Tādas parādības kā dielektriskā jutība un caurlaidība ir sastopamas ne tikai fizikā, bet arī ikdienā. Šajā sakarā ir nepieciešams noteikt šo parādību nozīmi zinātnē, to ietekmi un pielietojumu ikdienas dzīvē.
Spriedzes noteikšana
Intensitāte ir vektora lielums fizikā, ko aprēķina no spēka, kas ietekmē vienu pozitīvu lādiņu, kas novietots pētāmā lauka punktā. Pēc dielektriķa ievietošanas ārējā elektrostatiskā laukā tas iegūst dipola momentu, citiem vārdiem sakot, tas kļūst polarizēts. Lai kvantitatīvi aprakstītu polarizāciju dielektrikā, tiek izmantota polarizācija - vektora fiziskais indekss, ko aprēķina kā dielektriķa tilpuma vērtības dipola momentu.
Intensitātes vektors pēc tam, kad šķērso seju starp diviem dielektriķiem, tiek pakļauts pēkšņām izmaiņām, radot traucējumus elektrostatisko lauku aprēķināšanas laikā. Šajā sakarā tiek ieviests papildu raksturlielums - vektorselektriskā nobīde.
Izmantojot caurlaidību, varat uzzināt, cik reizes dielektriķis var vājināt ārējo lauku. Lai racionālāk izskaidrotu elektrostatiskos laukus dielektriķos, tiek izmantots elektriskās nobīdes vektors.
Pamata definīcijas
Vidnes absolūtā caurlaidība ir koeficients, kas ir iekļauts Kulona likuma matemātiskajā apzīmējumā un elektriskā lauka intensitātes un elektriskās indukcijas attiecības vienādojumā. Absolūto caurlaidību var attēlot kā vides relatīvās caurlaidības un elektrības konstantes reizinājumu.
Dielektriskā jutība, ko sauc par vielas polarizējamību, ir fizikāls lielums, ko var polarizēt elektriskā lauka ietekmē. Tas ir arī ārējā elektriskā lauka lineārā savienojuma koeficients ar dielektriķa polarizāciju mazā laukā. Dielektriskās jutības formula ir uzrakstīta šādi: X=na.
Lielākajā daļā gadījumu dielektriķiem ir pozitīva dielektriskā jutība, bet šī vērtība ir bezizmēra.
Dzelzselektrība ir fizikāla parādība, kas atrodas noteiktos kristālos, ko sauc par feroelektriķiem, noteiktās temperatūras vērtībās. Tas sastāv no spontānas polarizācijas parādīšanās kristālā pat bez ārēja elektriskā lauka. Atšķirība starp feroelektrisko un piroelektrisko irka noteiktos temperatūras diapazonos mainās to kristālu modifikācija un izzūd nejaušā polarizācija.
Elektriķi šajā jomā neuzvedas kā vadītāji, taču viņiem ir kopīgas iezīmes. Dielektriķis atšķiras no vadītāja ar to, ka nav brīvi uzlādētu nesēju. Tie ir, bet minimālā daudzumā. Vadītājā elektrons, kas brīvi pārvietojas metāla kristāla režģī, kļūs par līdzīgu lādiņa nesēju. Tomēr elektroni dielektrikā ir saistīti ar saviem atomiem un nevar viegli pārvietoties. Pēc dielektriķu ievadīšanas laukā ar elektrību tajā parādās elektrizācija, piemēram, vadītājs. Atšķirība no dielektriķa ir tāda, ka elektroni nepārvietojas brīvi visā tilpumā, kā tas notiek vadītājā. Tomēr ārējā elektriskā lauka ietekmē no vielas molekulas iekšpuses rodas neliela lādiņu nobīde: pozitīvs tiks pārvietots lauka virzienā, bet negatīvs - otrādi.
Šajā sakarā virsma iegūst noteiktu lādiņu. Procedūru lādiņa parādīšanai uz vielas virsmas elektrisko lauku ietekmē sauc par dielektrisko polarizāciju. Ja viendabīgā un nepolārā dielektrikā ar noteiktu molekulu koncentrāciju visas daļiņas ir vienādas, tad arī polarizācija būs vienāda. Un dielektriķa dielektriskās jutības gadījumā šī vērtība būs bezizmēra.
Saistītās maksas
Polarizācijas procesa dēļ dielektriskās vielas tilpumā parādās nekompensēti lādiņi, ko sauc par polarizāciju vai saistītiem. daļiņas,kam ir šie lādiņi, tie atrodas molekulu lādiņos un ārējā elektriskā lauka ietekmē tiek izspiesti no līdzsvara stāvokļa, neatstājot molekulu, kurā tie atrodas.
Saistītos lādiņus raksturo virsmas blīvums. Vides dielektriskā jutība un caurlaidība nosaka, cik reižu divu elektrisko lādiņu saistīšanas spēks telpā ir mazāks par to pašu indikatoru vakuumā.
