Fenomen som dielektrisk känslighet och permittivitet finns inte bara i fysiken utan också i vardagen. I detta avseende är det nödvändigt att fastställa innebörden av dessa fenomen inom vetenskapen, deras inflytande och tillämpning i vardagen.
Bestämning av spänning
Intensitet är en vektorkvantitet i fysiken, som beräknas från kraften som påverkar en enda positiv laddning placerad vid fältet som studeras. Efter att dielektrikumet placerats i ett externt elektrostatiskt fält får det ett dipolmoment, med andra ord blir det polariserat. För att kvantitativt beskriva polarisationen i ett dielektrikum används polarisation - ett vektorfysiskt index som beräknas som dipolmomentet för dielektrikets volymvärde.
Intensitetsvektorn efter att ha passerat genom ytan mellan två dielektrika genomgår abrupta förändringar, vilket orsakar interferens under beräkningen av elektrostatiska fält. I detta avseende introduceras en ytterligare egenskap - vektornelektrisk förskjutning.
Med hjälp av permittiviteten kan du ta reda på hur många gånger ett dielektrikum kan försvaga ett externt fält. För att mest rationellt förklara elektrostatiska fält i dielektrikum används den elektriska förskjutningsvektorn.
Grundläggande definitioner
Den absoluta permittiviteten för ett medium är en koefficient som ingår i den matematiska notationen av Coulombs lag och ekvationen för sambandet mellan det elektriska fältets styrka och elektrisk induktion. Den absoluta permittiviteten kan representeras som produkten av mediets relativa permittivitet och elektricitetskonstanten.
Dielektrisk känslighet, kallad ett ämnes polariserbarhet, är en fysisk storhet som kan polariseras under påverkan av ett elektriskt fält. Det är också koefficienten för linjär anslutning av det externa elektriska fältet med polariseringen av dielektrikumet i ett litet fält. Formeln för den dielektriska susceptibiliteten skrivs som: X=na.
I de flesta fall har dielektrikum en positiv dielektrisk känslighet, medan detta värde är dimensionslöst.
Ferroelektricitet är ett fysiskt fenomen som finns i vissa kristaller, kallade ferroelektriska, vid vissa temperaturvärden. Den består i uppkomsten av spontan polarisering i en kristall även utan ett yttre elektriskt fält. Skillnaden mellan ferroelektrik och pyroelektrik äratt i vissa temperaturområden ändras deras kristallmodifiering och slumpmässig polarisering försvinner.
Elektriker på fältet beter sig inte som ledare, men de delar gemensamma egenskaper. Ett dielektrikum skiljer sig från en ledare i frånvaro av gratis laddade bärare. De finns där, men i minimala mängder. I en ledare kommer en elektron som rör sig fritt i en metalls kristallgitter att bli en liknande laddningsbärare. Elektroner i ett dielektrikum är dock bundna till sina egna atomer och kan inte röra sig lätt. Efter införandet av dielektrikum i ett fält med elektricitet uppträder elektrisering i det, som en ledare. Skillnaden mot ett dielektrikum är att elektroner inte rör sig fritt i hela volymen, som det gör i en ledare. Men under påverkan av ett yttre elektriskt fält uppstår en liten förskjutning av laddningar inifrån ämnesmolekylen: en positiv kommer att förskjutas i fältets riktning och en negativ kommer att vara tvärtom.
I detta avseende får ytan en viss laddning. Förfarandet för uppkomsten av en laddning på ytan av ett ämne under påverkan av elektriska fält kallas dielektrisk polarisation. Om i ett homogent och opolärt dielektrikum med en viss koncentration av molekyler alla partiklar är desamma, så blir polarisationen också densamma. Och i fallet med dielektrikets dielektriska känslighet kommer detta värde att vara dimensionslöst.
Bundna avgifter
På grund av polariseringsprocessen uppstår okompenserade laddningar i volymen av en dielektrisk substans, kallad polarisation eller bunden. partiklar,som har dessa laddningar, finns i laddningarna av molekyler och under inverkan av ett yttre elektriskt fält förskjuts de från jämviktspositionen utan att lämna molekylen i vilken de befinner sig.
Bundna laddningar kännetecknas av ytdensitet. Mediets dielektriska känslighet och permeabilitet avgör hur många gånger bindningskraften för två elektriska laddningar i rymden är mindre än samma indikator i vakuum.
