Čo je dielektrická konštanta

Každá látka alebo teleso, ktoré nás obklopuje, má určité elektrické vlastnosti. Je to spôsobené molekulárnou a atómovou štruktúrou: prítomnosťou nabitých častíc vo vzájomne viazanom alebo voľnom stave.

Keď na látku nepôsobí žiadne vonkajšie elektrické pole, sú tieto častice rozmiestnené tak, že sa navzájom vyrovnávajú a nevytvárajú dodatočné elektrické pole v celom celkovom objeme. V prípade vonkajšej aplikácie elektrickej energie vo vnútri molekúl a atómov dochádza k redistribúcii nábojov, čo vedie k vytvoreniu vlastného vnútorného elektrického poľa namiereného proti vonkajšiemu.

Ak je vektor aplikovaného vonkajšieho poľa označený ako «E0» a vnútorné «E», potom celkové pole «E» bude súčtom energie týchto dvoch veličín.

V elektrine je obvyklé rozdeliť látky na:

• drôty;

• dielektriká.

Táto klasifikácia existuje už dlho, aj keď je celkom ľubovoľná, pretože mnohé telesá majú rôzne alebo kombinované vlastnosti.

Dirigenti

Ako vodiče sa používajú nosiče, ktoré majú bezplatné poplatky.Kovy najčastejšie pôsobia ako vodiče, pretože v ich štruktúre sú vždy prítomné voľné elektróny, ktoré sa môžu pohybovať v celom objeme látky a zároveň sú účastníkmi tepelných procesov.

Keď je vodič izolovaný od pôsobenia vonkajších elektrických polí, potom sa v ňom vytvorí rovnováha kladných a záporných nábojov z iónových mriežok a voľných elektrónov. Táto rovnováha je okamžite zničená, keď vodič v elektrickom poli - v dôsledku energie, pri ktorej začína redistribúcia nabitých častíc a na vonkajšom povrchu sa objavujú nevyvážené náboje s kladnými a zápornými hodnotami.

Tento jav sa zvyčajne nazýva elektrostatická indukcia... Náboje, ktoré nabíja na povrchu kovov, sa nazývajú indukčné náboje.

Indukčné náboje vytvorené vo vodiči vytvárajú vlastné pole E', ktoré kompenzuje vplyv vonkajšieho E0 vo vnútri vodiča. Preto je hodnota celkového, celkového elektrostatického poľa kompenzovaná a rovná sa 0. V tomto prípade sú potenciály všetkých bodov vo vnútri aj vonku rovnaké.

Získaný záver ukazuje, že vo vnútri vodiča, aj keď je pripojené vonkajšie pole, nie je žiadny potenciálny rozdiel a žiadne elektrostatické polia. Táto skutočnosť sa využíva pri tienení — aplikácii metódy elektrostatickej ochrany osôb a elektrických zariadení citlivých na indukované polia, najmä presných meracích prístrojov a mikroprocesorovej techniky.

Tienené odevy a obuv z tkanín s vodivými vláknami vrátane klobúkov sa v elektroenergetike používajú na ochranu personálu pracujúceho v podmienkach zvýšeného napätia vytváraného vysokonapäťovými zariadeniami.

Dielektrika

Toto je názov látok, ktoré majú izolačné vlastnosti. Obsahujú iba vzájomne prepojené poplatky, nie bezplatné. Všetky majú pozitívne a negatívne častice viazané v neutrálnom atóme, zbavené slobody pohybu. Sú rozdelené vo vnútri dielektrika a nepohybujú sa pôsobením vonkajšieho poľa E0.

Jeho energia však stále spôsobuje určité zmeny v štruktúre látky - vo vnútri atómov a molekúl sa mení pomer pozitívnych a negatívnych častíc a na povrchu látky sa objavujú nadmerné, nevyvážené súvisiace náboje, ktoré vytvárajú vnútorné elektrické pole. E '. Je nasmerovaný proti napätiu aplikovanému zvonku.

Tento jav sa nazýva dielektrická polarizácia... Vyznačuje sa tým, že vo vnútri látky sa objavuje elektrické pole E, vytvorené pôsobením vonkajšej energie E0, ale oslabené opozíciou vnútornej E '.

Typy polarizácie

Vo vnútri dielektrika je dvoch typov:

1. orientácia;

2. elektronický.

