Co je dielektrická konstanta

Každá látka nebo těleso, které nás obklopuje, má určité elektrické vlastnosti. To je způsobeno molekulární a atomovou strukturou: přítomnost nabitých částic ve vzájemně vázaném nebo volném stavu.

Když na látku nepůsobí žádné vnější elektrické pole, jsou tyto částice rozmístěny tak, že se vzájemně vyvažují a nevytvářejí dodatečné elektrické pole v celém celkovém objemu. V případě vnější aplikace elektrické energie uvnitř molekul a atomů dochází k redistribuci nábojů, což vede k vytvoření vlastního vnitřního elektrického pole namířeného proti vnějšímu.

Pokud je vektor aplikovaného vnějšího pole označen jako «E0» a vnitřní «E '», pak celkové pole «E» bude součtem energie těchto dvou veličin.

V elektřině je obvyklé dělit látky na:

• dráty;

• dielektrika.

Tato klasifikace existuje již dlouhou dobu, i když je zcela libovolná, protože mnoho těles má různé nebo kombinované vlastnosti.

Dirigenti

Jako vodiče se používají nosiče, které mají bezplatné poplatky.Nejčastěji působí kovy jako vodiče, protože v jejich struktuře jsou vždy přítomny volné elektrony, které se mohou pohybovat v celém objemu látky a zároveň jsou účastníky tepelných procesů.

Když je vodič izolován od působení vnějších elektrických polí, vytvoří se v něm rovnováha kladných a záporných nábojů z iontových mřížek a volných elektronů. Tato rovnováha je okamžitě zničena, když vodič v elektrickém poli — v důsledku energie, při které začíná redistribuce nabitých částic a na vnějším povrchu se objevují nevyvážené náboje s kladnými a zápornými hodnotami.

Tento jev se obvykle nazývá elektrostatická indukce... Náboje, které nabíjí na povrchu kovů, se nazývají indukční náboje.

Indukční náboje vytvořené ve vodiči tvoří vlastní pole E', které kompenzuje vliv vnějšího E0 uvnitř vodiče. Proto je hodnota celkového, celkového elektrostatického pole kompenzována a rovna 0. V tomto případě jsou potenciály všech bodů uvnitř i vně stejné.

Získaný závěr ukazuje, že uvnitř vodiče, i když je připojeno vnější pole, není žádný potenciálový rozdíl a žádná elektrostatická pole. Této skutečnosti se využívá při stínění — aplikaci metody elektrostatické ochrany osob a elektrických zařízení citlivých na indukovaná pole, zejména přesných měřicích přístrojů a mikroprocesorové techniky.

Stíněné oděvy a obuv z tkanin s vodivými nitěmi včetně klobouků se v elektřině používají k ochraně personálu pracujícího v podmínkách zvýšeného napětí vytvářeného vysokonapěťovými zařízeními.

Dielektrika

Tak se nazývají látky, které mají izolační vlastnosti. Obsahují pouze propojené poplatky, nikoli bezplatné. Všechny mají pozitivní a negativní částice vázané v neutrálním atomu, zbavené svobody pohybu. Jsou rozmístěny uvnitř dielektrika a nepohybují se působením aplikovaného vnějšího pole E0.

Jeho energie však stále způsobuje určité změny ve struktuře látky — uvnitř atomů a molekul se mění poměr pozitivních a negativních částic a na povrchu látky se objevují nadměrné, nevyvážené sdružené náboje, které vytvářejí vnitřní elektrické pole. E'. Je namířen proti napětí působícímu zvenčí.

Tento jev se nazývá dielektrická polarizace... Vyznačuje se tím, že se uvnitř látky objeví elektrické pole E, vzniklé působením vnější energie E0, ale oslabené opozicí vnitřní E '.

Typy polarizace

Uvnitř dielektrika je dvou typů:

1. orientace;

2. elektronické.

