מדוע דיאלקטריות לא מוליכות זרם

כדי לענות על השאלה "מדוע דיאלקטרי לא מוליך חשמל?" על הופעתו וקיומו של זרם חשמלי... ואז בואו נשווה איך מוליכים ודיאלקטריים מתנהגים ביחס למציאת תשובה לשאלה זו.

נוֹכְחִי

זרם חשמלי נקרא מסודר, כלומר, תנועה מכוונת של חלקיקים טעונים שדה חשמלי… לפיכך, ראשית, קיומו של זרם חשמלי מחייב נוכחות של חלקיקים טעונים חופשיים המסוגלים לנוע בצורה מכוונת. שנית, יש צורך בשדה חשמלי כדי להניע את המטענים הללו. וכמובן, חייב להיות חלל מסוים שבו מתרחשת תנועה זו של חלקיקים טעונים, הנקראת זרם חשמלי.

חלקיקים טעונים חופשיים מצויים בשפע במוליכים: במתכות, באלקטרוליטים, בפלזמה. במוליך נחושת, למשל, מדובר באלקטרונים חופשיים, באלקטרוליט - יונים, למשל, יוני חומצה גופרתית (מימן ותחמוצת גופרית) בסוללת עופרת, בפלזמה - יונים ואלקטרונים, הם אלו ש לנוע במהלך פריקה חשמלית בגז מיונן.

מַתֶכֶת

לדוגמה, בואו ניקח שתי חתיכות של חוטי נחושת ונשתמש בהן כדי לחבר נורה קטנה לסוללה. מה יקרה? האור יתחיל להאיר, כלומר א זרם חשמלי ישיר… בין קצוות החוטים יש כעת הפרש פוטנציאל שנוצר על ידי הסוללה, כלומר שדה חשמלי החל לפעול בתוך החוט.

השדה החשמלי מאלץ את האלקטרונים של הקליפות החיצוניות של אטומי הנחושת לנוע בכיוון השדה - מאטום לאטום, מאטום לאטום הבא, וכן הלאה לאורך השרשרת, מכיוון שהאלקטרונים של הקליפות החיצוניות של המתכת. אטומים קשורים הרבה פחות חזק לגרעינים מאשר אלקטרונים קרובים יותר לגרעינים של מסלולי אלקטרונים. מהמקום שבו האלקטרון נשאר, אלקטרון נוסף מגיע מהטרמינל השלילי של הסוללה, כלומר אלקטרונים נעים בחופשיות לאורך שרשרת המתכת, ומשנים בקלות את שייכותם לאטומים.

נראה שהם יוצרים לאורך סריג הגביש של המתכת בכיוון שהם נדחפים, מנסים להאיץ, את השדה החשמלי (מהמינוס לפלוס של מקור EMF הקבוע), בעוד האלקטרונים נצמדים לאטומים של סריג הגביש לאורך כל דרכם.

חלק מהאלקטרונים במהלך תנועתם מתפרקים לאטומים (בשל העובדה שהתנועה התרמית מרטיטה את כל מבנה האטומים יחד עם האלקטרונים), וכתוצאה מכך המוליך מתחמם - כך הוא מתבטא התנגדות חשמלית של החוטים.

אלקטרונים חופשיים במתכת

חקר מתכות באמצעות קרני רנטגן, כמו גם שיטות אחרות, הראו שלמתכות יש מבנה גבישי.המשמעות היא שהם מורכבים מאטומים או מולקולות המסודרות בצורה מסוימת במרחב (בסדר, יונים) היוצרים את החלופה הנכונה בכל שלושת הממדים.

בתנאים אלו, אטומי היסודות ממוקמים כל כך קרוב זה לזה שהאלקטרונים החיצוניים שלהם שייכים לאטום זה באותה מידה כמו לשכנים, כתוצאה מכך מידת ההתקשרות של האלקטרון לכל אטום בודד. נעדר כמעט.

בהתאם לסוג המתכת, לפחות אחד מאלקטרונים של כל אטום, לפעמים שני אלקטרונים, ובמקרים מסוימים אפילו שלושה אלקטרונים חופשיים מבחינת תנועותיהם במתכת, בהשפעת כוחות חיצוניים.

דיאלקטרי

מה יש בדיאלקטרי? אם במקום חוטי נחושת אתה לוקח פלסטיק, נייר או משהו דומה? לא יהיה חשמל, שום אור לא יידלק. למה? המבנה של הדיאלקטרי הוא כזה שהוא מורכב ממולקולות ניטרליות שגם תחת פעולת שדה חשמלי אינן משחררות את האלקטרונים שלהן בתנועה מסודרת - הן פשוט לא יכולות. אין אלקטרונים הולכה חופשיים בדיאלקטרי, כמו במתכת.

האלקטרונים החיצוניים באטום של כל מולקולה דיאלקטרית ארוזים בחוזקה, יתר על כן, הם משתתפים בקשרים הפנימיים של המולקולה, בעוד שהמולקולות של חומר כזה הן בדרך כלל ניטרליות חשמלית. כל מה שמולקולות דיאלקטריות יכולות לעשות הוא לעשות קיטוב.

תחת פעולת שדה חשמלי המופעל עליהם, המטענים החשמליים הקשורים לכל מולקולה פשוט יעברו מעט ממיקום שיווי המשקל, בעוד שכל חלקיק טעון יישאר באטום שלו. תופעה זו נקראת עקירת מטען קיטוב דיאלקטרי.

כתוצאה מקיטוב, מטענים מופיעים על פני השטח של דיאלקטרי המקוטב בצורה זו על ידי שדה חשמלי המופעל עליו, אשר נוטים להפחית את השדה החשמלי החיצוני שגרם לקיטוב עם השדה החשמלי שלהם. היכולת של דיאלקטרי להחליש שדה חשמלי חיצוני בדרך זו נקראת קבוע דיאלקטרי.