Wat is diëlektrische constante

Elke substantie of elk lichaam dat ons omringt, heeft bepaalde elektrische eigenschappen. Dit komt door de moleculaire en atomaire structuur: de aanwezigheid van geladen deeltjes in een onderling gebonden of vrije toestand.

Wanneer er geen extern elektrisch veld op de stof inwerkt, worden deze deeltjes zo verdeeld dat ze elkaar in evenwicht houden en geen extra elektrisch veld creëren in het gehele totale volume. In het geval van externe toepassing van elektrische energie binnen de moleculen en atomen, vindt een herverdeling van ladingen plaats, wat leidt tot de creatie van zijn eigen interne elektrische veld gericht tegen de externe.

Als de vector van het toegepaste externe veld wordt aangeduid als «E0», en de interne «E '», dan is het totale veld «E» de som van de energie van deze twee grootheden.

Bij elektriciteit is het gebruikelijk om stoffen te verdelen in:

• draden;

• diëlektrica.

Deze classificatie bestaat al heel lang, hoewel ze vrij willekeurig is, aangezien veel lichamen verschillende of gecombineerde eigenschappen hebben.

Geleiders

Vervoerders die gratis kosten hebben, worden gebruikt als geleiders.Meestal fungeren metalen als geleiders, omdat er altijd vrije elektronen in hun structuur aanwezig zijn, die door het volume van de substantie kunnen bewegen en tegelijkertijd deelnemen aan thermische processen.

Wanneer een geleider geïsoleerd is van de werking van externe elektrische velden, wordt daarin een balans van positieve en negatieve ladingen gecreëerd uit ionenroosters en vrije elektronen. Dit evenwicht wordt onmiddellijk vernietigd wanneer een geleider in een elektrisch veld — vanwege de energie waarbij de herverdeling van geladen deeltjes begint en ongebalanceerde ladingen met positieve en negatieve waarden op het buitenoppervlak verschijnen.

Dit fenomeen wordt meestal elektrostatische inductie genoemd. De ladingen die het op het oppervlak van metalen oplaadt, worden inductieladingen genoemd.

Inductieve ladingen gevormd in de geleider vormen een zelfveld E ', dat het effect van de externe E0 binnen de geleider compenseert. Daarom wordt de waarde van het totale, totale elektrostatische veld gecompenseerd en gelijk aan 0. In dit geval zijn de potentialen van alle punten zowel binnen als buiten hetzelfde.

De verkregen conclusie laat zien dat er binnen de geleider, zelfs als er een extern veld is aangesloten, geen potentiaalverschil en geen elektrostatische velden zijn. Dit feit wordt gebruikt bij afscherming - de toepassing van een methode voor elektrostatische bescherming van mensen en elektrische apparatuur die gevoelig is voor geïnduceerde velden, met name precisiemeetinstrumenten en microprocessortechnologie.

Afgeschermde kleding en schoeisel gemaakt van stoffen met geleidende draden, waaronder hoeden, worden gebruikt in elektriciteit om personeel te beschermen dat werkt in omstandigheden met verhoogde spanning veroorzaakt door hoogspanningsapparatuur.

Diëlektrica

Dit is de naam van stoffen die isolerende eigenschappen hebben. Ze bevatten alleen onderling verbonden vergoedingen, geen freebies. Ze hebben allemaal positieve en negatieve deeltjes gebonden in een neutraal atoom, verstoken van bewegingsvrijheid. Ze zijn verdeeld in het diëlektricum en bewegen niet onder invloed van het aangelegde externe veld E0.

De energie veroorzaakt echter nog steeds bepaalde veranderingen in de structuur van de substantie - binnen de atomen en moleculen verandert de verhouding van positieve en negatieve deeltjes, en op het oppervlak van de substantie verschijnen buitensporige, onevenwichtige bijbehorende ladingen, die een intern elektrisch veld vormen E'. Het is gericht tegen de van buitenaf aangebrachte spanning.

Dit fenomeen wordt diëlektrische polarisatie genoemd... Het wordt gekenmerkt door het feit dat er een elektrisch veld E in de substantie verschijnt, gevormd door de werking van de externe energie E0, maar verzwakt door de tegenstand van de interne E '.

Soorten polarisatie

Het is van twee soorten binnen diëlektrica:

1. oriëntatie;

2. elektronisch.

