Što je dielektrična konstanta

Svaka tvar ili tijelo koje nas okružuje ima određena električna svojstva. To je zbog molekularne i atomske strukture: prisutnost nabijenih čestica u međusobno vezanom ili slobodnom stanju.

Kada na tvar ne djeluje vanjsko električno polje, te su čestice raspoređene tako da se međusobno uravnotežuju i ne stvaraju dodatno električno polje u cijelom ukupnom volumenu. U slučaju vanjske primjene električne energije unutar molekula i atoma dolazi do preraspodjele naboja, što dovodi do stvaranja vlastitog unutarnjeg električnog polja usmjerenog protiv vanjskog.

Ako se vektor primijenjenog vanjskog polja označi kao «E0», a unutarnjeg kao «E '», tada će ukupno polje «E» biti zbroj energije ove dvije veličine.

U elektricitetu je uobičajeno dijeliti tvari na:

• žice;

• dielektrici.

Ova klasifikacija postoji već dugo, iako je prilično proizvoljna, jer mnoga tijela imaju različita ili kombinirana svojstva.

Dirigenti

Kao vodiči koriste se nosači koji imaju slobodne naboje.Metali najčešće djeluju kao vodiči, budući da su u njihovoj strukturi uvijek prisutni slobodni elektroni, koji se mogu kretati po volumenu tvari i istovremeno sudjeluju u toplinskim procesima.

Kada se vodič izolira od djelovanja vanjskih električnih polja, tada se u njemu iz ionskih rešetki i slobodnih elektrona stvara ravnoteža pozitivnih i negativnih naboja. Ova ravnoteža se odmah naruši kada vodič u električnom polju — zbog energije pri kojoj počinje preraspodjela nabijenih čestica i na vanjskoj površini se pojavljuju neuravnoteženi naboji s pozitivnim i negativnim vrijednostima.

Taj se fenomen obično naziva elektrostatička indukcija... Naboji koje nabija na površini metala nazivaju se indukcijskim nabojima.

Induktivni naboji formirani u vodiču tvore vlastito polje E', koje kompenzira učinak vanjskog E0 unutar vodiča. Dakle, vrijednost ukupnog, ukupnog elektrostatskog polja je kompenzirana i jednaka 0. U ovom slučaju, potencijali svih točaka unutar i izvana su isti.

Dobiveni zaključak pokazuje da unutar vodiča, čak i uz priključeno vanjsko polje, nema razlike potencijala i elektrostatskih polja. Ta se činjenica koristi u zaštiti — primjeni metode elektrostatičke zaštite ljudi i električne opreme osjetljive na inducirana polja, posebice preciznih mjernih instrumenata i mikroprocesorske tehnike.

Zaštićena odjeća i obuća od tkanina s vodljivim nitima, uključujući i kape, koristi se u elektroprivredi za zaštitu osoblja koje radi u uvjetima povišenog napona koji stvara visokonaponska oprema.

Dielektrici

Ovo je naziv tvari koje imaju izolacijska svojstva. Sadrže samo međusobno povezane naknade, a ne besplatne. Sve one imaju pozitivne i negativne čestice vezane u neutralnom atomu, lišene slobode kretanja. Oni su raspoređeni unutar dielektrika i ne miču se pod djelovanjem primijenjenog vanjskog polja E0.

Međutim, njegova energija ipak uzrokuje određene promjene u strukturi tvari — unutar atoma i molekula mijenja se omjer pozitivnih i negativnih čestica, a na površini tvari pojavljuju se prekomjerni, neuravnoteženi pridruženi naboji koji tvore unutarnje električno polje E '. Usmjeren je protiv napetosti primijenjene izvana.

Ta se pojava naziva dielektrična polarizacija... Karakterizira je to što se unutar tvari pojavljuje električno polje E, nastalo djelovanjem vanjske energije E0, ali oslabljeno suprotstavljanjem unutarnje E '.

Vrste polarizacije

Postoje dvije vrste unutar dielektrika:

1. orijentacija;

2. elektronički.

