Vad är dielektrisk konstant

Varje ämne eller kropp som omger oss har vissa elektriska egenskaper. Detta beror på den molekylära och atomära strukturen: närvaron av laddade partiklar i ett ömsesidigt bundet eller fritt tillstånd.

När inget yttre elektriskt fält verkar på ämnet fördelas dessa partiklar på ett sådant sätt att de balanserar varandra och inte skapar ett extra elektriskt fält i hela den totala volymen. Vid extern applicering av elektrisk energi inuti molekylerna och atomerna sker en omfördelning av laddningar, vilket leder till skapandet av ett eget inre elektriskt fält riktat mot det yttre.

Om vektorn för det applicerade externa fältet betecknas som «E0», och den interna «E '», kommer det totala fältet «E» att vara summan av energin av dessa två storheter.

Inom el är det vanligt att dela in ämnen i:

• trådar;

• dielektrikum.

Denna klassificering har funnits under lång tid, även om den är ganska godtycklig, eftersom många kroppar har olika eller kombinerade egenskaper.

Konduktörer

Som konduktörer används transportörer som har gratis avgifter.Oftast fungerar metaller som ledare, eftersom fria elektroner alltid är närvarande i deras struktur, som kan röra sig genom ämnets volym och samtidigt deltar i termiska processer.

När en ledare är isolerad från verkan av yttre elektriska fält, skapas en balans av positiva och negativa laddningar i den från jongitter och fria elektroner. Denna jämvikt förstörs omedelbart när en ledare i ett elektriskt fält — på grund av energin vid vilken omfördelningen av laddade partiklar börjar och obalanserade laddningar med positiva och negativa värden uppträder på den yttre ytan.

Detta fenomen brukar kallas elektrostatisk induktion... De laddningar det laddar på ytan av metaller kallas induktionsladdningar.

Induktiva laddningar som bildas i ledaren bildar ett självfält E ', som kompenserar för effekten av den yttre E0 inuti ledaren. Därför kompenseras värdet på det totala, totala elektrostatiska fältet och är lika med 0. I detta fall är potentialerna för alla punkter både inuti och utanför desamma.

Den erhållna slutsatsen visar att inuti ledaren, även med ett externt fält anslutet, finns det ingen potentialskillnad och inga elektrostatiska fält. Detta faktum används vid skärmning — tillämpningen av en metod för elektrostatiskt skydd av människor och elektrisk utrustning som är känslig för inducerade fält, särskilt precisionsmätinstrument och mikroprocessorteknik.

Avskärmade kläder och skor tillverkade av tyger med ledande trådar, inklusive hattar, används i elektricitet för att skydda personal som arbetar under förhållanden med ökad spänning skapad av högspänningsutrustning.

Dielektrik

Detta är namnet på ämnen som har isolerande egenskaper. De innehåller bara sammanlänkade avgifter, inte freebies. De har alla positiva och negativa partiklar bundna i en neutral atom, berövad rörelsefrihet. De är fördelade inuti dielektrikumet och rör sig inte under verkan av det applicerade externa fältet E0.

Emellertid orsakar dess energi fortfarande vissa förändringar i ämnets struktur - inuti atomerna och molekylerna förändras förhållandet mellan positiva och negativa partiklar, och på ämnets yta uppstår överdrivna, obalanserade associerade laddningar som bildar ett inre elektriskt fält E '. Den är riktad mot spänningen som appliceras från utsidan.

Detta fenomen kallas dielektrisk polarisation... Det kännetecknas av det faktum att ett elektriskt fält E uppträder inuti ämnet, bildat av verkan av den yttre energin E0, men försvagats av motsättningen av det inre E '.

Typer av polarisering

Det är av två typer inuti dielektrikum:

1. orientering;

2. elektronisk.

Den första typen har tilläggsnamnet dipolpolarisation. Det är inneboende i dielektrikum med förskjutna centra vid negativa och positiva laddningar, som bildar molekyler av mikroskopiska dipoler - en neutral uppsättning av två laddningar. Detta är karakteristiskt för vatten, kvävedioxid, vätesulfid.

