Zašto dielektrici ne provode struju

Odgovoriti na pitanje "zašto dielektrik ne provodi električnu struju?" o pojavi i postojanju električne struje… A onda usporedimo kako se vodiči i dielektrici ponašaju u odnosu na pronalaženje odgovora na ovo pitanje.

Trenutno

Električnom strujom nazivamo uređeno, odnosno usmjereno kretanje nabijenih čestica električno polje… Dakle, prvo, postojanje električne struje zahtijeva prisutnost slobodnih nabijenih čestica sposobnih za usmjereno kretanje. Drugo, za pokretanje ovih naboja potrebno je električno polje. I, naravno, mora postojati određeni prostor u kojem se odvija to kretanje nabijenih čestica, koje se zove električna struja.

Slobodne nabijene čestice obiluju vodičima: u metalima, u elektrolitima, u plazmi. U bakrenom vodiču, na primjer, to su slobodni elektroni, u elektrolitu - ioni, na primjer, ioni sumporne kiseline (vodik i sumporni oksid) u olovnom akumulatoru, u plazmi - ioni i elektroni, oni su ti koji kretati se tijekom električnog pražnjenja u ioniziranom plinu.

Metal

Na primjer, uzmimo dva komada bakrene žice i pomoću njih spojimo malu žarulju na bateriju. Što će se dogoditi? Svjetlo će početi svijetliti, što znači da a istosmjerna električna struja… Između krajeva žica sada postoji potencijalna razlika koju stvara baterija, što znači da je unutar žice počelo djelovati električno polje.

Električno polje tjera elektrone vanjskih ljuski atoma bakra da se kreću u smjeru polja — od atoma do atoma, od atoma do sljedećeg atoma i tako dalje duž lanca, jer elektroni vanjskih ljuski metala atomi su mnogo slabije vezani za jezgre nego elektroni bliže jezgrama elektronskih orbita. Tamo gdje je elektron ostao, drugi elektron dolazi s negativnog terminala baterije, odnosno elektroni se slobodno kreću duž metalnog lanca, lako mijenjajući svoju pripadnost atomima.

Čini se da se formiraju duž kristalne rešetke metala u smjeru u kojem ih gura, pokušavajući ubrzati, električno polje (od minusa do plusa konstantnog EMF izvora), dok se elektroni drže za atome kristalne rešetke. duž cijelog njihovog puta.

Neki se elektroni tijekom svog kretanja razbijaju na atome (zbog činjenice da toplinsko kretanje vibrira cijelu strukturu atoma zajedno s elektronima), zbog čega se vodič zagrijava - tako se to očituje električni otpor žica.

Slobodni elektroni u metalu

Proučavanje metala pomoću X-zraka, kao i drugim metodama, pokazalo je da metali imaju kristalnu strukturu.To znači da se sastoje od atoma ili molekula raspoređenih na određeni način u prostoru (redom, iona) koji stvaraju pravilnu izmjenu u sve tri dimenzije.

Pod tim uvjetima, atomi elemenata nalaze se tako blizu jedan drugom da njihovi vanjski elektroni pripadaju tom atomu u istoj mjeri kao i susjednim, zbog čega je stupanj vezanosti elektrona za svaki pojedinačni atom je praktički odsutan.

Ovisno o vrsti metala, barem jedan od elektrona svakog atoma, ponekad dva elektrona, au nekim slučajevima čak tri elektrona su slobodni u smislu svojih kretanja u metalu, pod utjecajem vanjskih sila.

Dielektrik

Što se nalazi u dielektriku? Ako umjesto bakrenih žica uzmete plastiku, papir ili nešto slično? Neće biti struje, neće se upaliti svjetlo. Zašto? Struktura dielektrika je takva da se sastoji od neutralnih molekula koje, čak i pod djelovanjem električnog polja, ne oslobađaju svoje elektrone u pravilnom gibanju - jednostavno ne mogu. U dielektriku nema slobodnih elektrona vodljivosti, kao u metalu.

Vanjski elektroni u atomu bilo koje dielektrične molekule čvrsto su pakirani, štoviše, sudjeluju u unutarnjim vezama molekule, dok su molekule takve tvari obično električki neutralne. Sve što dielektrične molekule mogu učiniti je polarizirati.

Pod djelovanjem električnog polja primijenjenog na njih, pridruženi električni naboji svake molekule jednostavno će se lagano pomaknuti iz ravnotežnog položaja, dok će svaka nabijena čestica ostati u vlastitom atomu. Taj se fenomen naziva pomakom naboja dielektrična polarizacija.

Kao posljedica polarizacije, na površini tako polariziranog dielektrika nanesenim električnim poljem pojavljuju se naboji koji svojim električnim poljem nastoje smanjiti vanjsko električno polje koje je uzrokovalo polarizaciju. Sposobnost dielektrika da na taj način oslabi vanjsko električno polje naziva se dielektrična konstanta.