Pojave, kot sta dielektrična občutljivost in prepustnost, se ne najdejo le v fiziki, ampak tudi v vsakdanjem življenju. V zvezi s tem je treba ugotoviti pomen teh pojavov v znanosti, njihov vpliv in uporabo v vsakdanjem življenju.
Določanje napetosti
Intenzivnost je vektorska količina v fiziki, ki se izračuna iz sile, ki vpliva na en sam pozitivni naboj, nameščen na točki preučevanega polja. Ko se dielektrik postavi v zunanje elektrostatično polje, pridobi dipolni moment, z drugimi besedami, postane polariziran. Za kvantitativni opis polarizacije v dielektriku se uporablja polarizacija - vektorski fizični indeks, izračunan kot dipolni moment volumske vrednosti dielektrika.
Vektor intenzitete po prehodu skozi ploskev med dvema dielektrikoma se nenadoma spremeni, kar povzroči interferenco med izračunom elektrostatičnih polj. V zvezi s tem je uvedena dodatna značilnost - vektorelektrični premik.
Z uporabo prepustnosti lahko ugotovite, kolikokrat lahko dielektrik oslabi zunanje polje. Za najbolj racionalno razlago elektrostatičnih polj v dielektrikih se uporablja vektor električnega premika.
Osnovne definicije
Absolutna prepustnost medija je koeficient, ki je vključen v matematični zapis Coulombovega zakona in enačbo razmerja med jakostjo električnega polja in električno indukcijo. Absolutno permitivnost lahko predstavimo kot zmnožek relativne permitivnosti medija in električne konstante.
Dielektrična občutljivost, imenovana polarizabilnost snovi, je fizikalna količina, ki se lahko polarizira pod vplivom električnega polja. Je tudi koeficient linearne povezave zunanjega električnega polja s polarizacijo dielektrika v majhnem polju. Formula za dielektrično občutljivost je zapisana kot: X=na.
V večini primerov imajo dielektriki pozitivno dielektrično občutljivost, medtem ko je ta vrednost brezrazmerna.
Feroelektričnost je fizični pojav, prisoten v določenih kristalih, imenovanih feroelektriki, pri določenih temperaturnih vrednostih. Sestoji iz pojava spontane polarizacije v kristalu tudi brez zunanjega električnega polja. Razlika med feroelektriki in piroelektriki jeda se v določenih temperaturnih območjih njihova kristalna modifikacija spremeni in naključna polarizacija izgine.
Električarji na terenu se ne obnašajo kot prevodniki, vendar imajo skupne značilnosti. Dielektrik se od prevodnika razlikuje po odsotnosti prostih naelektrenih nosilcev. So tam, vendar v minimalnih količinah. V prevodniku bo elektron, ki se prosto giblje v kristalni mreži kovine, postal podoben nosilec naboja. Vendar pa so elektroni v dielektriku vezani na lastne atome in se ne morejo zlahka premikati. Po vnosu dielektrikov v polje z elektriko se v njem pojavi elektrizacija kot prevodnik. Razlika od dielektrika je v tem, da se elektroni ne gibljejo prosto po prostornini, kot se to zgodi v prevodniku. Vendar pa pod vplivom zunanjega električnega polja nastane rahel premik nabojev iz notranjosti molekule snovi: pozitiven se bo premaknil v smeri polja, negativni pa bo obratno.
V zvezi s tem površina pridobi določen naboj. Postopek za pojav naboja na površini snovi pod vplivom električnih polj se imenuje dielektrična polarizacija. Če so v homogenem in nepolarnem dielektriku z določeno koncentracijo molekul vsi delci enaki, bo tudi polarizacija enaka. In v primeru dielektrične občutljivosti dielektrika bo ta vrednost brezrazmerna.
vezani stroški
Zaradi procesa polarizacije se v prostornini dielektrične snovi pojavijo nekompenzirani naboji, ki se imenujejo polarizacija ali vezani. delci,ki imajo te naboje, so prisotni v nabojih molekul in se pod vplivom zunanjega električnega polja premaknejo iz ravnotežnega položaja, ne da bi zapustili molekulo, v kateri se nahajajo.
Za vezane naboje je značilna površinska gostota. Dielektrična občutljivost in prepustnost medija določata, kolikokrat je vezna sila dveh električnih nabojev v prostoru manjša od istega indikatorja v vakuumu.
