Φαινόμενα όπως η διηλεκτρική επιδεκτικότητα και η διαπερατότητα απαντώνται όχι μόνο στη φυσική, αλλά και στην καθημερινή ζωή. Από αυτή την άποψη, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η σημασία αυτών των φαινομένων στην επιστήμη, η επιρροή και η εφαρμογή τους στην καθημερινή ζωή.
Προσδιορισμός τάσης
Η ένταση είναι μια διανυσματική ποσότητα στη φυσική, η οποία υπολογίζεται από τη δύναμη που επηρεάζει ένα μόνο θετικό φορτίο που τοποθετείται στο σημείο του υπό μελέτη πεδίου. Αφού το διηλεκτρικό τοποθετηθεί σε εξωτερικό ηλεκτροστατικό πεδίο, αποκτά διπολική ροπή, με άλλα λόγια, πολώνεται. Για να περιγραφεί ποσοτικά η πόλωση σε ένα διηλεκτρικό, χρησιμοποιείται η πόλωση - ένας διανυσματικός φυσικός δείκτης που υπολογίζεται ως η διπολική ροπή της τιμής όγκου του διηλεκτρικού.
Το διάνυσμα έντασης αφού περάσει από την όψη μεταξύ δύο διηλεκτρικών υφίσταται απότομες αλλαγές, προκαλώντας παρεμβολές κατά τον υπολογισμό των ηλεκτροστατικών πεδίων. Από αυτή την άποψη, εισάγεται ένα επιπλέον χαρακτηριστικό - το διάνυσμαηλεκτρική μετατόπιση.
Χρησιμοποιώντας τη διαπερατότητα, μπορείτε να μάθετε πόσες φορές ένα διηλεκτρικό μπορεί να αποδυναμώσει ένα εξωτερικό πεδίο. Προκειμένου να εξηγηθούν πιο ορθολογικά τα ηλεκτροστατικά πεδία στα διηλεκτρικά, χρησιμοποιείται το διάνυσμα ηλεκτρικής μετατόπισης.
Βασικοί ορισμοί
Η απόλυτη διαπερατότητα ενός μέσου είναι ένας συντελεστής που περιλαμβάνεται στη μαθηματική σημειογραφία του νόμου του Coulomb και στην εξίσωση της σχέσης μεταξύ της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της ηλεκτρικής επαγωγής. Η απόλυτη διαπερατότητα μπορεί να αναπαρασταθεί ως το γινόμενο της σχετικής διαπερατότητας του μέσου και της σταθεράς ηλεκτρικής ενέργειας.
Η διηλεκτρική επιδεκτικότητα, που ονομάζεται πολωσιμότητα μιας ουσίας, είναι ένα φυσικό μέγεθος που μπορεί να πολωθεί υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Είναι επίσης ο συντελεστής γραμμικής σύνδεσης του εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου με την πόλωση του διηλεκτρικού σε ένα μικρό πεδίο. Ο τύπος για τη διηλεκτρική επιδεκτικότητα γράφεται ως: X=na.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα διηλεκτρικά έχουν θετική διηλεκτρική επιδεκτικότητα, ενώ αυτή η τιμή είναι αδιάστατη.
Ο σιδηροηλεκτρισμός είναι ένα φυσικό φαινόμενο που υπάρχει σε ορισμένους κρυστάλλους, που ονομάζονται σιδηροηλεκτρικοί, σε ορισμένες τιμές θερμοκρασίας. Συνίσταται στην εμφάνιση αυθόρμητης πόλωσης σε έναν κρύσταλλο ακόμη και χωρίς εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Η διαφορά μεταξύ σιδηροηλεκτρικών και πυροηλεκτρικών είναιότι σε ορισμένα εύρη θερμοκρασίας αλλάζει η κρυσταλλική τους τροποποίηση και η τυχαία πόλωση εξαφανίζεται.
