Fenomene të tilla si ndjeshmëria dielektrike dhe lejueshmëria gjenden jo vetëm në fizikë, por edhe në jetën e përditshme. Në këtë drejtim, është e nevojshme të përcaktohet kuptimi i këtyre fenomeneve në shkencë, ndikimi dhe zbatimi i tyre në jetën e përditshme.
Përcaktimi i tensionit
Intensiteti është një sasi vektoriale në fizikë, e cila llogaritet nga forca që ndikon në një ngarkesë të vetme pozitive të vendosur në pikën e fushës në studim. Pasi dielektriku vendoset në një fushë elektrostatike të jashtme, ai fiton një moment dipoli, me fjalë të tjera, polarizohet. Për të përshkruar në mënyrë sasiore polarizimin në një dielektrik, përdoret polarizimi - një indeks fizik vektorial i llogaritur si momenti dipol i vlerës së vëllimit të dielektrikut.
Vektori i intensitetit pasi kalon nëpër faqe ndërmjet dy dielektrikëve pëson ndryshime të papritura, duke shkaktuar ndërhyrje gjatë llogaritjes së fushave elektrostatike. Në këtë drejtim, futet një karakteristikë shtesë - vektorizhvendosja elektrike.
Duke përdorur lejueshmërinë, mund të zbuloni se sa herë një dielektrik mund të dobësojë një fushë të jashtme. Për të shpjeguar në mënyrë më racionale fushat elektrostatike në dielektrikë, përdoret vektori i zhvendosjes elektrike.
Përkufizime bazë
Leshmëria absolute e një mediumi është një koeficient që përfshihet në shënimin matematikor të ligjit të Kulombit dhe në ekuacionin e marrëdhënies midis forcës së fushës elektrike dhe induksionit elektrik. Leshmëria absolute mund të përfaqësohet si produkt i lejueshmërisë relative të mediumit dhe konstantës së energjisë elektrike.
Ndjeshmëria dielektrike, e quajtur polarizueshmëria e një substance, është një sasi fizike që mund të polarizohet nën ndikimin e një fushe elektrike. Është gjithashtu koeficienti i lidhjes lineare të fushës elektrike të jashtme me polarizimin e dielektrikut në një fushë të vogël. Formula për ndjeshmërinë dielektrike shkruhet si: X=na.
Në shumicën e rasteve, dielektrikët kanë një ndjeshmëri pozitive dielektrike, ndërsa kjo vlerë është pa dimension.
Feroelektriciteti është një fenomen fizik i pranishëm në disa kristale, të quajtura ferroelektrikë, në vlera të caktuara të temperaturës. Ai konsiston në shfaqjen e polarizimit spontan në një kristal edhe pa një fushë elektrike të jashtme. Dallimi midis ferroelektrikëve dhe piroelektrikëve ështëqë në intervale të caktuara temperaturash modifikimi i tyre kristal ndryshon dhe polarizimi i rastësishëm zhduket.
Elektricistët në terren nuk sillen si përcjellës, por kanë karakteristika të përbashkëta. Një dielektrik ndryshon nga një përcjellës në mungesë të transportuesve të ngarkuar falas. Ato janë aty, por në sasi minimale. Në një përcjellës, një elektron që lëviz lirshëm në rrjetën kristalore të një metali do të bëhet një bartës i ngjashëm ngarkese. Sidoqoftë, elektronet në një dielektrik janë të lidhur me atomet e tyre dhe nuk mund të lëvizin lehtësisht. Pas futjes së dielektrikëve në një fushë me energji elektrike, në të shfaqet elektrizimi, si një përcjellës. Dallimi nga një dielektrik është se elektronet nuk lëvizin lirshëm në të gjithë vëllimin, siç ndodh në një përcjellës. Megjithatë, nën ndikimin e një fushe elektrike të jashtme, një zhvendosje e lehtë e ngarkesave lind nga brenda molekulës së substancës: një pozitive do të zhvendoset në drejtim të fushës dhe një negative do të jetë anasjelltas.