Den relativa luftkänsligheten och permeabiliteten för de flesta andra gaser under standardförhållanden är nära enhet (på grund av det lilla planet). Den relativa dielektriska susceptibiliteten och permittiviteten i ferroelektrik är tiotals och hundratusentals på separationsytan för ett par dielektrika med olika absolut permittivitet och känslighet för ämnet, samt lika tangentiella hållfasthetskomponenter mellan dem.
Bland många praktiska situationer finns det ett möte med övergången av ström från en metallkropp till den omgivande världen, medan den specifika ledningsförmågan för den senare är flera gånger mindre än ledningsförmågan för denna kropp. Liknande situationer kan uppstå, till exempel under passage av ström genom metallelektroder nedgrävda i marken. Ofta används stålelektroder. Om uppgiften är att bestämma glasets dielektriska känslighet, kommer uppgiften att vara något komplicerad av det faktum att detta ämne har en jonavslappningsegenskap, på grund av vilken en litenförsening.
På gränsen för ett par dielektrika med olika permeabiliteter i närvaro av ett externt fält, uppträder polarisationsladdningar med olika index med olika ytdensiteter. Så erhålls ett nytt villkor för fältlinjens brytning under övergången från ett dielektrikum till ett annat.
Brytningslagen i fallet med strömlinjer i dess form kan anses likna brytningslagen för förskjutningslinjer på gränsen till två dielektrika i elektrostatiska fält.
Varje kropp och substans i omvärlden har vissa elektriska egenskaper. Anledningen till detta ligger i den molekylära och atomära strukturen - närvaron av laddade partiklar som är i ett sammankopplat eller fritt tillstånd.
Om ämnet inte påverkas av ett externt fält, så är sådana delar placerade, balanserande varandra, i den totala totala volymen, utan att skapa ytterligare elektriska fält. Om det sker en applicering av elektrisk energi utifrån, kommer en omfördelning av laddningar att uppstå inuti de befintliga molekylerna och atomerna, vilket kommer att leda till uppkomsten av ett eget inre fält, som kommer att riktas mot utsidan.
När det tillämpade externa fältet anges som E0, och internt E', kommer hela fältet E att vara summan av dessa värden.
Alla ämnen i el brukar delas in i:
- dirigenter;
- dielectrics.
Denna klassificering har funnits länge, men är inte helt korrekt, eftersom vetenskapen länge har upptäckt kroppar med nya eller kombinerademateriens egenskaper.
Conductors
Eftersom ledande ämnen kan vara media där det finns gratis avgifter. Metaller anses ofta vara sådana ämnen, eftersom deras struktur innebär den konstanta närvaron av fria elektroner som kan röra sig inuti ämnets hela hålighet. Mediets dielektriska känslighet gör att du kan vara en deltagare i den termiska processen
Om ledaren är isolerad från påverkan av ett yttre elektriskt fält, uppstår en balans inuti den mellan positiva och negativa laddningar. Detta tillstånd försvinner omedelbart när en ledare uppträder i ett elektriskt fält, som omfördelar laddade partiklar med sin energi och framkallar uppkomsten av obalanserade laddningar med ett positivt och negativt värde på den yttre ytan
Detta fenomen kallas elektrostatisk induktion. De laddningar som dök upp under dess verkan på metallens yta kallas induktionsladdningar.
De induktiva laddningarna som har uppstått i ledaren skapar ett eget fält, vilket kompenserar för påverkan av det yttre fältet inuti ledaren. I detta avseende kommer indikatorn för det totala totala elektrostatiska fältet att kompenseras och vara lika med 0. Potentialerna för varje punkt inuti och utanför är lika.
Detta resultat indikerar att inuti ledaren (även med ett externt fält anslutet) finns det ingen skillnad i potentialer och inget elektrostatiskt fält. Detta faktum används i avskärmning på grund av användningenmetod för elektrooptiskt skydd av en person och elektrisk utrustning som är känslig för fält, särskilt högprecisionsmätinstrument och mikroprocessorteknik.
Det finns också ett samband mellan permittivitet och mottaglighet. Det kan dock uttryckas med en formel. Så förhållandet mellan dielektricitetskonstanten och den dielektriska susceptibiliteten har följande notation: e=1+X.