Οι ηλεκτρολόγοι στο πεδίο δεν συμπεριφέρονται σαν αγωγοί, αλλά έχουν κοινά χαρακτηριστικά. Ένα διηλεκτρικό διαφέρει από έναν αγωγό απουσία ελεύθερων φορτισμένων φορέων. Υπάρχουν, αλλά σε ελάχιστες ποσότητες. Σε έναν αγωγό, ένα ηλεκτρόνιο που κινείται ελεύθερα στο κρυσταλλικό πλέγμα ενός μετάλλου θα γίνει ένας παρόμοιος φορέας φορτίου. Ωστόσο, τα ηλεκτρόνια σε ένα διηλεκτρικό είναι συνδεδεμένα με τα δικά τους άτομα και δεν μπορούν να κινηθούν εύκολα. Μετά την εισαγωγή των διηλεκτρικών σε ένα πεδίο με ηλεκτρισμό, εμφανίζεται ηλεκτρισμός σε αυτό, όπως ένας αγωγός. Η διαφορά από ένα διηλεκτρικό είναι ότι τα ηλεκτρόνια δεν κινούνται ελεύθερα σε όλο τον όγκο, όπως συμβαίνει σε έναν αγωγό. Ωστόσο, υπό την επίδραση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, μια ελαφρά μετατόπιση φορτίων προκύπτει από το εσωτερικό του μορίου της ουσίας: ένα θετικό θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση του πεδίου και ένα αρνητικό θα είναι το αντίστροφο.
Από αυτή την άποψη, η επιφάνεια αποκτά ένα ορισμένο φορτίο. Η διαδικασία για την εμφάνιση φορτίου στην επιφάνεια μιας ουσίας υπό την επίδραση ηλεκτρικών πεδίων ονομάζεται διηλεκτρική πόλωση. Εάν σε ένα ομογενές και μη πολικό διηλεκτρικό με μια ορισμένη συγκέντρωση μορίων όλα τα σωματίδια είναι ίδια, τότε η πόλωση θα είναι επίσης ίδια. Και στην περίπτωση της διηλεκτρικής επιδεκτικότητας του διηλεκτρικού, αυτή η τιμή θα είναι αδιάστατη.
Δεσμευμένες χρεώσεις
Λόγω της διαδικασίας της πόλωσης, εμφανίζονται μη αντισταθμισμένα φορτία στον όγκο μιας διηλεκτρικής ουσίας, που ονομάζεται πόλωση ή δεσμευμένη. σωματίδια,που έχουν αυτά τα φορτία, υπάρχουν στα φορτία των μορίων και, υπό την επίδραση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, εκτοπίζονται από τη θέση ισορροπίας χωρίς να φύγουν από το μόριο στο οποίο βρίσκονται.
Τα δεσμευμένα φορτία χαρακτηρίζονται από επιφανειακή πυκνότητα. Η διηλεκτρική επιδεκτικότητα και η διαπερατότητα του μέσου καθορίζει πόσες φορές η δύναμη δέσμευσης δύο ηλεκτρικών φορτίων στο διάστημα είναι μικρότερη από τον ίδιο δείκτη στο κενό.
Η σχετική ευαισθησία στον αέρα και η διαπερατότητα των περισσότερων άλλων αερίων υπό τυπικές συνθήκες είναι κοντά στη μονάδα (λόγω του μικρού επιπέδου). Η σχετική διηλεκτρική επιδεκτικότητα και διαπερατότητα στα σιδηροηλεκτρικά είναι δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες στην επιφάνεια διαχωρισμού ενός ζεύγους διηλεκτρικών με διαφορετική απόλυτη διαπερατότητα και επιδεκτικότητα της ουσίας, καθώς και ίσες συνιστώσες εφαπτομενικής αντοχής μεταξύ τους.
Μεταξύ πολλών πρακτικών καταστάσεων, υπάρχει μια συνάντηση με τη μετάβαση του ρεύματος από ένα μεταλλικό σώμα στον περιβάλλοντα κόσμο, ενώ η ειδική αγωγιμότητα του τελευταίου είναι αρκετές φορές μικρότερη από την αγωγιμότητα αυτού του σώματος. Παρόμοιες καταστάσεις μπορεί να συμβούν, για παράδειγμα, κατά τη διέλευση ρεύματος μέσω μεταλλικών ηλεκτροδίων που είναι θαμμένα στο έδαφος. Συχνά χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια χάλυβα. Εάν το καθήκον είναι να προσδιοριστεί η διηλεκτρική ευαισθησία του γυαλιού, τότε το έργο θα είναι κάπως περίπλοκο από το γεγονός ότι αυτή η ουσία έχει μια ιδιότητα χαλάρωσης ιόντων, λόγω της οποίας ένα μικρόκαθυστέρηση.