Në këtë drejtim, sipërfaqja fiton një ngarkesë të caktuar. Procedura për shfaqjen e një ngarkese në sipërfaqen e një lënde nën ndikimin e fushave elektrike quhet polarizim dielektrik. Nëse në një dielektrik homogjen dhe jopolar me një përqendrim të caktuar molekulash të gjitha grimcat janë të njëjta, atëherë edhe polarizimi do të jetë i njëjtë. Dhe në rastin e ndjeshmërisë dielektrike të dielektrikut, kjo vlerë do të jetë pa dimension.
Tarifat e kufizuara
Për shkak të procesit të polarizimit, ngarkesat e pakompensuara shfaqen në vëllimin e një lënde dielektrike, të quajtur polarizim ose të lidhur. grimca,që kanë këto ngarkesa, janë të pranishme në ngarkesat e molekulave dhe, nën ndikimin e një fushe elektrike të jashtme, zhvendosen nga pozicioni i ekuilibrit pa lënë molekulën në të cilën ndodhen.
Ngarkesat e lidhura karakterizohen nga dendësia e sipërfaqes. Ndjeshmëria dielektrike dhe përshkueshmëria e mediumit përcakton se sa herë forca lidhëse e dy ngarkesave elektrike në hapësirë është më e vogël se i njëjti tregues në vakum.
Ndjeshmëria relative ndaj ajrit dhe përshkueshmëria e shumicës së gazeve të tjera në kushte standarde është afër unitetit (për shkak të planit të vogël). Ndjeshmëria dhe lejueshmëria relative dielektrike në ferroelektrikë është dhjetëra e qindra mijëra në sipërfaqen ndarëse të një çifti dielektrikësh me lejueshmëri absolute dhe ndjeshmëri të ndryshme të substancës, si dhe përbërës të barabartë të forcës tangjenciale ndërmjet tyre.
Ndër shumë situata praktike, ka një takim me kalimin e rrymës nga një trup metalik në botën përreth, ndërsa përçueshmëria specifike e këtij të fundit është disa herë më e vogël se përçueshmëria e këtij trupi. Situata të ngjashme mund të ndodhin, për shembull, gjatë kalimit të rrymës përmes elektrodave metalike të varrosura në tokë. Shpesh përdoren elektroda çeliku. Nëse detyra është të përcaktojë ndjeshmërinë dielektrike të qelqit, atëherë detyra do të jetë disi e ndërlikuar nga fakti se kjo substancë ka një veti relaksuese joni, për shkak të së cilës një i vogëlvonesa.
Në kufirin e një çifti dielektrikësh me përshkueshmëri të ndryshme në prani të një fushe të jashtme, ngarkesat e polarizimit shfaqen me indekse të ndryshëm me dendësi të ndryshme sipërfaqësore. Kështu fitohet një kusht i ri për thyerjen e vijës së fushës gjatë kalimit nga një dielektrik në një tjetër.
Ligji i thyerjes në rastin e linjave të rrymës në formën e tij mund të konsiderohet i ngjashëm me ligjin e thyerjes së linjave të zhvendosjes në prag të dy dielektrikëve në fushat elektrostatike.
Çdo trup dhe substancë e botës përreth ka veti të caktuara elektrike. Arsyeja për këtë qëndron në strukturën molekulare dhe atomike - prania e grimcave të ngarkuara që janë në një gjendje të ndërlidhur ose të lirë.
Nëse substanca nuk ndikohet nga një fushë e jashtme, atëherë pjesë të tilla vendosen, duke balancuar njëra-tjetrën, në vëllimin total, pa krijuar fusha elektrike shtesë. Nëse ka një aplikim të energjisë elektrike nga jashtë, do të shfaqet një rishpërndarje e ngarkesave brenda molekulave dhe atomeve ekzistuese, e cila do të çojë në shfaqjen e fushës së saj të brendshme, e cila do të drejtohet nga jashtë.