ESD-princip
Med hjälp av skärmning används kläder och skor gjorda av material med ledande egenskaper, inklusive hattar, inom energisektorn för säkerheten för personal som arbetar under förhållanden med hög spänning framkallad av högspänningsanordningar. Det elektrostatiska fältet tränger inte in i ledaren, för när ledaren förs in i det elektriska fältet kommer det att kompenseras av det fält som uppstår på grund av rörelsen av fria laddningar.
Dielectrics
Detta namn tillhör ämnen som har isolerande egenskaper. De innehåller endast sammankopplade avgifter, inte gratis. Varje positiv partikel i dem kommer att bindas till en negativ inuti en atom med en gemensam neutral laddning utan fri rörelse. De distribueras inifrån dielektrikum och kan inte ändra sin position under påverkan av yttre fält. Samtidigt medför ämnets dielektriska känslighet och den resulterande energin fortfarande vissa förändringar i ämnets struktur. Inifrån atomen och molekylen förändras förhållandetpositiva och negativa laddningar av partikeln, och extra obalanserade sammankopplade laddningar uppträder på ytan av ämnet, vilket skapar ett inre elektriskt fält. Den är riktad mot spänningen som appliceras utifrån.
Detta fenomen kallas dielektrisk polarisering. Det kan kännetecknas av att ett elektriskt fält uppstår inifrån ämnet, orsakat av påverkan av extern energi, men försvagats av det inre fältets motverkan.
Typer av polarisering
Inuti dielektrikum kan den representeras av två typer:
- orientering;
- elektroniskt.
Den första typen har också ett extra namn - dipolpolarisation. Denna egenskap är inneboende i dielektrikum med förskjutna centra vid den positiva och negativa laddningen, som skapar molekyler från små dipoler - en neutral kombination av ett par laddningar. Detta fenomen är typiskt för en flytande, svavelväte, buren kväve.
Utan påverkan av ett externt elektriskt fält i dessa ämnen, orienteras molekylära dipoler slumpmässigt under påverkan av befintliga temperaturförändringar, när en elektrisk laddning inte uppträder på utsidan av dielektrikumet.
Den här bilden förändras under inverkan av energi som appliceras utifrån, när dipolerna inte ändrar sin orientering mycket och okompenserade makroskopiska bundna laddningar uppträder på ytan, vilket skapar ett fält med motsatt riktning mot fältet som appliceras utifrån.
Elektronisk polarisering, elastiskmekanism
Detta fenomen inträffar i opolära dielektrika - material av en annan typ med molekyler i vilka det inte finns något dipolmoment, som under inverkan av ett yttre fält deformeras så att endast positiva laddningar är orienterade i riktning för den yttre fältvektorn, och negativa laddningar - i motsatt riktning
Som ett resultat fungerar varje molekyl som en elektrisk dipol orienterad längs axeln för det applicerade yttre fältet. På liknande sätt uppstår ett eget fält på den yttre ytan, som har motsatt riktning.
Polarisering av en opolär dielektrikum
För dessa ämnen är förändringen av molekyler och den efterföljande polariseringen från påverkan av fältet utanför inte beroende av deras rörelse under inverkan av temperatur. Metan CH4 kan användas som ett opolärt dielektrikum. De numeriska indikatorerna för det interna fältet för båda dielektrikerna kommer initi alt att ändras i storlek i proportion till förändringen i det externa fältet, och efter mättnad uppträder effekter av icke-linjär typ. De uppträder när varje molekylär dipol är uppradad längs kraftlinjerna nära polära dielektrika, eller förändringar i opolära ämnen inträffar, orsakade av en kraftig deformation av atomer och molekyler från en stor mängd energi som appliceras utifrån. I praktiska fall händer detta extremt sällan.
Dielektrisk konstant
Bland isoleringsmaterial ges en seriös roll åt elektriska indikatorer och en sådan egenskap som dielektrisk konstant. Båda bedöms av två olika egenskaper:
- absolut värde;
- relativ indikator.
Termen absolut permittivitet för ett ämne hänvisar till den matematiska notationen av Coulombs lag. Med dess hjälp beskrivs förhållandet mellan induktionsvektorn och intensiteten i form av en koefficient.
