Fenomény ako dielektrická susceptibilita a permitivita sa vyskytujú nielen vo fyzike, ale aj v každodennom živote. V tejto súvislosti je potrebné určiť význam týchto javov vo vede, ich vplyv a uplatnenie v každodennom živote.
Určenie napätia
Intenzita je vektorová veličina vo fyzike, ktorá sa vypočítava zo sily, ktorá pôsobí na jeden kladný náboj umiestnený v bode skúmaného poľa. Po umiestnení dielektrika do vonkajšieho elektrostatického poľa získa dipólový moment, inými slovami, stane sa polarizovaným. Na kvantitatívne opísanie polarizácie v dielektriku sa používa polarizácia - vektorový fyzikálny index vypočítaný ako dipólový moment objemovej hodnoty dielektrika.
Vektor intenzity po prechode cez plochu medzi dvoma dielektrikami podlieha prudkým zmenám, čo spôsobuje interferenciu pri výpočte elektrostatických polí. V tejto súvislosti sa zavádza ďalšia charakteristika - vektorelektrický zdvih.
Pomocou permitivity môžete zistiť, koľkokrát môže dielektrikum oslabiť vonkajšie pole. Na čo najracionálnejšie vysvetlenie elektrostatických polí v dielektrikách sa používa vektor elektrického posunu.
Základné definície
Absolútna permitivita média je koeficient, ktorý je zahrnutý v matematickom zápise Coulombovho zákona a rovnice vzťahu medzi silou elektrického poľa a elektrickou indukciou. Absolútna permitivita môže byť vyjadrená ako súčin relatívnej permitivity média a elektrickej konštanty.
Dielektrická susceptibilita, nazývaná polarizovateľnosť látky, je fyzikálna veličina, ktorá môže byť polarizovaná vplyvom elektrického poľa. Je to tiež koeficient lineárneho spojenia vonkajšieho elektrického poľa s polarizáciou dielektrika v malom poli. Vzorec pre dielektrickú susceptibilitu je napísaný takto: X=na.
Vo väčšine prípadov majú dielektrika kladnú dielektrickú susceptibilitu, pričom táto hodnota je bezrozmerná.
Ferroelektrika je fyzikálny jav prítomný v určitých kryštáloch, nazývaných feroelektrika, pri určitých teplotných hodnotách. Spočíva v objavení sa spontánnej polarizácie v kryštáli aj bez vonkajšieho elektrického poľa. Rozdiel medzi feroelektrikou a pyroelektrikou ježe v určitých teplotných rozsahoch sa ich kryštálové modifikácie menia a náhodná polarizácia zmizne.
Elektrikári v teréne sa nesprávajú ako vodiči, ale majú spoločné vlastnosti. Dielektrikum sa líši od vodiča v neprítomnosti voľných nosičov náboja. Sú tam, ale v minimálnom množstve. Vo vodiči sa elektrón voľne pohybujúci sa v kryštálovej mriežke kovu stane podobným nosičom náboja. Elektróny v dielektriku sú však viazané na svoje vlastné atómy a nemôžu sa ľahko pohybovať. Po zavedení dielektrika do poľa s elektrinou sa v ňom objaví elektrizácia ako vo vodiči. Rozdiel od dielektrika je v tom, že elektróny sa nepohybujú voľne v celom objeme, ako je to vo vodiči. Vplyvom vonkajšieho elektrického poľa však zvnútra molekuly látky vzniká mierny posun náboja: kladný bude posunutý v smere poľa a záporný naopak.
V tomto ohľade povrch získava určitý náboj. Postup objavenia sa náboja na povrchu látky pod vplyvom elektrických polí sa nazýva dielektrická polarizácia. Ak sú v homogénnom a nepolárnom dielektriku s určitou koncentráciou molekúl všetky častice rovnaké, potom bude aj polarizácia rovnaká. A v prípade dielektrickej susceptibility dielektrika bude táto hodnota bezrozmerná.
Viazané poplatky
Procesom polarizácie sa v objeme dielektrickej látky objavujú nekompenzované náboje, ktoré sa nazývajú polarizácia alebo viazané. častice,ktoré majú tieto náboje, sú prítomné v nábojoch molekúl a vplyvom vonkajšieho elektrického poľa sú posunuté z rovnovážnej polohy bez toho, aby opustili molekulu, v ktorej sa nachádzajú.
Viazané náboje sú charakterizované povrchovou hustotou. Dielektrická susceptibilita a priepustnosť média určuje, koľkokrát je väzbová sila dvoch elektrických nábojov v priestore menšia ako rovnaký indikátor vo vákuu.