Relativna občutljivost za zrak in prepustnost večine drugih plinov v standardnih pogojih je blizu enoti (zaradi majhne ravnine). Relativna dielektrična občutljivost in permitivnost v feroelektrikih je desetine in stotine tisoč na ločevalni površini para dielektrikov z različno absolutno prepustnostjo in občutljivostjo snovi ter enakimi komponentami tangencialne trdnosti med njimi.
Med številnimi praktičnimi situacijami je srečanje s prehodom toka iz kovinskega telesa v okoliški svet, pri čemer je specifična prevodnost slednjega nekajkrat manjša od prevodnosti tega telesa. Podobne situacije se lahko pojavijo, na primer, med prehodom toka skozi kovinske elektrode, zakopane v zemljo. Pogosto se uporabljajo jeklene elektrode. Če je naloga določiti dielektrično občutljivost stekla, bo naloga nekoliko zapletena zaradi dejstva, da ima ta snov ionsko relaksacijsko lastnost, zaradi česar je majhnazamuda.
Na meji para dielektrikov z različno permeabilnostjo v prisotnosti zunanjega polja se pojavljajo polarizacijski naboji z različnimi indeksi z različno površinsko gostoto. Tako se dobi nov pogoj za lom poljske črte pri prehodu iz dielektrika v drugega.
Zakon loma v primeru tokovnih linij v svoji obliki lahko štejemo za podoben zakonu o lomu premičnih črt na robu dveh dielektrikov v elektrostatičnih poljih.
Vsako telo in snov okoliškega sveta imata določene električne lastnosti. Razlog za to je v molekularni in atomski strukturi – prisotnost nabitih delcev, ki so v medsebojno povezanem ali prostem stanju.
Če na snov ne vpliva zunanje polje, se takšni deli nahajajo, med seboj uravnotežijo, v skupni prostornini, ne da bi ustvarili dodatna električna polja. Če pride do uporabe električne energije od zunaj, se bo znotraj obstoječih molekul in atomov pojavila prerazporeditev nabojev, kar bo povzročilo pojav lastnega notranjega polja, ki bo usmerjeno navzven.
Ko označite uporabljeno zunanje polje kot E0 in notranje E', bo celotno polje E vsota teh vrednosti.
Vse snovi v elektriki so običajno razdeljene na:
- prevodniki;
- dielektriki.
Ta klasifikacija obstaja že dolgo, vendar ni povsem točna, saj je znanost že dolgo odkrivala telesa z novimi ali kombiniranimilastnosti snovi.
Dirigenti
Kot prevodne snovi so lahko mediji, v katerih so brezplačni naboji. Kovine se pogosto štejejo za takšne snovi, saj njihova struktura pomeni stalno prisotnost prostih elektronov, ki se lahko premikajo znotraj celotne votline snovi. Dielektrična občutljivost medija vam omogoča, da ste udeleženec v termičnem procesu
Če je vodnik izoliran pred vplivom zunanjega električnega polja, se v njem pojavi ravnovesje med pozitivnimi in negativnimi naboji. To stanje takoj izgine, ko se v električnem polju pojavi prevodnik, ki s svojo energijo prerazporedi nabite delce in izzove nastanek neuravnoteženih nabojev s pozitivno in negativno vrednostjo na zunanji površini
Ta pojav se imenuje elektrostatična indukcija. Naboji, ki se pojavijo pod njegovim delovanjem na površini kovine, se imenujejo indukcijski naboji.
Induktivni naboji, ki so nastali v prevodniku, ustvarijo svoje polje, ki kompenzira vpliv zunanjega polja znotraj prevodnika. V zvezi s tem bo indikator celotnega celotnega elektrostatičnega polja izravnan in enak 0. Potenciali vsake točke znotraj in zunaj so enaki.
Ta rezultat kaže, da znotraj prevodnika (tudi če je priključeno zunanje polje) ni razlike v potencialih in ni elektrostatičnega polja. To dejstvo se zaradi uporabe uporablja pri zaščitimetoda elektrooptične zaščite osebe in električne opreme, občutljive na polja, predvsem visoko preciznih merilnih instrumentov in mikroprocesorske tehnologije.