Lielākajai daļai citu gāzu relatīvā gaisa jutība un caurlaidība standarta apstākļos ir tuvu vienībai (mazās plaknes dēļ). Relatīvā dielektriskā jutība un caurlaidība feroelektrikā ir desmitiem un simtiem tūkstošu uz dielektriķu pāra atdalīšanas virsmas ar atšķirīgu vielas absolūto caurlaidību un jutību, kā arī vienādas tangenciālās stiprības komponentes starp tām.
Starp daudzām praktiskām situācijām ir tikšanās ar strāvas pāreju no metāla korpusa uz apkārtējo pasauli, savukārt pēdējās īpatnējā vadītspēja ir vairākas reizes mazāka par šī ķermeņa vadītspēju. Līdzīgas situācijas var rasties, piemēram, strāvai plūstot cauri zemē ieraktiem metāla elektrodiem. Bieži tiek izmantoti tērauda elektrodi. Ja uzdevums ir noteikt stikla dielektrisko jutību, tad uzdevumu nedaudz sarežģīs tas, ka šai vielai piemīt jonu relaksācijas īpašība, kuras dēļ nelielanovēlots.
Uz dielektriķu pāra robežas ar atšķirīgu caurlaidību ārējā lauka klātbūtnē parādās polarizācijas lādiņi ar dažādiem indeksiem ar dažādu virsmas blīvumu. Tādā veidā tiek iegūts jauns nosacījums lauka līnijas laušanai pārejā no dielektriķa uz citu.
Laušanas likumu strāvas līniju gadījumā tā formā var uzskatīt par līdzīgu likumam par nobīdes līniju laušanas likumu uz divu dielektriķu robežas elektrostatiskajos laukos.
Katram apkārtējās pasaules ķermenim un vielai ir noteiktas elektriskās īpašības. Iemesls tam ir molekulārajā un atomu struktūrā - lādētu daļiņu klātbūtnē, kas atrodas savstarpēji saistītā vai brīvā stāvoklī.
Ja vielu neietekmē ārējs lauks, tad šādas daļas atrodas, balansējot viena otru, kopējā kopējā tilpumā, neradot papildus elektriskos laukus. Ja notiek elektriskās enerģijas pielietošana no ārpuses, esošajās molekulās un atomos parādīsies lādiņu pārdale, kas novedīs pie sava iekšējā lauka parādīšanās, kas tiks vērsta uz āru.
Apzīmējot lietoto ārējo lauku kā E0 un iekšējo E', viss lauks E būs šo vērtību summa.
Visas elektroenerģijā esošās vielas parasti iedala:
- diriģenti;
- dielektriķi.
Šī klasifikācija pastāv jau ilgu laiku, taču tā nav pilnīgi precīza, jo zinātne jau sen ir atklājusi ķermeņus ar jauniem vai kombinētiemmatērijas īpašības.
Diriģenti
Kā vadošas vielas var būt nesēji, kuros ir bezmaksas maksas. Metālus bieži uzskata par šādiem jautājumiem, jo to struktūra nozīmē pastāvīgu brīvo elektronu klātbūtni, kas var pārvietoties visā vielas dobumā. Vides dielektriskā jutība ļauj būt termiskā procesa dalībniekam
Ja vadītājs ir izolēts no ārējā elektriskā lauka ietekmes, tad tā iekšpusē parādās līdzsvars starp pozitīvajiem un negatīvajiem lādiņiem. Šis stāvoklis nekavējoties pazūd, kad elektriskajā laukā parādās vadītājs, kas ar savu enerģiju pārdala lādētās daļiņas un provocē nelīdzsvarotu lādiņu parādīšanos ar pozitīvu un negatīvu vērtību uz ārējās virsmas
Šo parādību sauc par elektrostatisko indukciju. Lādiņus, kas pēc tā iedarbības parādījās uz metāla virsmas, sauc par indukcijas lādiņiem.
Induktīvie lādiņi, kas radušies vadītājā, veido savu lauku, kas kompensē ārējā lauka ietekmi vadītāja iekšienē. Šajā sakarā kopējā kopējā elektrostatiskā lauka rādītājs tiks kompensēts un vienāds ar 0. Katra punkta potenciāli iekšpusē un ārpusē ir vienādi.
Šis rezultāts norāda, ka vadītāja iekšpusē (pat ja ir pievienots ārējais lauks) nav potenciālu atšķirību un elektrostatiskā lauka. Šis fakts tiek izmantots ekranēšanā lietošanas dēļpret laukiem jutīga cilvēka un elektroiekārtu elektrooptiskās aizsardzības metode, īpaši augstas precizitātes mērinstrumenti un mikroprocesoru tehnoloģija.
Pastāv arī saikne starp caurlaidību un uzņēmību. Tomēr to var izteikt, izmantojot formulu. Tātad attiecībai starp dielektrisko konstanti un dielektrisko jutību ir šāds apzīmējums: e=1+X.