Relatívna vzduchová susceptibilita a priepustnosť väčšiny ostatných plynov za štandardných podmienok je blízka jednote (v dôsledku malého lietadla). Relatívna dielektrická susceptibilita a permitivita vo feroelektrikách sú desiatky a stovky tisíc na separačnom povrchu dvojice dielektrík s rôznou absolútnou permitivitou a susceptibilitou látky, ako aj rovnakými tangenciálnymi zložkami pevnosti medzi nimi.
Medzi mnohými praktickými situáciami je stretnutie s prechodom prúdu z kovového telesa do okolitého sveta, pričom jeho merná vodivosť je niekoľkonásobne menšia ako vodivosť tohto telesa. Podobné situácie môžu nastať napríklad pri prechode prúdu cez kovové elektródy uložené v zemi. Často sa používajú oceľové elektródy. Ak je úlohou určiť dielektrickú citlivosť skla, potom bude úloha trochu komplikovaná skutočnosťou, že táto látka má iónovo-relaxačnú vlastnosť, vďaka ktorej je maláoneskorenie.
Na hranici dvojice dielektrík s rôznou permeabilitou v prítomnosti vonkajšieho poľa sa objavujú polarizačné náboje s rôznymi indexmi s rôznymi povrchovými hustotami. Takto sa získa nová podmienka pre lom siločiary pri prechode z dielektrika na iné.
Zákon lomu v prípade prúdových čiar vo svojej forme možno považovať za podobný zákonu lomu čiar posunutia na hranici dvoch dielektrík v elektrostatických poliach.
Každé telo a látka okolitého sveta má určité elektrické vlastnosti. Dôvod spočíva v molekulárnej a atómovej štruktúre – v prítomnosti nabitých častíc, ktoré sú vo vzájomne prepojenom alebo voľnom stave.
Ak látka nie je ovplyvnená vonkajším poľom, potom sa takéto časti nachádzajú, navzájom sa vyrovnávajú, v celkovom objeme bez vytvárania ďalších elektrických polí. Ak dôjde k aplikácii elektrickej energie zvonku, dôjde k prerozdeleniu nábojov vo vnútri existujúcich molekúl a atómov, čo povedie k objaveniu sa vlastného vnútorného poľa, ktoré bude smerovať von.
Pri označovaní použitého externého poľa ako E0 a interného E', potom celé pole E bude súčtom týchto hodnôt.
Všetky látky v elektrine sa zvyčajne delia na:
- conductors;
- dielektrika.
Táto klasifikácia existuje už dlho, ale nie je úplne presná, pretože veda už dávno objavila telesá s novými alebo kombinovanýmivlastnosti hmoty.
Dirigenti
Ako vodivé látky môžu byť médiá, v ktorých sú bezplatné poplatky. Kovy sa často považujú za také záležitosti, pretože ich štruktúra znamená stálu prítomnosť voľných elektrónov, ktoré sa môžu pohybovať vo vnútri celej dutiny látky. Dielektrická citlivosť média vám umožňuje byť účastníkom tepelného procesu
Ak je vodič izolovaný od vplyvu vonkajšieho elektrického poľa, potom sa v ňom objaví rovnováha medzi kladnými a zápornými nábojmi. Tento stav okamžite zmizne, keď sa v elektrickom poli objaví vodič, ktorý svojou energiou prerozdeľuje nabité častice a vyvoláva výskyt nevyvážených nábojov s kladnou a zápornou hodnotou na vonkajšom povrchu
Tento jav sa nazýva elektrostatická indukcia. Náboje, ktoré sa pri jeho pôsobení objavili na povrchu kovu, sa nazývajú indukčné náboje.
Indukčné náboje, ktoré vznikli vo vodiči, vytvárajú svoje vlastné pole, ktoré kompenzuje vplyv vonkajšieho poľa vo vnútri vodiča. V tomto ohľade bude indikátor celkového celkového elektrostatického poľa kompenzovaný a rovný 0. Potenciály každého bodu vo vnútri a vonku sú rovnaké.
Tento výsledok naznačuje, že vo vnútri vodiča (aj keď je pripojené vonkajšie pole) nie je žiadny rozdiel v potenciáloch a žiadne elektrostatické pole. Táto skutočnosť sa využíva pri tienení z dôvodu použitiaspôsob elektrooptickej ochrany osoby a elektrických zariadení citlivých na polia, najmä vysoko presné meracie prístroje a mikroprocesorová technika.
Existuje tiež spojenie medzi permitivitou a susceptibilitou. Dá sa však vyjadriť pomocou vzorca. Takže vzťah medzi dielektrickou konštantou a dielektrickou susceptibilitou má nasledujúci zápis: e=1+X.