Obstaja tudi povezava med prepustnostjo in občutljivostjo. Lahko pa ga izrazimo s formulo. Torej ima razmerje med dielektrično konstanto in dielektrično občutljivostjo naslednji zapis: e=1+X.
načelo ESD
S pomočjo ščitnikov se v energetskem sektorju uporabljajo oblačila in obutev iz materialov s prevodnimi lastnostmi, vključno s klobuki, za varnost osebja, ki dela v pogojih visoke napetosti, ki jo povzročajo visokonapetostne naprave. Elektrostatično polje ne prodira v notranjost prevodnika, saj bo, ko se prevodnik vnese v električno polje, kompenzirano s poljem, ki nastane zaradi gibanja prostih nabojev.
Dielektriki
To ime spada med snovi, ki imajo izolacijske lastnosti. Vsebujejo samo medsebojno povezane stroške, ne pa brezplačnih. Vsak pozitivni delec v njih bo vezan na negativnega znotraj atoma s skupnim nevtralnim nabojem brez prostega gibanja. Porazdeljeni so iz notranjosti dielektrikov in ne morejo spremeniti svojega položaja pod vplivom zunanjih polj. Hkrati pa dielektrična občutljivost snovi in nastala energija še vedno povzročata določene spremembe v strukturi snovi. Od znotraj atoma in molekule se razmerje spremenipozitivni in negativni naboji delca, na površini snovi pa se pojavijo dodatni neuravnoteženi medsebojno povezani naboji, ki ustvarjajo notranje električno polje. Usmerjen je proti napetosti, ki se uporablja od zunaj.
Ta pojav se imenuje dielektrična polarizacija. Zanj je značilno, da iz notranjosti snovi nastane električno polje, ki ga povzroča vpliv zunanje energije, oslabljeno pa je zaradi nasprotovanja notranjega polja.
Vrste polarizacije
Znotraj dielektrikov je lahko predstavljen z dvema vrstama:
- orientacija;
- elektronski.
Prvi tip ima tudi dodatno ime - dipolna polarizacija. Ta lastnost je lastna dielektrikom s premaknjenimi središči pri pozitivnem in negativnem naboju, ki ustvarjajo molekule iz majhnih dipolov - nevtralne kombinacije para nabojev. Ta pojav je tipičen za tekočino, vodikov sulfid, prenesen dušik.
Brez vpliva zunanjega električnega polja v teh snoveh so molekularni dipoli orientirani naključno pod vplivom obstoječih temperaturnih sprememb, ko se električni naboj ne pojavi na zunanji strani dielektrika.
Ta slika se spremeni pod vplivom energije, ki se uporablja od zunaj, ko dipoli ne spremenijo veliko svoje orientacije in se na površini pojavijo nekompenzirani makroskopski vezani naboji, ki ustvarjajo polje v nasprotni smeri kot polje, uporabljeno od zunaj.
Elektronska polarizacija, elastičnamehanizem
Ta pojav se pojavlja pri nepolarnih dielektrikih - materialih drugačne vrste z molekulami, v katerih ni dipolnega momenta, ki se pod delovanjem zunanjega polja deformira tako, da so v smer vektorja zunanjega polja, negativni naboji pa v nasprotni smeri.
Kot rezultat, vsaka molekula deluje kot električni dipol, usmerjen vzdolž osi uporabljenega zunanjega polja. Na podoben način se na zunanji površini pojavi lastno polje, ki ima nasprotno smer.
Polarizacija nepolarnega dielektrika
Pri teh snoveh sprememba molekul in kasnejša polarizacija zaradi vpliva zunanjega polja ni odvisna od njihovega gibanja pod vplivom temperature. Metan CH4 se lahko uporablja kot nepolarni dielektrik. Številčni indikatorji notranjega polja za oba dielektrika se bodo sprva spreminjali po velikosti sorazmerno s spremembo zunanjega polja, po nasičenju pa se pojavijo učinki nelinearnega tipa. Pojavijo se, ko je vsak molekularni dipol razporejen vzdolž silnih linij v bližini polarnih dielektrikov ali pa se pojavijo spremembe v nepolarnih snoveh, ki jih povzroči močna deformacija atomov in molekul zaradi velike količine energije, uporabljene od zunaj. V praktičnih primerih se to zgodi izjemno redko.
Dielektrična konstanta
Med izolacijskimi materiali imajo resno vlogo električni indikatorji in takšna značilnost, kot je dielektrična konstanta. Oba ocenjujeta po dveh različnih značilnostih:
- absolutna vrednost;
- relativni indikator.
Izraz absolutna prepustnost snovi se nanaša na matematični zapis Coulombovega zakona. Z njegovo pomočjo je razmerje med indukcijskim vektorjem in intenzivnostjo opisano v obliki koeficienta.
