מהו קבוע דיאלקטרי

לכל חומר או גוף שמקיפים אותנו יש תכונות חשמליות מסוימות. זה נובע מהמבנה המולקולרי והאטומי: נוכחותם של חלקיקים טעונים במצב קשור הדדי או חופשי.

כאשר לא פועל שדה חשמלי חיצוני על החומר, חלקיקים אלו מתפזרים בצורה כזו שהם מאזנים זה את זה ואינם יוצרים שדה חשמלי נוסף בכל הנפח הכולל. במקרה של יישום חיצוני של אנרגיה חשמלית בתוך המולקולות והאטומים, מתרחשת חלוקה מחדש של מטענים, מה שמוביל ליצירת שדה חשמלי פנימי משלו המכוון כנגד החיצוני.

אם הווקטור של השדה החיצוני המופעל מסומן כ- «E0», והפנימי «E '», אז השדה הכולל «E» יהיה סכום האנרגיה של שתי הכמויות הללו.

בחשמל נהוג לחלק חומרים ל:

• חוטים;

• דיאלקטריות.

סיווג זה קיים כבר זמן רב, אם כי הוא די שרירותי, שכן לגופים רבים יש תכונות שונות או משולבות.

מנצחים

מובילים שיש להם חיובים בחינם משמשים כמוליכים.לרוב, מתכות פועלות כמוליכות, שכן במבנה שלהן נמצאים תמיד אלקטרונים חופשיים, המסוגלים לנוע בכל נפח החומר ובו בזמן משתתפים בתהליכים תרמיים.

כאשר מוליך מבודד מפעולת שדות חשמליים חיצוניים, אז נוצר בו איזון של מטענים חיוביים ושליליים מסריגי יונים ואלקטרונים חופשיים. שיווי משקל זה נהרס מיד כאשר מוליך בשדה חשמלי - בשל האנרגיה שבה מתחילה החלוקה מחדש של חלקיקים טעונים ומטענים לא מאוזנים בעלי ערכים חיוביים ושליליים מופיעים על פני השטח החיצוניים.

תופעה זו נקראת בדרך כלל אינדוקציה אלקטרוסטטית... המטענים שהיא מטעין על פני המתכות נקראים מטענים אינדוקציה.

מטענים אינדוקטיביים הנוצרים במוליך יוצרים שדה עצמי E ', אשר מפצה על ההשפעה של ה-E0 החיצוני בתוך המוליך. לכן, הערך של השדה האלקטרוסטטי הכולל, הכולל, מפוצה ושווה ל-0. במקרה זה, הפוטנציאלים של כל הנקודות הן בפנים והן בחוץ זהים.

המסקנה שהתקבלה מראה שבתוך המוליך, גם עם שדה חיצוני מחובר, אין הבדל פוטנציאל ואין שדות אלקטרוסטטיים. עובדה זו משמשת במיגון - יישום שיטה להגנה אלקטרוסטטית על אנשים וציוד חשמלי הרגיש לשדות המושרים, במיוחד מכשירי מדידה מדויקים וטכנולוגיית מיקרו-מעבד.

ביגוד והנעלה ממוגנים מבדים עם חוטים מוליכים, כולל כובעים, משמשים בחשמל כדי להגן על כוח אדם שעובד בתנאים של מתח מוגבר שנוצר על ידי ציוד במתח גבוה.

דיאלקטריות

זהו שמם של חומרים בעלי תכונות בידוד. הם מכילים רק עמלות מחוברות, לא חינמיות. לכולם יש חלקיקים חיוביים ושליליים הקשורים באטום ניטרלי, משולל חופש תנועה. הם מפוזרים בתוך הדיאלקטרי ואינם נעים תחת פעולת השדה החיצוני המופעל E0.

עם זאת, האנרגיה שלו עדיין גורמת לשינויים מסוימים במבנה החומר - בתוך האטומים והמולקולות משתנה היחס בין החלקיקים החיוביים והשליליים, ועל פני החומר מופיעים מטענים קשורים מוגזמים ובלתי מאוזנים, היוצרים שדה חשמלי פנימי. ה'. הוא מכוון נגד המתח המופעל מבחוץ.

תופעה זו נקראת קיטוב דיאלקטרי... היא מאופיינת בעובדה שבתוך החומר מופיע שדה חשמלי E, שנוצר על ידי פעולת האנרגיה החיצונית E0, אך נחלש על ידי ההתנגדות של E ' הפנימי.

סוגי קיטוב

זה משני סוגים בתוך הדיאלקטריים:

1. התמצאות;

2. אלקטרוני.

