Львів
C
» » Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність

Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність

Такі явища, як діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність, зустрічаються не тільки у фізиці, але і в звичайному житті. У зв'язку з цим слід визначити значення даних явищ у науці, їх вплив та застосування в звичайному житті.

Визначення напруженості

Напруженість є векторною величиною у фізиці, яка обчислюється за силою, що впливає на одиничний позитивний заряд, розміщений в досліджуваній точці поля. Після приміщення діелектрика в зовнішнє електростатичне поле він набуває дипольний момент, інакше кажучи, поляризується. Щоб кількісно описати поляризацію в діелектрику, застосовують поляризованность - векторний фізичний показник, що обчислюється як дипольний момент значення об'єму діелектрика.


Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність
Вектор напруженості після переходу крізь межу між двома діелектриками відчуває стрибкоподібне зміни, викликаючи цим перешкоди під час розрахунку електростатичних полів. У зв'язку з цим вводиться додаткова характеристика - вектор електричного зміщення. З допомогою діелектричної проникності можна дізнатися, у скільки разів діелектрик може послабити зовнішнє поле. З метою найбільш раціонального пояснення електростатичних полів в діелектриках застосовується вектор електричного зміщення.

Основні визначення

Абсолютна діелектрична проникність середовища є коефіцієнтом, який входить в математичний запис закону Кулона і рівняння взаємозв'язку напруженості електричного поля та електричної індукції. Абсолютна діелектрична проникність може бути представлена у вигляді добутку відносного показника діелектричної проникності середовища та постійної електрики.


Діелектрична сприйнятливість, звана поляризуемостью речовини, що є фізичною величиною, здатної поляризироваться під впливом електричного поля. Також це коефіцієнт лінійного зв'язку зовнішнього електричного поля з поляризацією діелектрика в малому полі. Формула діелектричної сприйнятливості записується так: Х=na . У більшості випадків діелектрики мають позитивну діелектричну сприйнятливість, при цьому дана величина є безрозмірною.
Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність
Сегнетоэлектричество є фізичним явищем, присутніх в певних кристалах, які називаються сегнетоэлектриками, при певних температурних значеннях. Воно полягає в появі спонтанної поляризації в кристалі навіть без зовнішнього електричного поля. Відмінність сегнетоелектриків від піроелектриків полягає в тому, що в певних температурних діапазонах їх кристалічна модифікація змінюється, а випадкова поляризація зникає. Електрики в полі ведуть себе не як провідники, проте вони мають спільні ознаки. Діелектрик відрізняється від провідника відсутністю вільних заряджених носіїв. Вони там присутні, але в мінімальних кількостях. В провіднику подібним носієм заряду стане електрон, вільно переміщається в кристалічній решітці металу. Однак електрони в діелектрику пов'язані з власними атомами і не можуть легко переміщатися. Після внесення діелектриків в полі з електрикою в ньому з'являється електризація, подібно провіднику. Відмінністю від діелектрика є те, що електрони не вільно переміщаються по всьому об'єму, як це протікає в провіднику. Однак під впливом зовнішнього електричного поля зсередини молекули речовини виникає легке зміщення зарядів: позитивний буде зміщений у напрямку поля, а від'ємний - навпаки.
У зв'язку з цим поверхню набуває певний заряд. Процедура виникнення заряду на поверхні речовини під впливом електричних полів називається поляризацією діелектрика. Якщо в однорідному і неполярном діелектрику з певною концентрацією молекул всі частинки однакові, то поляризація також буде однакова. І у випадку з діелектричною сприйнятливістю діелектрика ця величина буде безкінечною.