Prvi tip ima dodatni naziv dipolna polarizacija. Svojstveno je dielektricima s pomaknutim centrima na negativnim i pozitivnim nabojima, koji tvore molekule mikroskopskih dipola - neutralni skup dvaju naboja. To je karakteristično za vodu, dušikov dioksid, sumporovodik.

Bez djelovanja vanjskog električnog polja, molekularni dipoli takvih tvari usmjereni su na kaotičan način pod utjecajem procesa na radnoj temperaturi. Istodobno, nema električnog naboja ni u jednoj točki unutarnjeg volumena i na vanjskoj površini dielektrika.

Ova se slika mijenja pod utjecajem izvana primijenjene energije, kada dipoli malo promijene svoju orijentaciju i na površini se pojave područja nekompenziranih makroskopskih vezanih naboja, tvoreći polje E' sa smjerom suprotnim od primijenjenog E0.

S takvom polarizacijom temperatura ima velik utjecaj na procese, uzrokujući toplinsko gibanje i stvarajući dezorijentirajuće čimbenike.

Elektronska polarizacija, elastični mehanizam

Očituje se u nepolarnim dielektricima - materijalima drugačijeg tipa s molekulama bez dipolnog momenta, koji se pod utjecajem vanjskog polja deformiraju tako da su pozitivni naboji usmjereni u smjeru vektora E0, a negativni naboji su usmjereni u suprotnom smjeru.

Kao rezultat toga, svaka od molekula djeluje kao električni dipol orijentiran duž osi primijenjenog polja. Na taj način stvaraju na vanjskoj površini svoje polje E 's suprotnim smjerom.

U takvim tvarima deformacija molekula, a time i polarizacija uslijed djelovanja vanjskog polja, ne ovisi o njihovom kretanju pod utjecajem temperature. Kao primjer nepolarnog dielektrika može se navesti metan CH4.

Numerička vrijednost unutarnjeg polja dviju vrsta dielektrika prvo se mijenja u veličini izravno proporcionalno povećanju vanjskog polja, a zatim, kada se postigne zasićenje, pojavljuju se nelinearni učinci. Nastaju kada su svi molekularni dipoli raspoređeni duž linija sile polarnih dielektrika ili je došlo do promjena u strukturi nepolarne tvari, zbog jake deformacije atoma i molekula velikom energijom dovedenom izvana.

U praksi su takvi slučajevi rijetki - obično se kvar ili kvar izolacije dogodi ranije.

Dielektrična konstanta

Među izolacijskim materijalima važnu ulogu igraju električna svojstva i takvi pokazatelji kao što je dielektrična konstanta... Može se mjeriti s dvije različite karakteristike:

1. apsolutna vrijednost;

2. relativna vrijednost.

Izraz apsolutna dielektrična konstanta tvari εa koristi se kada se govori o matematičkom zapisu Coulombovog zakona. On u obliku koeficijenta εα povezuje vektore indukcije D i intenziteta E.

Podsjetimo, francuski fizičar Charles de Coulomb je koristeći vlastitu torzijsku vagu istraživao zakonitosti električnih i magnetskih sila između malih nabijenih tijela.

Određivanje relativne propusnosti medija koristi se za karakterizaciju izolacijskih svojstava tvari. Procjenjuje omjer međudjelovanja između dvaju točkastih naboja u dva različita uvjeta: u vakuumu iu radnom okruženju. U ovom slučaju, indeksi vakuuma uzimaju se kao 1 (εv = 1), dok su za stvarne tvari uvijek veći, εr> 1.

Numerički izraz εr prikazan je kao bezdimenzionalna veličina koja se objašnjava učinkom polarizacije u dielektricima i koristi se za ocjenu njihovih karakteristika.

Vrijednosti dielektrične konstante pojedinih medija (na sobnoj temperaturi)

Supstanca ε Supstanca ε Segnet sol 6000 Dijamant 5,7 Rutil (na optičkoj osi) 170 Voda 81 Polietilen 2,3 Etanol 26,8 Silicij 12,0 Tinjac 6 Staklena čaša 5-16 Ugljični dioksid 1,00099 NaCl 5,26 Vodena para 1,0126 Benzen 2,322 Zrak (760 mmHg) 1,00057