos krūviai atsiranda su skirtingais indeksais ir skirtingo paviršiaus tankio. Taip gaunama nauja lauko linijos lūžio sąlyga pereinant iš dielektriko į kitą.
Srovės linijų lūžio dėsnį savo forma galima laikyti panašiu į poslinkio linijų ties dviejų dielektrikų slenksčio elektrostatiniuose laukuose lūžio dėsnį.
Kiekvienas aplinkinio pasaulio kūnas ir medžiaga turi tam tikrų elektrinių savybių. To priežastis slypi molekulinėje ir atominėje struktūroje – įkrautų dalelių, kurios yra tarpusavyje susijusios arba laisvos, buvimas.
Jei medžiaga nėra veikiama išorinio lauko, tai tokios dalys yra viena kitą balansuojančios bendrame bendrame tūryje, nesukuriant papildomų elektrinių laukų. Jei elektros energija bus naudojama iš išorės, esamų molekulių ir atomų viduje atsiras krūvių persiskirstymas, dėl kurio atsiras vidinis laukas, kuris bus nukreiptas į išorę.
Jei taikomą išorinį lauką priskiriate E0, o vidinį E', tada visas laukas E bus šių reikšmių suma.
Visos elektroje esančios medžiagos paprastai skirstomos į:
- dirigentai;
- dielektrikai.
Ši klasifikacija egzistavo ilgą laiką, bet nėra visiškai tiksli, nes mokslas jau seniai atrado kūnus su naujais arba kombinuotaismedžiagos savybės.
Dirigentai
Kaip laidžios medžiagos gali būti terpės, kuriose yra nemokami mokesčiai. Metalai dažnai laikomi tokiais dalykais, nes jų struktūra reiškia, kad nuolat yra laisvųjų elektronų, kurie gali judėti visoje medžiagos ertmėje. Terpės dielektrinis jautrumas leidžia būti terminio proceso dalyviu
Jei laidininkas yra izoliuotas nuo išorinio elektrinio lauko poveikio, tada jo viduje atsiranda pusiausvyra tarp teigiamų ir neigiamų krūvių. Ši būsena iš karto išnyksta, kai elektriniame lauke atsiranda laidininkas, kuris savo energija perskirsto įkrautas daleles ir provokuoja nesubalansuotų krūvių, turinčių teigiamą ir neigiamą reikšmę, atsiradimą išoriniame paviršiuje
Šis reiškinys vadinamas elektrostatine indukcija. Krūviai, atsiradę jam veikiant metalo paviršiuje, vadinami indukciniais krūviais.
Indukciniai krūviai, atsiradę laidininke, sukuria savo lauką, kuris kompensuoja išorinio lauko įtaką laidininko viduje. Šiuo atžvilgiu bendrojo elektrostatinio lauko rodiklis bus kompensuojamas ir lygus 0. Kiekvieno taško potencialai viduje ir išorėje yra vienodi.
Šis rezultatas rodo, kad laidininko viduje (net ir prijungus išorinį lauką) nėra potencialų skirtumo ir elektrostatinio lauko. Šis faktas naudojamas ekranavimui dėl naudojimoLaukams jautrių žmogaus ir elektros įrenginių, ypač didelio tikslumo matavimo prietaisų ir mikroprocesorinės technologijos, elektrooptinės apsaugos metodas.
Taip pat yra ryšys tarp leidžiamumo ir jautrumo. Tačiau tai galima išreikšti naudojant formulę. Taigi ryšys tarp dielektrinės konstantos ir dielektrinio jautrumo yra toks: e=1+X.
ESD principas
Ekranavimo pagalba drabužiai ir batai, pagaminti iš medžiagų, turinčių laidžias savybes, įskaitant kepures, naudojami energetikos sektoriuje darbuotojų, dirbančių aukštos įtampos, kurią sukelia aukštos įtampos įrenginiai, saugai. Elektrostatinis laukas neprasiskverbia į laidininko vidų, nes įvedant laidininką į elektrinį lauką jį kompensuos laukas, atsirandantis dėl laisvųjų krūvių judėjimo.
