Prečo dielektrika nevedú prúd

Odpoveď na otázku „prečo dielektrikum nevedie elektrinu?“ o výskyte a existencii elektrického prúdu... A potom porovnajme, ako sa správajú vodiče a dielektrika vo vzťahu k nájdeniu odpovede na túto otázku.

Aktuálne

Elektrický prúd sa nazýva usporiadaný, to znamená usmernený pohyb nabitých častíc elektrické pole… Tak po prvé, existencia elektrického prúdu vyžaduje prítomnosť voľných nabitých častíc, ktoré sa môžu pohybovať riadeným spôsobom. Po druhé, na pohon týchto nábojov je potrebné elektrické pole. A samozrejme musí existovať určitý priestor, v ktorom sa tento pohyb nabitých častíc, nazývaný elektrický prúd, odohráva.

Voľné nabité častice sú hojne zastúpené vo vodičoch: v kovoch, v elektrolytoch, v plazme. V medenom vodiči sú to napríklad voľné elektróny, v elektrolyte - ióny napríklad ióny kyseliny sírovej (vodík a oxid síry) v olovenom akumulátore, v plazme - ióny a elektróny sú to tie, ktoré pohybovať sa počas elektrického výboja v ionizovanom plyne.

Kovové

Vezmime si napríklad dva kusy medeného drôtu a pomocou nich pripojíme malú žiarovku k batérii. Čo sa bude diať? Svetlo začne svietiť, čo znamená, že a jednosmerný elektrický prúd… Medzi koncami vodičov je teraz potenciálny rozdiel vytvorený batériou, čo znamená, že vo vnútri vodiča začalo pôsobiť elektrické pole.

Elektrické pole núti elektróny vonkajších obalov atómov medi, aby sa pohybovali v smere poľa — od atómu k atómu, od atómu k ďalšiemu atómu a tak ďalej pozdĺž reťazca, pretože elektróny vonkajších obalov kovu atómy sú oveľa menej pevne viazané na jadrá ako elektróny bližšie k jadrám elektrónových dráh. Z miesta, kde zostal elektrón, prichádza ďalší elektrón zo záporného pólu batérie, to znamená, že elektróny sa voľne pohybujú pozdĺž kovového reťazca a ľahko menia svoju príslušnosť k atómom.

Zdá sa, že sa tvoria pozdĺž kryštálovej mriežky kovu v smere, ktorým sú tlačené, snažiac sa urýchliť elektrické pole (od mínus do plus zdroja konštantného EMF), zatiaľ čo elektróny sa prichytia k atómom kryštálovej mriežky. po celej svojej ceste.

Niektoré elektróny sa pri svojom pohybe rozbijú na atómy (vzhľadom k tomu, že tepelný pohyb rozvibruje celú štruktúru atómov spolu s elektrónmi), v dôsledku čoho sa vodič zahrieva - prejavuje sa to elektrický odpor vodičov.

Voľné elektróny v kove

Štúdium kovov pomocou röntgenových lúčov, ale aj iných metód ukázalo, že kovy majú kryštalickú štruktúru.To znamená, že pozostávajú z atómov alebo molekúl usporiadaných určitým spôsobom v priestore (v poradí, ióny), ktoré vytvárajú správne striedanie vo všetkých troch dimenziách.

Za týchto podmienok sú atómy prvkov umiestnené tak blízko seba, že ich vonkajšie elektróny patria k tomuto atómu v rovnakej miere ako k susedným, v dôsledku čoho je stupeň väzby elektrónu ku každému jednotlivému atómu prakticky chýba.

V závislosti od typu kovu je aspoň jeden z elektrónov každého atómu, niekedy dva elektróny a v niektorých prípadoch dokonca tri elektróny voľné, pokiaľ ide o ich pohyby v kove, pod vplyvom vonkajších síl.

Dielektrikum

Čo je v dielektriku? Ak namiesto medených drôtov vezmete plast, papier alebo niečo podobné? Nebude tam elektrina, nerozsvieti sa žiadne svetlo. prečo? Štruktúra dielektrika je taká, že pozostáva z neutrálnych molekúl, ktoré ani pri pôsobení elektrického poľa neuvoľňujú svoje elektróny v usporiadanom pohybe - jednoducho nemôžu. V dielektriku nie sú žiadne voľné vodivé elektróny, ako v kove.

Vonkajšie elektróny v atóme akejkoľvek dielektrickej molekuly sú pevne zbalené, navyše sa podieľajú na vnútorných väzbách molekuly, zatiaľ čo molekuly takejto látky sú zvyčajne elektricky neutrálne. Všetko, čo molekuly dielektrika dokážu, je polarizácia.

Pod pôsobením elektrického poľa, ktoré na ne pôsobí, sa súvisiace elektrické náboje každej molekuly jednoducho mierne posunú z rovnovážnej polohy, pričom každá nabitá častica zostane vo svojom vlastnom atóme. Tento jav sa nazýva posun náboja dielektrická polarizácia.

V dôsledku polarizácie sa na povrchu takto polarizovaného dielektrika aplikovaným elektrickým poľom objavia náboje, ktoré majú tendenciu svojim elektrickým poľom zmenšovať vonkajšie elektrické pole, ktoré polarizáciu spôsobilo. Schopnosť dielektrika oslabiť týmto spôsobom vonkajšie elektrické pole sa nazýva dielektrická konštanta.