ESD princips
Ar ekranējumu palīdzību enerģētikā tiek izmantoti apģērbi un apavi, kas izgatavoti no materiāliem ar vadošām īpašībām, tostarp cepures, lai nodrošinātu personāla drošību, kas strādā augsta sprieguma apstākļos, ko izraisa augstsprieguma ierīces. Elektrostatiskais lauks neiekļūst vadītāja iekšpusē, jo, ievadot vadītāju elektriskajā laukā, to kompensēs lauks, kas rodas brīvo lādiņu kustības dēļ.
Dielektrika
Šis nosaukums attiecas uz vielām, kurām ir izolācijas īpašības. Tajos ir ietvertas tikai savstarpēji saistītas maksas, nevis bezmaksas maksas. Katra pozitīvā daļiņa tajās tiks saistīta ar negatīvu atoma iekšpusē ar kopīgu neitrālu lādiņu bez brīvas kustības. Tie tiek izplatīti no dielektriķu iekšpuses un nevar mainīt savu stāvokli ārējo lauku ietekmē. Tajā pašā laikā vielas dielektriskā jutība un no tā izrietošā enerģija joprojām rada noteiktas izmaiņas vielas struktūrā. No atoma un molekulas iekšpuses attiecība maināsUz vielas virsmas parādās daļiņas pozitīvie un negatīvie lādiņi un papildus nesabalansēti savstarpēji saistīti lādiņi, radot iekšējo elektrisko lauku. Tas ir vērsts uz spriedzi, kas tiek pielietota no ārpuses.
Šo parādību sauc par dielektrisko polarizāciju. To var raksturot ar to, ka no vielas iekšpuses rodas elektriskais lauks, ko izraisa ārējās enerģijas ietekme, bet vājina iekšējā lauka pretdarbība.
Polarizācijas veidi
Dielektriķu iekšpusē to var attēlot ar diviem veidiem:
- orientācija;
- electronic.
Pirmajam tipam ir arī papildu nosaukums - dipola polarizācija. Šī īpašība ir raksturīga dielektriķiem ar pārvietotiem centriem pie pozitīvā un negatīvā lādiņa, kas veido molekulas no maziem dipoliem - neitrālu lādiņu pāra kombināciju. Šī parādība ir raksturīga šķidram sērūdeņradim, kurā tiek pārvadāts slāpeklis.
Bez ārējā elektriskā lauka ietekmes šajās vielās molekulārie dipoli tiek orientēti nejauši esošo temperatūras izmaiņu ietekmē, kad dielektriķa ārpusē neparādās elektriskais lādiņš.
Šis attēls mainās no ārpuses pieliktās enerģijas iedarbībā, kad dipoli īpaši nemaina savu orientāciju un uz virsmas parādās nekompensēti makroskopiski saistītie lādiņi, radot lauku ar pretēju virzienu no ārpuses pielietotajam laukam.
Elektroniskā polarizācija, elastīgamehānisms
Šī parādība rodas nepolārajos dielektriķos - dažāda veida materiālos ar molekulām, kurās nav dipola momenta, kas ārēja lauka iedarbībā tiek deformēti tā, ka dielektriķos ir orientēti tikai pozitīvi lādiņi. ārējā lauka vektora virziens un negatīvie lādiņi pretējā virzienā.
Tā rezultātā katra molekula darbojas kā elektrisks dipols, kas orientēts pa pielietotā ārējā lauka asi. Līdzīgā veidā uz ārējās virsmas parādās savs lauks, kuram ir pretējs virziens.
Nepolāra dielektriķa polarizācija
Šīm vielām molekulu maiņa un tai sekojošā polarizācija no ārējā lauka ietekmes nav atkarīga no to kustības temperatūras ietekmē. Metānu CH4 var izmantot kā nepolāru dielektrisku. Iekšējā lauka skaitliskie rādītāji abiem dielektriķiem sākotnēji mainīsies proporcionāli ārējā lauka izmaiņām, un pēc piesātinājuma parādās nelineāra tipa efekti. Tie parādās, kad katrs molekulārais dipols ir novietots pa spēka līnijām polāro dielektriķu tuvumā vai notiek izmaiņas nepolārajās vielās, ko izraisa spēcīga atomu un molekulu deformācija no liela enerģijas daudzuma, kas tiek pievadīts no ārpuses. Praktiskos gadījumos tas notiek ārkārtīgi reti.
Dielektriskā konstante
Starp izolācijas materiāliem nopietna loma ir elektriskajiem indikatoriem un tādam raksturlielumam kā dielektriskā konstante. Abi tiek vērtēti pēc divām dažādām pazīmēm:
- absolūtā vērtība;
- relatīvais rādītājs.
Vielas absolūtā caurlaidība attiecas uz Kulona likuma matemātisko apzīmējumu. Ar tā palīdzību koeficienta veidā tiek aprakstīta saistība starp indukcijas vektoru un intensitāti.