Het eerste type heeft als bijnaam dipoolpolarisatie. Het is inherent aan diëlektrica met verschoven centra op negatieve en positieve ladingen, die moleculen vormen van microscopische dipolen - een neutrale set van twee ladingen. Dit is kenmerkend voor water, stikstofdioxide, waterstofsulfide.

Zonder de werking van een extern elektrisch veld worden de moleculaire dipolen van dergelijke stoffen chaotisch georiënteerd onder invloed van processen bij de bedrijfstemperatuur. Tegelijkertijd is er geen elektrische lading op enig punt van het binnenvolume en op het buitenoppervlak van het diëlektricum.

Dit beeld verandert onder invloed van extern aangebrachte energie, wanneer de dipolen enigszins van oriëntatie veranderen en gebieden van niet-gecompenseerde macroscopische gebonden ladingen op het oppervlak verschijnen, waardoor een veld E' wordt gevormd met een richting tegengesteld aan de toegepaste E0.

Met een dergelijke polarisatie heeft temperatuur een grote invloed op processen, veroorzaakt thermische beweging en creëert desoriënterende factoren.

Elektronische polarisatie, elastisch mechanisme

Het manifesteert zich in niet-polaire diëlektrica - materialen van een ander type met moleculen zonder dipoolmoment, die onder invloed van een extern veld worden vervormd zodat de positieve ladingen in de richting van de E0-vector worden georiënteerd, en de negatieve ladingen zijn in de tegenovergestelde richting georiënteerd.

Dientengevolge werkt elk van de moleculen als een elektrische dipool die is georiënteerd langs de as van het aangelegde veld. Op deze manier creëren ze op het buitenoppervlak hun veld E 'met de tegenovergestelde richting.

In dergelijke stoffen hangt de vervorming van de moleculen en dus de polarisatie door de werking van een extern veld niet af van hun beweging onder invloed van temperatuur. Methaan CH4 kan worden genoemd als een voorbeeld van een niet-polair diëlektricum.

De numerieke waarde van het interne veld van de twee soorten diëlektrica verandert eerst in grootte in directe verhouding tot de toename van het externe veld, en vervolgens, wanneer verzadiging is bereikt, verschijnen niet-lineaire effecten. Ze ontstaan ​​​​wanneer alle moleculaire dipolen zijn gerangschikt langs de krachtlijnen van polaire diëlektrica of wanneer er veranderingen zijn opgetreden in de structuur van niet-polaire materie, als gevolg van de sterke vervorming van atomen en moleculen door grote energie die van buitenaf wordt toegevoerd.

In de praktijk zijn dergelijke gevallen zeldzaam - meestal treedt het falen of falen van de isolatie eerder op.

De diëlektrische constante

Onder isolatiematerialen spelen de elektrische kenmerken en indicatoren zoals de diëlektrische constante een belangrijke rol... Het kan worden gemeten aan de hand van twee verschillende kenmerken:

1. absolute waarde;

2. relatieve waarde.

De term absolute diëlektrische constante stoffen εa wordt gebruikt om te verwijzen naar de wiskundige notatie van de wet van Coulomb. Het, in de vorm van coëfficiënt εα, verbindt de vectoren van inductie D en intensiteit E.

Laten we niet vergeten dat de Franse natuurkundige Charles de Coulomb, gebruikmakend van zijn eigen torsiebalans, de wetten van elektrische en magnetische krachten tussen kleine geladen lichamen onderzocht.

De bepaling van de relatieve permeabiliteit van een medium wordt gebruikt om de isolerende eigenschappen van een stof te karakteriseren. Het schat de verhouding van de interactiekracht tussen twee puntladingen onder twee verschillende omstandigheden: in vacuüm en in een werkomgeving. In dit geval worden de vacuümindices genomen als 1 (εv = 1), terwijl ze voor echte stoffen altijd hoger zijn, εr> 1.

De numerieke uitdrukking εr wordt weergegeven als een dimensieloze grootheid die wordt verklaard door het effect van polarisatie in diëlektrica en wordt gebruikt om hun kenmerken te evalueren.

Diëlektrische constante waarden van individuele media (bij kamertemperatuur)

Stof ε Stof ε Segnetzout 6000 Diamant 5,7 Rutiel (op optische as) 170 Water 81 Polyethyleen 2,3 Ethanol 26,8 Silicium 12,0 Mica 6 Glazen beker 5-16 Kooldioxide 1,00099 NaCl 5,26 Waterige stoom 1,0126 Benzeen 2,322 Lucht (760 mmHg) 1 .00057