Kur caktoni fushën e jashtme të aplikuar si E0 dhe E të brendshme, atëherë e gjithë fusha E do të jetë shuma e këtyre vlerave.
Të gjitha substancat në energji elektrike zakonisht ndahen në:
- dirigjentë;
- dielektrikë.
Ky klasifikim ka ekzistuar për një kohë të gjatë, por nuk është plotësisht i saktë, pasi shkenca ka zbuluar prej kohësh trupa me të rinj ose të kombinuarvetitë e materies.
Dirigjentë
Si substanca përçuese mund të jenë mediat në të cilat ka tarifa falas. Metalet shpesh konsiderohen si lëndë të tilla, pasi struktura e tyre nënkupton praninë e vazhdueshme të elektroneve të lira që mund të lëvizin brenda të gjithë zgavrës së substancës. Ndjeshmëria dielektrike e mediumit ju lejon të jeni pjesëmarrës në procesin termik
Nëse përcjellësi është i izoluar nga ndikimi i një fushe elektrike të jashtme, atëherë brenda tij shfaqet një ekuilibër midis ngarkesave pozitive dhe negative. Kjo gjendje zhduket menjëherë kur në një fushë elektrike shfaqet një përcjellës, i cili rishpërndan grimcat e ngarkuara me energjinë e tij dhe provokon shfaqjen e ngarkesave të pabalancuara me vlerë pozitive dhe negative në sipërfaqen e jashtme
Ky fenomen quhet induksion elektrostatik. Ngarkesat që u shfaqën nën veprimin e tij në sipërfaqen e metalit quhen ngarkesa induksioni.
Ngarkesat induktive që kanë lindur në përcjellës krijojnë fushën e tyre, e cila kompenson ndikimin e fushës së jashtme brenda përcjellësit. Në këtë drejtim, treguesi i fushës totale elektrostatike do të kompensohet dhe është i barabartë me 0. Potencialet e çdo pike brenda dhe jashtë janë të barabarta.
Ky rezultat tregon se brenda përcjellësit (madje edhe me një fushë të jashtme të lidhur) nuk ka ndryshim në potencial dhe asnjë fushë elektrostatike. Ky fakt përdoret në mbrojtje për shkak të përdorimitmetoda e mbrojtjes elektro-optike të një personi dhe pajisjeve elektrike të ndjeshme ndaj fushave, veçanërisht instrumenteve matëse me precizion të lartë dhe teknologjisë së mikroprocesorit.
Ekziston gjithashtu një lidhje midis lejueshmërisë dhe ndjeshmërisë. Sidoqoftë, mund të shprehet duke përdorur një formulë. Pra, marrëdhënia ndërmjet konstantës dielektrike dhe ndjeshmërisë dielektrike ka shënimin e mëposhtëm: e=1+X.
parimi ESD
Me ndihmën e mbrojtjes, rrobat dhe këpucët e bëra nga materiale me veti përcjellëse, përfshirë kapelet, përdoren në sektorin e energjisë për sigurinë e personelit që punon në kushte tensioni të lartë të provokuar nga pajisjet e tensionit të lartë. Fusha elektrostatike nuk depërton brenda përcjellësit, sepse kur përçuesi futet në fushën elektrike, ai do të kompensohet nga fusha që lind për shkak të lëvizjes së ngarkesave të lira.
Dielektrikë
Ky emër u përket substancave që kanë cilësi izoluese. Ato përmbajnë vetëm tarifa të ndërlidhura, jo falas. Çdo grimcë pozitive në to do të lidhet me një negative brenda një atomi me një ngarkesë të përbashkët neutrale pa lëvizje të lirë. Ato shpërndahen nga brenda dielektrikëve dhe nuk mund të ndryshojnë pozicionin e tyre nën ndikimin e fushave të jashtme. Në të njëjtën kohë, ndjeshmëria dielektrike e substancës dhe energjia që rezulton ende sjellin ndryshime të caktuara në strukturën e substancës. Nga brenda atomit dhe molekulës, raporti ndryshonngarkesa pozitive dhe negative të grimcave dhe ngarkesa të ndërlidhura shtesë të pabalancuara shfaqen në sipërfaqen e substancës, duke krijuar një fushë elektrike të brendshme. Ai drejtohet drejt tensionit të aplikuar nga jashtë.