Στο όριο ενός ζεύγους διηλεκτρικών με διαφορετική διαπερατότητα παρουσία εξωτερικού πεδίου, εμφανίζονται φορτία πόλωσης με διαφορετικούς δείκτες με διαφορετικές επιφανειακές πυκνότητες. Έτσι προκύπτει μια νέα συνθήκη για τη διάθλαση της γραμμής πεδίου κατά τη μετάβαση από ένα διηλεκτρικό σε άλλο.
Ο νόμος της διάθλασης στην περίπτωση των γραμμών ρεύματος στη μορφή του μπορεί να θεωρηθεί παρόμοιος με τον νόμο της διάθλασης των γραμμών μετατόπισης στα όρια δύο διηλεκτρικών στα ηλεκτροστατικά πεδία.
Κάθε σώμα και ουσία του περιβάλλοντος κόσμου έχει ορισμένες ηλεκτρικές ιδιότητες. Ο λόγος για αυτό έγκειται στη μοριακή και ατομική δομή - την παρουσία φορτισμένων σωματιδίων που βρίσκονται σε διασυνδεδεμένη ή ελεύθερη κατάσταση.
Αν η ουσία δεν επηρεάζεται από εξωτερικό πεδίο, τότε τέτοια μέρη εντοπίζονται, εξισορροπώντας το ένα το άλλο, στον συνολικό συνολικό όγκο, χωρίς να δημιουργούνται πρόσθετα ηλεκτρικά πεδία. Εάν υπάρχει εφαρμογή ηλεκτρικής ενέργειας από το εξωτερικό, θα εμφανιστεί μια ανακατανομή φορτίων μέσα στα υπάρχοντα μόρια και άτομα, η οποία θα οδηγήσει στην εμφάνιση του δικού του εσωτερικού πεδίου, το οποίο θα κατευθύνεται προς τα έξω.
Όταν ορίζετε το εφαρμοζόμενο εξωτερικό πεδίο ως E0 και εσωτερικό E', τότε ολόκληρο το πεδίο E θα είναι το άθροισμα αυτών των τιμών.
Όλες οι ουσίες στον ηλεκτρισμό συνήθως χωρίζονται σε:
- conductors;
- διηλεκτρικά.
Αυτή η ταξινόμηση υπάρχει εδώ και πολύ καιρό, αλλά δεν είναι απολύτως ακριβής, καθώς η επιστήμη έχει ανακαλύψει εδώ και καιρό σώματα με νέα ή συνδυασμέναιδιότητες της ύλης.
Μαθητές
Ως αγώγιμες ουσίες μπορεί να είναι μέσα στα οποία υπάρχουν δωρεάν χρεώσεις. Τα μέταλλα θεωρούνται συχνά τέτοιες ύλες, αφού η δομή τους συνεπάγεται τη συνεχή παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων που μπορούν να κινούνται μέσα σε ολόκληρη την κοιλότητα της ουσίας. Η διηλεκτρική ευαισθησία του μέσου σάς επιτρέπει να συμμετέχετε στη θερμική διαδικασία
Εάν ο αγωγός είναι απομονωμένος από την επίδραση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, τότε εμφανίζεται μια ισορροπία στο εσωτερικό του μεταξύ θετικών και αρνητικών φορτίων. Αυτή η κατάσταση εξαφανίζεται αμέσως όταν εμφανίζεται ένας αγωγός σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, ο οποίος ανακατανέμει φορτισμένα σωματίδια με την ενέργειά του και προκαλεί την εμφάνιση μη ισορροπημένων φορτίων με θετική και αρνητική τιμή στην εξωτερική επιφάνεια
Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτροστατική επαγωγή. Τα φορτία που εμφανίστηκαν με τη δράση του στην επιφάνεια του μετάλλου ονομάζονται επαγωγικά φορτία.