První typ má další název dipólová polarizace. Je vlastní dielektrikům s posunutými středy u záporných a kladných nábojů, které tvoří molekuly mikroskopických dipólů – neutrální sada dvou nábojů. To je charakteristické pro vodu, oxid dusičitý, sirovodík.

Bez působení vnějšího elektrického pole jsou molekulární dipóly takových látek chaoticky orientovány vlivem procesů při provozní teplotě. Přitom v žádném místě vnitřního objemu a na vnějším povrchu dielektrika není elektrický náboj.

Tento obraz se mění pod vlivem externě aplikované energie, kdy dipóly mírně mění svou orientaci a na povrchu se objevují oblasti nekompenzovaných makroskopických vázaných nábojů, které tvoří pole E' se směrem opačným k aplikovanému E0.

Při takové polarizaci má teplota velký vliv na procesy, způsobuje tepelný pohyb a vytváří dezorientační faktory.

Elektronická polarizace, pružný mechanismus

Projevuje se v nepolárních dielektrikách — materiálech jiného typu s molekulami bez dipólového momentu, které se vlivem vnějšího pole deformují tak, že kladné náboje jsou orientovány ve směru vektoru E0 a záporné náboje jsou orientovány v opačném směru.

V důsledku toho každá z molekul působí jako elektrický dipól orientovaný podél osy aplikovaného pole. Tímto způsobem vytvářejí na vnějším povrchu své pole E 's opačným směrem.

U takových látek není deformace molekul a tedy i polarizace působením vnějšího pole závislá na jejich pohybu pod vlivem teploty. Jako příklad nepolárního dielektrika lze uvést metan CH4.

Číselná hodnota vnitřního pole dvou typů dielektrik se nejprve mění ve velikosti přímo úměrně s nárůstem vnějšího pole a poté, když je dosaženo saturace, objevují se nelineární efekty. Vznikají, když jsou všechny molekulární dipóly uspořádány podél siločar polárních dielektrik nebo došlo ke změnám ve struktuře nepolární hmoty v důsledku silné deformace atomů a molekul velkou energií aplikovanou zvenčí.

V praxi jsou takové případy vzácné — obvykle dojde k selhání nebo selhání izolace dříve.

Dielektrická konstanta

Mezi izolačními materiály hrají důležitou roli elektrické charakteristiky a takové ukazatele, jako je dielektrická konstanta... Lze ji měřit dvěma různými charakteristikami:

1. absolutní hodnota;

2. relativní hodnota.

Termín látky absolutní dielektrické konstanty εa se používá, když se odkazuje na matematický zápis Coulombova zákona. Ten ve tvaru koeficientu εα spojuje vektory indukce D a intenzity E.

Připomeňme, že francouzský fyzik Charles de Coulomb pomocí vlastní torzní váhy zkoumal zákony elektrických a magnetických sil mezi malými nabitými tělesy.

Stanovení relativní permeability prostředí se používá k charakterizaci izolačních vlastností látky. Odhaduje poměr interakční síly mezi dvěma bodovými náboji za dvou různých podmínek: ve vakuu a v pracovním prostředí. V tomto případě jsou indexy vakua brány jako 1 (εv = 1), zatímco pro skutečné látky jsou vždy vyšší, εr> 1.

Číselný výraz εr je znázorněn jako bezrozměrná veličina vysvětlená vlivem polarizace v dielektrikách a používá se k hodnocení jejich charakteristik.

Hodnoty dielektrické konstanty jednotlivých médií (při pokojové teplotě)

Látka ε Látka ε Segnetova sůl 6000 Diamant 5,7 Rutil (na optické ose) 170 Voda 81 Polyetylen 2,3 Ethanol 26,8 Křemík 12,0 Slída 6 Skleněná kádinka 5-16 Oxid uhličitý 1,00099 NaCl 5,22.01 Vodná pára 5,23201 Aquen ) 1,00057