לסוג הראשון יש את השם הנוסף של קיטוב דיפול. זה טבוע בדיאלקטריות עם מרכזים מוזזים במטענים שליליים וחיוביים, היוצרים מולקולות של דיפולים מיקרוסקופיים - קבוצה ניטרלית של שני מטענים. זה אופייני למים, חנקן דו חמצני, מימן גופרתי.

ללא פעולת שדה חשמלי חיצוני, הדיפולים המולקולריים של חומרים כאלה מכוונים בצורה כאוטית בהשפעת תהליכים בטמפרטורת הפעולה. יחד עם זאת, אין מטען חשמלי בשום נקודה של הנפח הפנימי ועל פני השטח החיצוניים של הדיאלקטרי.

תמונה זו משתנה בהשפעת האנרגיה המופעלת חיצונית, כאשר הדיפולים משנים מעט את הכיוון שלהם ואזורים של מטענים קשורים מאקרוסקופיים לא מפוצים מופיעים על פני השטח, ויוצרים שדה E' עם כיוון הפוך ל-E0 המופעל.

עם קיטוב כזה, לטמפרטורה יש השפעה רבה על תהליכים, הגורמת לתנועה תרמית ויוצרת גורמים מבלבלים.

קיטוב אלקטרוני, מנגנון אלסטי

זה מתבטא בדיאלקטריות לא קוטביות - חומרים מסוג אחר עם מולקולות נטולות מומנט דיפול, אשר בהשפעת שדה חיצוני מעוותים כך שהמטענים החיוביים מכוונים לכיוון וקטור E0, וכן המטענים השליליים מכוונים בכיוון ההפוך.

כתוצאה מכך, כל אחת מהמולקולות פועלת כדיפול חשמלי המכוון לאורך ציר השדה המופעל. בדרך זו, הם יוצרים על פני השטח החיצוניים את השדה שלהם E 'בכיוון ההפוך.

בחומרים כאלה, העיוות של המולקולות ולכן הקיטוב כתוצאה מפעולת שדה חיצוני אינו תלוי בתנועתן בהשפעת הטמפרטורה. ניתן לציין מתאן CH4 כדוגמה לדיאלקטרי לא קוטבי.

הערך המספרי של השדה הפנימי של שני סוגי הדיאלקטריות משתנה תחילה בגודלו ביחס ישר להגדלת השדה החיצוני, ולאחר מכן, כאשר מגיעים לרוויה, מופיעות השפעות לא ליניאריות. הם נוצרים כאשר כל הדיפולים המולקולריים מסודרים לאורך קווי הכוח של דיאלקטריות קוטביות או שחלו שינויים במבנה של חומר לא קוטבי, עקב עיוות חזק של אטומים ומולקולות על ידי אנרגיה גדולה המופעלת מבחוץ.

בפועל, מקרים כאלה הם נדירים - בדרך כלל כשל או כשל בבידוד מתרחש מוקדם יותר.

הקבוע הדיאלקטרי

בין חומרי בידוד, תפקיד חשוב הוא על ידי המאפיינים החשמליים ואינדיקטורים כגון הקבוע הדיאלקטרי... ניתן למדוד אותו על ידי שני מאפיינים שונים:

1. ערך מוחלט;

2. ערך יחסי.

המונח חומרים קבוע דיאלקטרי אבסולוטי εa משמש כאשר מתייחסים לסימון המתמטי של חוק קולומב. זה, בצורה של מקדם εα, מחבר את הוקטורים של אינדוקציה D ועוצמה E.

הבה נזכיר שהפיזיקאי הצרפתי שארל דה קולומב, באמצעות מאזן הפיתול שלו, חקר את חוקי הכוחות החשמליים והמגנטיים בין גופים טעונים קטנים.

קביעת החדירות היחסית של תווך משמשת לאפיון תכונות הבידוד של חומר. הוא מעריך את היחס בין כוח האינטראקציה בין שני מטענים נקודתיים בשני תנאים שונים: בוואקום ובסביבת עבודה. במקרה זה, מדדי הוואקום נלקחים כ-1 (εv = 1), בעוד שלחומרים אמיתיים הם תמיד גבוהים יותר, εr> 1.

הביטוי המספרי εr מוצג ככמות חסרת מימד המוסברת על ידי השפעת הקיטוב בדיאלקטריות ומשמש להערכת המאפיינים שלהם.

ערכי קבוע דיאלקטרי של מדיה בודדת (בטמפרטורת החדר)

חומר ε חומר ε Segnet מלח 6000 יהלום 5.7 רוטיל (על ציר אופטי) 170 מים 81 פוליאתילן 2.3 אתנול 26.8 סיליקון 12.0 מיקה 6 כוס זכוכית 5-16 פחמן דו-חמצני 1.00099 NaCl דו-חמצני 5222 NaCl 1.00099 דו-חמצני אוויר 5222. (760 מ"מ כספית) 1.00057