Varför dielektriska inte leder ström

För att svara på frågan "varför leder inte ett dielektrikum elektricitet?" på uppkomsten och förekomsten av elektrisk ström… Och låt oss sedan jämföra hur ledare och dielektrika beter sig i förhållande till att hitta ett svar på denna fråga.

Nuvarande

Elektrisk ström kallas ordnad, det vill säga riktad, rörelse av laddade partiklar elektriskt fält… För det första kräver alltså existensen av en elektrisk ström närvaron av fria laddade partiklar som kan röra sig på ett riktat sätt. För det andra behövs ett elektriskt fält för att driva dessa laddningar. Och naturligtvis måste det finnas ett visst utrymme där denna rörelse av laddade partiklar, kallad elektrisk ström, äger rum.

Fria laddade partiklar finns rikligt i ledare: i metaller, i elektrolyter, i plasma. I en kopparledare är dessa till exempel fria elektroner, i en elektrolyt - joner, till exempel, svavelsyrajoner (väte och svaveloxid) i ett blybatteri, i plasma - joner och elektroner, det är de som röra sig under en elektrisk urladdning i en joniserad gas.

Metall

Låt oss till exempel ta två bitar koppartråd och använda dem för att koppla en liten glödlampa till ett batteri. Vad kommer att hända? Ljuset kommer att börja lysa, vilket betyder att en likström… Mellan ledarnas ändar finns det nu en potentialskillnad som skapas av batteriet, vilket innebär att ett elektriskt fält har börjat verka inuti tråden.

Det elektriska fältet tvingar elektronerna i kopparatomernas yttre skal att röra sig i fältets riktning - från atom till atom, från atom till nästa atom, och så vidare längs kedjan, eftersom elektronerna i de yttre skalen av metall atomer är mycket mindre starkt bundna till kärnor än elektroner närmare kärnorna i elektronbanor. Från där elektronen lämnades kommer en annan elektron från batteriets negativa pol, det vill säga elektroner rör sig fritt längs metallkedjan och ändrar lätt sin tillhörighet till atomer.

De tycks bildas längs metallens kristallgitter i den riktning de trycks, och försöker accelerera, det elektriska fältet (från minus till plus för den konstanta EMF-källan), medan elektronerna klamrar sig fast vid kristallgittrets atomer längs deras väg.

Vissa elektroner under sin rörelse bryts in i atomer (på grund av det faktum att den termiska rörelsen vibrerar hela strukturen av atomer tillsammans med elektronerna), vilket leder till att ledaren värms upp - det är så det manifesterar sig ledningarnas elektriska motstånd.

Fria elektroner i en metall

Studien av metaller med hjälp av röntgenstrålar, liksom andra metoder, har visat att metaller har en kristallin struktur.Det betyder att de består av atomer eller molekyler ordnade på ett visst sätt i rymden (i ordning, joner) som skapar den korrekta växlingen i alla tre dimensionerna.

Under dessa förhållanden är grundämnenas atomer belägna så nära varandra att deras yttre elektroner tillhör denna atom i samma grad som till de angränsande, vilket leder till att graden av bindning av elektronen till varje enskild atom är praktiskt taget frånvarande.

Beroende på typen av metall är minst en av elektronerna i varje atom, ibland två elektroner, och i vissa fall till och med tre elektroner fria vad gäller deras rörelser i metallen, under påverkan av externt pålagda krafter.

Dielektrisk

Vad finns i ett dielektrikum? Om man istället för koppartrådar tar plast, papper eller liknande? Det blir ingen el, inget ljus kommer att tändas. Varför? Dielektrikens struktur är sådan att den består av neutrala molekyler som, även under inverkan av ett elektriskt fält, inte släpper sina elektroner i en ordnad rörelse - de kan helt enkelt inte. Det finns inga fria ledningselektroner i ett dielektrikum, som i en metall.

De yttre elektronerna i atomen hos någon dielektrisk molekyl är tätt packade, dessutom deltar de i molekylens inre bindningar, medan molekylerna i ett sådant ämne vanligtvis är elektriskt neutrala. Allt dielektriska molekyler kan göra är att polarisera.

Under verkan av ett elektriskt fält som appliceras på dem kommer de associerade elektriska laddningarna för varje molekyl helt enkelt att skifta något från jämviktspositionen, medan varje laddad partikel kommer att förbli i sin egen atom. Detta fenomen kallas laddningsförskjutning dielektrisk polarisation.

Som ett resultat av polarisering uppstår laddningar på ytan av ett dielektrikum som polariserats på detta sätt av ett elektriskt fält som appliceras på det, vilket tenderar att minska det externa elektriska fältet som orsakade polariseringen med deras elektriska fält. Förmågan hos ett dielektrikum att försvaga ett yttre elektriskt fält på detta sätt kallas dielektrisk konstant.