Princíp ESD
Pomocou tienenia sa odevy a obuv z materiálov s vodivými vlastnosťami, vrátane klobúkov, používajú v energetike pre bezpečnosť personálu pracujúceho v podmienkach vysokého napätia vyvolaného vysokonapäťovými zariadeniami. Elektrostatické pole nepreniká dovnútra vodiča, pretože keď sa vodič dostane do elektrického poľa, bude kompenzované poľom, ktoré vzniká v dôsledku pohybu voľných nábojov.
Dielektrika
Tento názov patrí látkam, ktoré majú izolačné vlastnosti. Obsahujú iba navzájom prepojené poplatky, nie bezplatné. Každá kladná častica v nich bude naviazaná na negatívnu vo vnútri atómu so spoločným neutrálnym nábojom bez voľného pohybu. Sú distribuované zvnútra dielektrika a nemôžu zmeniť svoju polohu pod vplyvom vonkajších polí. Súčasne dielektrická citlivosť látky a výsledná energia stále spôsobujú určité zmeny v štruktúre látky. Z vnútra atómu a molekuly sa pomer meníkladné a záporné náboje častice a na povrchu látky sa objavujú ďalšie nevyvážené vzájomne prepojené náboje, ktoré vytvárajú vnútorné elektrické pole. Smeruje k napätiu aplikovanému zvonku.
Tento jav sa nazýva dielektrická polarizácia. Možno ho charakterizovať tak, že zvnútra látky vzniká elektrické pole, spôsobené vplyvom vonkajšej energie, ale oslabené protipôsobením vnútorného poľa.
Typy polarizácie
Vo vnútri dielektrika môže byť reprezentované dvoma typmi:
- orientation;
- elektronické.
Prvý typ má aj ďalší názov - dipólová polarizácia. Táto vlastnosť je vlastná dielektrikám s posunutými centrami pri kladnom a zápornom náboji, ktoré vytvárajú molekuly z malých dipólov - neutrálnu kombináciu dvojice nábojov. Tento jav je typický pre kvapalinu, sírovodík, prenášaný dusíkom.
Bez vplyvu vonkajšieho elektrického poľa v týchto látkach sú molekulárne dipóly orientované náhodne pod vplyvom existujúcich teplotných zmien, keď sa na vonkajšej strane dielektrika neobjaví elektrický náboj.
Tento obraz sa mení pôsobením energie aplikovanej zvonka, keď dipóly príliš nemenia svoju orientáciu a na povrchu sa objavujú nekompenzované makroskopické viazané náboje, ktoré vytvárajú pole s opačným smerom ako pole aplikované zvonku.
Elektronická polarizácia, elastickámechanizmus
Tento jav sa vyskytuje v nepolárnych dielektrikách - materiáloch iného typu s molekulami, v ktorých nie je dipólový moment, ktorý sa pôsobením vonkajšieho poľa deformuje tak, že v ňom sú orientované iba kladné náboje. smer vektora vonkajšieho poľa a záporné náboje - v opačnom smere.
V dôsledku toho každá molekula funguje ako elektrický dipól orientovaný pozdĺž osi aplikovaného vonkajšieho poľa. Podobným spôsobom sa na vonkajšom povrchu objaví vlastné pole, ktoré má opačný smer.
Polarizácia nepolárneho dielektrika
U týchto látok nie je zmena molekúl a následná polarizácia vplyvom vonkajšieho poľa závislá od ich pohybu vplyvom teploty. Metán CH4 možno použiť ako nepolárne dielektrikum. Číselné indikátory vnútorného poľa pre obe dielektriká sa budú spočiatku meniť úmerne so zmenou vonkajšieho poľa a po nasýtení sa objavia efekty nelineárneho typu. Objavujú sa, keď je každý molekulárny dipól zoradený pozdĺž siločiar v blízkosti polárnych dielektrík, alebo dochádza k zmenám v nepolárnych látkach, ktoré sú spôsobené silnou deformáciou atómov a molekúl veľkým množstvom energie aplikovanej zvonku. V praktických prípadoch sa to stáva veľmi zriedkavo.
Dielektrická konštanta
Medzi izolačnými materiálmi zohrávajú vážnu úlohu elektrické indikátory a taká charakteristika, ako je dielektrická konštanta. Obe sa posudzujú podľa dvoch rôznych charakteristík:
- absolútna hodnota;
- relatívny ukazovateľ.
Pojem absolútna permitivita látky sa vzťahuje na matematický zápis Coulombovho zákona. S jeho pomocou je vzťah medzi vektorom indukcie a intenzitou opísaný vo forme koeficientu.