Ky fenomen quhet polarizim dielektrik. Mund të karakterizohet nga fakti se një fushë elektrike lind nga brenda substancës, e shkaktuar nga ndikimi i energjisë së jashtme, por e dobësuar nga kundërveprimi i fushës së brendshme.
Llojet e polarizimit
Brenda dielektrikëve, ai mund të përfaqësohet nga dy lloje:
- orientim;
- elektronike.
Lloji i parë ka gjithashtu një emër shtesë - polarizim dipol. Kjo veti është e natyrshme në dielektrikët me qendra të zhvendosura në ngarkesën pozitive dhe negative, të cilat krijojnë molekula nga dipole të vogla - një kombinim neutral i një çifti ngarkesash. Ky fenomen është tipik për një azot të lëngshëm, sulfid hidrogjeni, të bartur.
Pa ndikimin e një fushe elektrike të jashtme në këto substanca, dipolet molekulare orientohen rastësisht nën ndikimin e ndryshimeve ekzistuese të temperaturës, kur një ngarkesë elektrike nuk shfaqet në pjesën e jashtme të dielektrikut.
Kjo tablo ndryshon nën veprimin e energjisë së aplikuar nga jashtë, kur dipolet nuk ndryshojnë shumë orientimin e tyre dhe ngarkesat e kufizuara makroskopike të pakompensuara shfaqen në sipërfaqe, duke krijuar një fushë me drejtim të kundërt me fushën e aplikuar nga jashtë.
Polarizim elektronik, elastikmekanizmi
Ky fenomen ndodh në dielektrikët jopolarë - materiale të një lloji të ndryshëm me molekula në të cilat nuk ka moment dipoli, i cili, nën veprimin e një fushe të jashtme, deformohet në mënyrë që vetëm ngarkesat pozitive të orientohen në drejtimi i vektorit të fushës së jashtme dhe ngarkesat negative - në drejtim të kundërt.
Si rezultat, çdo molekulë funksionon si një dipol elektrik i orientuar përgjatë boshtit të fushës së jashtme të aplikuar. Në mënyrë të ngjashme, një fushë e vet shfaqet në sipërfaqen e jashtme, e cila ka drejtim të kundërt.
Polarizimi i një dielektriku jopolar
Për këto substanca, ndryshimi i molekulave dhe polarizimi i mëvonshëm nga ndikimi i fushës jashtë nuk varet nga lëvizja e tyre nën ndikimin e temperaturës. Metani CH4 mund të përdoret si një dielektrik jopolar. Treguesit numerikë të fushës së brendshme për të dy dielektrikët fillimisht do të ndryshojnë në madhësi në përpjesëtim me ndryshimin në fushën e jashtme dhe pas ngopjes shfaqen efekte të një lloji jolinear. Ato shfaqen kur çdo dipol molekular rreshtohet përgjatë vijave të forcës pranë dielektrikëve polare, ose ndodhin ndryshime në substancat jopolare, të shkaktuara nga një deformim i fortë i atomeve dhe molekulave nga një sasi e madhe energjie e aplikuar nga jashtë. Në raste praktike, kjo ndodh jashtëzakonisht rrallë.
Konstanta dielektrike
Ndër materialet izoluese, një rol serioz i jepet treguesve elektrikë dhe një karakteristike të tillë si konstanta dielektrike. Të dyja gjykohen nga dy karakteristika të ndryshme:
- vlera absolute;
- treguesi relativ.
Termi lejueshmëri absolute e një substance i referohet shënimit matematikor të ligjit të Kulombit. Me ndihmën e tij, lidhja ndërmjet vektorit të induksionit dhe intensitetit përshkruhet në formën e një koeficienti.
