Polaire en niet-polaire diëlektrica

Volgens de opvattingen van de klassieke natuurkunde verschillen diëlektrica fundamenteel van geleiders, omdat er onder normale omstandigheden geen vrije elektrische lading in zit. De totale lading van de deeltjes die diëlektrische moleculen vormen is nul. Dit betekent echter helemaal niet dat de moleculen van deze stoffen geen elektrische eigenschappen kunnen vertonen.

Alle bekende lineaire diëlektrica kunnen worden onderverdeeld in twee grote groepen: polaire diëlektrica en niet-polaire diëlektrica. Deze verdeling wordt geïntroduceerd vanwege de verschillen in de polarisatiemechanismen van de moleculen van elk type diëlektricum. In feite blijkt het polarisatiemechanisme een buitengewoon belangrijk aspect te zijn bij de studie van zowel de fysische als de chemische eigenschappen van diëlektrica, en bij de studie van hun elektrische eigenschappen.

Niet-polaire diëlektrica

Niet-polaire diëlektrica worden ook wel neutrale diëlektrica genoemd, omdat de moleculen waaruit deze diëlektrica zijn samengesteld verschillen in het samenvallen van de zwaartepunten van de negatieve en positieve ladingen erin.Als resultaat blijkt dat de moleculen van niet-polaire diëlektrica geen eigen elektrisch moment hebben, het is gelijk aan nul. En bij afwezigheid van een extern elektrisch veld zijn de positieve en negatieve ladingen van de moleculen van dergelijke stoffen symmetrisch gerangschikt.

Als een extern elektrisch veld wordt aangelegd op een niet-polair diëlektricum, dan zullen de positieve en negatieve lading in de moleculen worden verplaatst van hun oorspronkelijke evenwichtspositie, de moleculen zullen dipolen worden waarvan de elektrische momenten nu evenredig zijn met de sterkte van de elektrische veld erop toegepast en zal parallel aan het veld worden gericht.

Voorbeelden van niet-polaire diëlektrica die tegenwoordig met succes worden gebruikt als elektrisch isolatiemateriaal zijn de volgende: polyethyleen, polystyreen, koolwaterstoffen, aardolie-isolatieoliën, enz. Ook zijn heldere vertegenwoordigers van niet-polaire moleculen bijvoorbeeld stikstof, koolstofdioxide, methaan, enz. Dhr.

Niet-polaire diëlektrica worden vanwege hun lage diëlektrische verliestangentwaarden veel gebruikt als hoogfrequente diëlektrica in condensatoren zoals de K78-2.

Polaire diëlektrica

In polaire diëlektrica, ook wel dipooldiëlektrica genoemd, hebben de moleculen hun eigen elektrische moment, dat wil zeggen dat hun moleculen polair zijn. De reden is dat de moleculen van polaire diëlektrica een asymmetrische structuur hebben, dus de massacentra van negatieve en positieve ladingen in de moleculen van dergelijke diëlektrica vallen niet samen.

Als in een niet-polair polymeer een deel van de waterstofatomen wordt vervangen door atomen van andere elementen of door niet-koolwaterstofradicalen, dan krijgen we alleen een polair (dipool) diëlektricum, omdat de symmetrie dan wordt verbroken als gevolg van zo'n vervanging. Om de polariteit van een stof te bepalen aan de hand van zijn chemische formule, moet de onderzoeker natuurlijk een idee hebben van de ruimtelijke structuur van zijn moleculen.

Als er geen extern elektrisch veld is, zijn de assen van de moleculaire dipolen willekeurig georiënteerd vanwege thermische beweging, zodat op het oppervlak van het diëlektricum en in elk element van zijn volume de elektrische lading gemiddeld nul is. Wanneer een diëlektricum echter in een extern veld wordt geïntroduceerd, treedt een gedeeltelijke oriëntatie van moleculaire dipolen op, met als gevolg dat ongecompenseerde macroscopisch verbonden ladingen op het oppervlak van het diëlektricum verschijnen, waardoor een veld ontstaat dat naar het externe veld is gericht.

Voorbeelden van polaire diëlektrica zijn de volgende: gechloreerde koolwaterstoffen, epoxy- en fenol-formaldehydeharsen, silicium-siliciumverbindingen, enz. Water- en alcoholmoleculen zijn bijvoorbeeld ook opmerkelijke voorbeelden van polaire moleculen. Polaire diëlektrica worden veel gebruikt op verschillende technologiegebieden, zoals piëzo-elektrisch en ferro-elektrisch, optica, niet-lineaire optica, elektronica, akoestiek, enz.