Τα επαγωγικά φορτία που έχουν προκύψει στον αγωγό δημιουργούν το δικό τους πεδίο, το οποίο αντισταθμίζει την επίδραση του εξωτερικού πεδίου μέσα στον αγωγό. Από αυτή την άποψη, ο δείκτης του συνολικού ηλεκτροστατικού πεδίου θα αντισταθμιστεί και θα ισούται με 0. Τα δυναμικά κάθε σημείου εντός και εκτός είναι ίσα.
Αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι μέσα στον αγωγό (ακόμη και με εξωτερικό πεδίο συνδεδεμένο) δεν υπάρχει διαφορά στα δυναμικά και δεν υπάρχει ηλεκτροστατικό πεδίο. Αυτό το γεγονός χρησιμοποιείται στη θωράκιση λόγω της χρήσηςμέθοδος ηλεκτροοπτικής προστασίας ατόμου και ηλεκτρικού εξοπλισμού ευαίσθητου σε πεδία, ιδιαίτερα οργάνων μέτρησης υψηλής ακρίβειας και τεχνολογίας μικροεπεξεργαστή.
Υπάρχει επίσης μια σύνδεση μεταξύ της διαπερατότητας και της ευαισθησίας. Ωστόσο, μπορεί να εκφραστεί χρησιμοποιώντας έναν τύπο. Άρα η σχέση μεταξύ της διηλεκτρικής σταθεράς και της διηλεκτρικής επιδεκτικότητας έχει τον ακόλουθο συμβολισμό: e=1+X.
Αρχή ESD
Με τη βοήθεια θωράκισης, ρούχα και παπούτσια από υλικά με αγώγιμες ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένων των καπέλων, χρησιμοποιούνται στον ενεργειακό τομέα για την ασφάλεια του προσωπικού που εργάζεται σε συνθήκες υψηλής τάσης που προκαλούνται από συσκευές υψηλής τάσης. Το ηλεκτροστατικό πεδίο δεν διεισδύει μέσα στον αγωγό, γιατί όταν ο αγωγός εισαχθεί στο ηλεκτρικό πεδίο, θα αντισταθμιστεί από το πεδίο που προκύπτει λόγω της κίνησης των ελεύθερων φορτίων.
Διηλεκτρικά
Αυτή η ονομασία ανήκει σε ουσίες που έχουν μονωτικές ιδιότητες. Περιέχουν μόνο διασυνδεδεμένες χρεώσεις, όχι δωρεάν. Κάθε θετικό σωματίδιο σε αυτά θα συνδέεται με ένα αρνητικό μέσα σε ένα άτομο με κοινό ουδέτερο φορτίο χωρίς ελεύθερη κίνηση. Κατανέμονται από το εσωτερικό των διηλεκτρικών και δεν μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους υπό την επίδραση εξωτερικών πεδίων. Ταυτόχρονα, η διηλεκτρική ευαισθησία της ουσίας και η προκύπτουσα ενέργεια εξακολουθούν να συνεπάγονται ορισμένες αλλαγές στη δομή της ουσίας. Από το εσωτερικό του ατόμου και του μορίου, η αναλογία αλλάζειθετικά και αρνητικά φορτία του σωματιδίου και επιπλέον μη ισορροπημένα διασυνδεδεμένα φορτία εμφανίζονται στην επιφάνεια της ουσίας, δημιουργώντας ένα εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο. Κατευθύνεται προς την τάση που εφαρμόζεται από έξω.
Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διηλεκτρική πόλωση. Μπορεί να χαρακτηριστεί από το γεγονός ότι ένα ηλεκτρικό πεδίο προκύπτει από το εσωτερικό της ουσίας, που προκαλείται από την επίδραση της εξωτερικής ενέργειας, αλλά εξασθενεί από την εξουδετέρωση του εσωτερικού πεδίου.
Τύποι πόλωσης
Μέσα στα διηλεκτρικά, μπορεί να αναπαρασταθεί με δύο τύπους:
- προσανατολισμός;
- ηλεκτρονικό.