Utan inverkan av ett externt elektriskt fält är de molekylära dipolerna av sådana ämnen orienterade på ett kaotiskt sätt under påverkan av processer vid driftstemperaturen. Samtidigt finns det ingen elektrisk laddning vid någon punkt i den inre volymen och på den yttre ytan av dielektrikumet.

Denna bild förändras under påverkan av externt applicerad energi, när dipolerna något ändrar sin orientering och regioner av okompenserade makroskopiska bundna laddningar uppträder på ytan och bildar ett fält E' med en riktning motsatt den applicerade E0.

Med sådan polarisering har temperaturen ett stort inflytande på processer, vilket orsakar termisk rörelse och skapar desorienterande faktorer.

Elektronisk polarisering, elastisk mekanism

Det manifesterar sig i opolära dielektrika - material av en annan typ med molekyler som saknar ett dipolmoment, som under påverkan av ett yttre fält deformeras så att de positiva laddningarna är orienterade i E0-vektorns riktning, och de negativa laddningarna är orienterade i motsatt riktning.

Som ett resultat fungerar var och en av molekylerna som en elektrisk dipol orienterad längs det applicerade fältets axel. På så sätt skapar de på den yttre ytan sitt fält E 'med motsatt riktning.

I sådana ämnen beror deformationen av molekylerna och därför polariseringen på grund av verkan av ett yttre fält inte på deras rörelse under påverkan av temperatur. Metan CH4 kan nämnas som ett exempel på ett opolärt dielektrikum.

Det numeriska värdet av det inre fältet för de två typerna av dielektrikum ändras först i storlek i direkt proportion till ökningen av det yttre fältet, och sedan, när mättnad uppnås, uppträder ickelinjära effekter. De uppstår när alla molekylära dipoler är ordnade längs kraftlinjerna för polära dielektrika eller förändringar har inträffat i strukturen hos opolär materia, på grund av den starka deformationen av atomer och molekyler av stor energi som appliceras från utsidan.

I praktiken är sådana fall sällsynta - vanligtvis inträffar fel eller fel på isoleringen tidigare.

Dielektricitetskonstanten

Bland isoleringsmaterial spelas en viktig roll av de elektriska egenskaperna och sådana indikatorer som dielektricitetskonstanten... Det kan mätas med två olika egenskaper:

1. absolut värde;

2. relativa värde.

Termen absoluta dielektriska konstantsubstanser εa används när man hänvisar till den matematiska notationen av Coulombs lag. Det, i form av koefficient εα, förbinder vektorerna för induktion D och intensitet E.

Låt oss komma ihåg att den franske fysikern Charles de Coulomb, med hjälp av sin egen torsionsbalans, undersökte lagarna för elektriska och magnetiska krafter mellan små laddade kroppar.

Bestämningen av ett mediums relativa permeabilitet används för att karakterisera ett ämnes isolerande egenskaper. Den uppskattar förhållandet mellan växelverkanskraften mellan två punktladdningar under två olika förhållanden: i vakuum och i en arbetsmiljö. I detta fall tas vakuumindexen som 1 (εv = 1), medan de för verkliga ämnen alltid är högre, εr> 1.

Det numeriska uttrycket εr visas som en dimensionslös storhet som förklaras av effekten av polarisering i dielektrikum och används för att utvärdera deras egenskaper.

Dielektriska konstantvärden för enskilda medier (vid rumstemperatur)

Ämne ε Ämne ε Segnet salt 6000 Diamant 5,7 Rutil (på optisk axel) 170 Vatten 81 Polyeten 2,3 Etanol 26,8 Kisel 12,0 Glimmer 6 Glasbägare 5-16 Koldioxid 1,00099 NaCl 1,00099 NaCl 1,022, 5 Luft 5,222. (760 mmHg) 1,00057