Dielektrika
Šis pavadinimas priklauso medžiagoms, kurios turi izoliacinių savybių. Juose yra tik tarpusavyje susiję mokesčiai, o ne nemokami. Kiekviena juose esanti teigiama dalelė bus sujungta su neigiama atomo viduje su bendru neutraliu krūviu be laisvo judėjimo. Jie pasiskirsto iš dielektrikų vidaus ir negali pakeisti savo padėties veikiami išorinių laukų. Tuo pačiu metu medžiagos dielektrinis jautrumas ir gaunama energija vis tiek sukelia tam tikrus medžiagos struktūros pokyčius. Iš atomo ir molekulės vidaus santykis keičiasimedžiagos paviršiuje atsiranda teigiami ir neigiami dalelės krūviai bei papildomi nesubalansuoti tarpusavyje susiję krūviai, sukuriantys vidinį elektrinį lauką. Jis nukreiptas į iš išorės taikomą įtampą.
Šis reiškinys vadinamas dielektrine poliarizacija. Jį galima apibūdinti tuo, kad iš medžiagos vidaus atsiranda elektrinis laukas, kurį sukelia išorinės energijos įtaka, bet susilpnėja vidinio lauko priešprieša.
Poliarizacijos tipai
Dielektrikų viduje jį galima pavaizduoti dviem tipais:
- orientacija;
- elektroninė.
Pirmasis tipas turi ir papildomą pavadinimą – dipolio poliarizacija. Ši savybė būdinga dielektrikams su pasislinkusiais centrais prie teigiamo ir neigiamo krūvio, kurie sukuria molekules iš mažų dipolių – neutralaus krūvių poros derinio. Šis reiškinys būdingas skystam vandenilio sulfidui, kuriame yra azoto.
Be išorinio elektrinio lauko įtakos šiose medžiagose, molekuliniai dipoliai orientuojami atsitiktinai, veikiami esamų temperatūros pokyčių, kai dielektriko išorėje neatsiranda elektros krūvio.
Šis vaizdas keičiasi veikiant energijai, nukreiptai iš išorės, kai dipoliai mažai keičia savo orientaciją, o paviršiuje atsiranda nekompensuoti makroskopiniai surištieji krūviai, sukuriantys priešingos krypties lauką, nei iš išorės taikomas laukas.
Elektroninė poliarizacija, elastingamechanizmas
Šis reiškinys atsiranda nepoliariniuose dielektrikuose – skirtingo tipo medžiagose, kurių molekulėse nėra dipolio momento, kurie, veikiant išoriniam laukui, deformuojasi taip, kad į vidų orientuotųsi tik teigiami krūviai. išorinio lauko vektoriaus kryptis, o neigiami krūviai – priešinga kryptimi.
Todėl kiekviena molekulė veikia kaip elektrinis dipolis, orientuotas išilgai taikomo išorinio lauko ašies. Panašiai išoriniame paviršiuje atsiranda savas laukas, kurio kryptis priešinga.
Nepolinio dielektriko poliarizacija
Šioms medžiagoms molekulių pasikeitimas ir vėlesnė poliarizacija nuo lauko įtakos nepriklauso nuo jų judėjimo veikiant temperatūrai. Metanas CH4 gali būti naudojamas kaip nepolinis dielektrikas. Abiejų dielektrikų vidinio lauko skaitiniai rodikliai iš pradžių keisis proporcingai išorinio lauko pokyčiui, o po soties atsiranda netiesinio tipo efektai. Jie atsiranda, kai kiekvienas molekulinis dipolis išsirikiuoja išilgai jėgos linijų šalia poliarinių dielektrikų arba atsiranda nepolinių medžiagų pokyčių, kuriuos sukelia stipri atomų ir molekulių deformacija dėl didelio energijos kiekio, nukreipto iš išorės. Praktiniais atvejais tai nutinka itin retai.
Dielektrinė konstanta
Tarp izoliacinių medžiagų rimtas vaidmuo tenka elektriniams indikatoriams ir tokiai charakteristikai kaip dielektrinė konstanta. Abu vertinami pagal dvi skirtingas charakteristikas:
- absoliuti vertė;
- santykinis rodiklis.
Sąvoka absoliutus medžiagos laidumas reiškia Kulono dėsnio matematinį žymėjimą. Jo pagalba santykis tarp indukcijos vektoriaus ir intensyvumo aprašomas koeficiento forma.