Ο πρώτος τύπος έχει επίσης ένα πρόσθετο όνομα - διπολική πόλωση. Αυτή η ιδιότητα είναι εγγενής στα διηλεκτρικά με μετατοπισμένα κέντρα στο θετικό και αρνητικό φορτίο, τα οποία δημιουργούν μόρια από μικρά δίπολα - έναν ουδέτερο συνδυασμό ενός ζεύγους φορτίων. Αυτό το φαινόμενο είναι χαρακτηριστικό για ένα υγρό, υδρόθειο, μεταφερόμενο άζωτο.
Χωρίς την επίδραση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου σε αυτές τις ουσίες, τα μοριακά δίπολα προσανατολίζονται τυχαία υπό την επίδραση των υπαρχουσών αλλαγών θερμοκρασίας, όταν δεν εμφανίζεται ηλεκτρικό φορτίο στο εξωτερικό του διηλεκτρικού.
Αυτή η εικόνα αλλάζει υπό την επίδραση της ενέργειας που εφαρμόζεται από έξω, όταν τα δίπολα δεν αλλάζουν πολύ τον προσανατολισμό τους και εμφανίζονται στην επιφάνεια μη αντισταθμισμένα μακροσκοπικά δεσμευμένα φορτία, δημιουργώντας ένα πεδίο με αντίθετη κατεύθυνση από το πεδίο που εφαρμόζεται από έξω.
Ηλεκτρονική πόλωση, ελαστικήμηχανισμός
Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται σε μη πολικά διηλεκτρικά - υλικά διαφορετικού τύπου με μόρια στα οποία δεν υπάρχει διπολική ροπή, η οποία, υπό τη δράση ενός εξωτερικού πεδίου, παραμορφώνεται έτσι ώστε μόνο θετικά φορτία να προσανατολίζονται στο κατεύθυνση του διανύσματος εξωτερικού πεδίου και αρνητικά φορτία - προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Σαν αποτέλεσμα, κάθε μόριο λειτουργεί ως ένα ηλεκτρικό δίπολο προσανατολισμένο κατά μήκος του άξονα του εφαρμοζόμενου εξωτερικού πεδίου. Με παρόμοιο τρόπο, εμφανίζεται ένα δικό του πεδίο στην εξωτερική επιφάνεια, το οποίο έχει αντίθετη κατεύθυνση.
Πόλωση ενός μη πολικού διηλεκτρικού
Για αυτές τις ουσίες, η αλλαγή των μορίων και η επακόλουθη πόλωση από την επίδραση του πεδίου έξω δεν εξαρτάται από την κίνησή τους υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Το μεθάνιο CH4 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μη πολικό διηλεκτρικό. Οι αριθμητικοί δείκτες του εσωτερικού πεδίου και για τα δύο διηλεκτρικά αρχικά θα αλλάξουν σε μέγεθος ανάλογα με την αλλαγή στο εξωτερικό πεδίο και μετά τον κορεσμό εμφανίζονται φαινόμενα μη γραμμικού τύπου. Εμφανίζονται όταν κάθε μοριακό δίπολο παρατάσσεται κατά μήκος των γραμμών δύναμης κοντά σε πολικά διηλεκτρικά ή συμβαίνουν αλλαγές σε μη πολικές ουσίες, που προκαλούνται από ισχυρή παραμόρφωση ατόμων και μορίων από μεγάλη ποσότητα ενέργειας που εφαρμόζεται από το εξωτερικό. Σε πρακτικές περιπτώσεις, αυτό συμβαίνει εξαιρετικά σπάνια.
Διηλεκτρική σταθερά
Μεταξύ των μονωτικών υλικών, ένας σοβαρός ρόλος δίνεται στους ηλεκτρικούς δείκτες και σε ένα χαρακτηριστικό όπως η διηλεκτρική σταθερά. Και τα δύο κρίνονται από δύο διαφορετικά χαρακτηριστικά:
- απόλυτη τιμή;
- σχετικός δείκτης.
Ο όρος απόλυτη διαπερατότητα μιας ουσίας αναφέρεται στη μαθηματική σημειογραφία του νόμου του Κουλόμπ. Με τη βοήθειά του, η σχέση μεταξύ του διανύσματος επαγωγής και της έντασης περιγράφεται με τη μορφή ενός συντελεστή.