Prvý typ má dodatočný názov dipólová polarizácia. Je súčasťou dielektrík s posunutými stredmi pri záporných a kladných nábojoch, ktoré tvoria molekuly mikroskopických dipólov - neutrálny súbor dvoch nábojov. To je charakteristické pre vodu, oxid dusičitý, sírovodík.

Bez pôsobenia vonkajšieho elektrického poľa sú molekulárne dipóly takýchto látok chaoticky orientované pod vplyvom procesov pri prevádzkovej teplote. Súčasne v žiadnom bode vnútorného objemu a na vonkajšom povrchu dielektrika nie je elektrický náboj.

Tento obraz sa mení pod vplyvom externe aplikovanej energie, keď dipóly mierne zmenia svoju orientáciu a na povrchu sa objavia oblasti nekompenzovaných makroskopických viazaných nábojov, ktoré vytvárajú pole E' so smerom opačným ako aplikované E0.

Pri takejto polarizácii má teplota veľký vplyv na procesy, spôsobuje tepelný pohyb a vytvára dezorientačné faktory.

Elektronická polarizácia, elastický mechanizmus

Prejavuje sa v nepolárnych dielektrikách — materiáloch iného typu s molekulami bez dipólového momentu, ktoré sa vplyvom vonkajšieho poľa deformujú tak, že kladné náboje sú orientované v smere vektora E0 a záporné náboje sú orientované v opačnom smere.

Výsledkom je, že každá z molekúl pôsobí ako elektrický dipól orientovaný pozdĺž osi aplikovaného poľa. Týmto spôsobom vytvárajú na vonkajšom povrchu svoje pole E 's opačným smerom.

V takýchto látkach deformácia molekúl a teda aj polarizácia pôsobením vonkajšieho poľa nezávisí od ich pohybu pod vplyvom teploty. Ako príklad nepolárneho dielektrika možno uviesť metán CH4.

Číselná hodnota vnútorného poľa dvoch typov dielektrík sa najprv mení vo veľkosti priamo úmerne s nárastom vonkajšieho poľa a potom, keď sa dosiahne saturácia, objavia sa nelineárne efekty. Vznikajú vtedy, keď sú všetky molekulové dipóly usporiadané pozdĺž siločiar polárnych dielektrík alebo nastali zmeny v štruktúre nepolárnej hmoty v dôsledku silnej deformácie atómov a molekúl veľkou energiou aplikovanou zvonku.

V praxi sú takéto prípady zriedkavé — zvyčajne k poruche alebo zlyhaniu izolácie dôjde skôr.

Dielektrická konštanta

Medzi izolačnými materiálmi zohrávajú dôležitú úlohu elektrické charakteristiky a také ukazovatele ako dielektrická konštanta... Dá sa merať dvomi rôznymi charakteristikami:

1. absolútna hodnota;

2. relatívna hodnota.

Pojem látky absolútnej dielektrickej konštanty εa sa používa pri odkaze na matematický zápis Coulombovho zákona. Ten vo forme koeficientu εα spája vektory indukcie D a intenzity E.

Pripomeňme, že francúzsky fyzik Charles de Coulomb pomocou vlastnej torznej váhy skúmal zákony elektrických a magnetických síl medzi malými nabitými telesami.

Stanovenie relatívnej priepustnosti média sa používa na charakterizáciu izolačných vlastností látky. Odhaduje pomer interakčnej sily medzi dvoma bodovými nábojmi za dvoch rôznych podmienok: vo vákuu a v pracovnom prostredí. V tomto prípade sú indexy vákua brané ako 1 (εv = 1), zatiaľ čo pre skutočné látky sú vždy vyššie, εr> 1.

Číselný výraz εr je znázornený ako bezrozmerná veličina vysvetlená účinkom polarizácie v dielektrikách a používa sa na vyhodnotenie ich charakteristík.

Hodnoty dielektrickej konštanty jednotlivých médií (pri izbovej teplote)

Látka ε Látka ε Segnetova soľ 6000 Diamant 5,7 Rutil (na optickej osi) 170 Voda 81 Polyetylén 2,3 Etanol 26,8 Kremík 12,0 Sľuda 6 Sklenená kadička 5-16 Oxid uhličitý 1,00099 NaCl 5,216 Aquen 6,2201 Aquen 7,2201 Aquen. ) 1,00057