Зв'язані заряди

Унаслідок процесу поляризації в обсязі діелектричного речовини з'являються некомпенсовані заряди, звані поляризаційними або пов'язаними. Частинки, що мають дані заряди, є в зарядах молекул і під впливом зовнішнього електричного поля зміщуються з положення рівноваги, не виходячи з молекули, у складі якої вони розташовуються. Зв'язані заряди характеризуються поверхневою щільністю. Діелектрична сприйнятливість та проникність середовища, що визначає, у скільки разів сила зв'язку двох електричних зарядів в просторі менше того ж показника у вакуумі.
Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність
Відносна повітряна сприйнятливість та проникність і більшої частини інших газів в стандартних умовах наближається до одиниці (з-за малої площині). Відносна діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність в сегнетоелектриках складає десятки і сотні тисяч на поверхні поділу пари діелектриків з различающимися показниками абсолютної діелектричної проникності і сприйнятливості речовини, а також рівними між ними дотичними складовими напруженості. Серед безлічі практичних ситуацій відбувається зустріч з переходом струму з металевого тіла в навколишній світ, при цьому питома провідність останнього у кілька разів менше провідності даного тіла. Подібні ситуації можуть зустрічатися, наприклад, під час переходу струму крізь заритих у грунт металеві електроди. Найчастіше використовують електроди зі сталі. Якщо стоїть завдання визначити діелектричну сприйнятливість скла, то завдання буде дещо ускладнена тим, що дана речовина має іонно-релаксаційні властивість, з-за якого з'являється невелика запізнілість.
На кордоні пари діелектриків з різними проницаемостями в присутності зовнішнього поля з'являються поляризаційні заряди з різними показниками з будь яким поверхневими густинами. Так виходить нове умова заломлення лінії поля під час переходу з діелектрика в інший. Закон заломлення у випадку з лініями струму за своєю формою може вважатися аналогічним законом заломлення ліній зсуву на межі двох діелектриків в електростатичних полях.
Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність
Кожне тіло і речовина навколишнього світу має певні електричні властивості. Причина цього криється в молекулярної і атомної структурі - присутність заряджених частинок, які перебувають у взаємопов'язаному або вільному стані. Якщо речовина не впливає зовнішнє поле, то такі частини розташовуються, врівноважуючи одне одного, загалом сумарному обсязі, не створюючи додаткових електричних полів. Якщо трапиться додаток електричної енергії зовні, всередині наявних молекул і атомів з'явиться перерозподіл зарядів, що призведе до появи власного внутрішнього поля, яке буде спрямоване назустріч зовнішньому. При позначенні прикладеної зовнішнього поля як Е0 а внутрішнього Е', то все поле Е буде сумою цих величин. Всі речовини в електриці прийнято розділяти на:
  • провідники;
  • діелектрики.
  • Дана класифікація існує досить давно, проте не зовсім точна, оскільки наука давно відкрила тіла з новими або комбінованими властивостями речовини.

    Провідники

    В як проводять речовин можуть виступати середовища, в яких присутні вільні заряди. Найчастіше такими матеріями вважають метали, оскільки їх структура передбачає постійну присутність вільних електронів, здатних переміщатися всередині всієї порожнини речовини. Діелектрична сприйнятливість середовища дозволяє бути учасником теплового процесу
    Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність
    Якщо провідник знаходиться в ізоляції від впливу зовнішнього електричного поля, то всередині нього з'являється баланс між позитивними і негативними зарядами. Даний стан відразу зникає при появі провідника в електричному полі, який своєю енергією перерозподіляє заряджені частинки і провокує появу незбалансованих зарядів з позитивною і негативною величиною на зовнішній поверхні Дане явище називають електростатичною індукцією. З'явилося під її дією заряди на поверхні металу називають індукційними зарядами. Виникли в провіднику індукційні заряди створюють власне поле, компенсує вплив зовнішнього поля всередині провідника. У зв'язку з цим показник повного сумарного електростатичного поля буде скомпенсована і дорівнювати 0. Потенціали кожної точки всередині і зовні рівні. Даний результат свідчить про те, що зсередини провідника (навіть з підключеним зовнішнім полем) відсутня різниця у потенціалах і немає електростатичного поля. Даний факт застосовується екранування через використання методу электрооптической захисту людини і чутливого до полів електрообладнання, особливо високоточних приладів по вимірюванню і мікропроцесорної техніки.
    Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність
    Зв'язок між діелектричною проникністю і сприйнятливістю так само є. Однак виражена вона може бути з допомогою формули. Так зв'язок діелектричної проникності та діелектричної сприйнятливості має наступний запис: е=1+Х.

    Принцип електростатичного захисту

    З допомогою екранування одяг і взуття з матерій з струмопровідними властивостями, в тому числі головні убори, застосовуються в енергетиці для безпеки персоналу, що проводять роботи в умовах високої напруженості, яка провокується високовольтними пристроями. Електростатичне поле не проникає всередину провідника, тому що при внесенні провідника електричне поле воно буде скомпенсоване полем, яке виникає у зв'язку з переміщенням вільних зарядів.

    Діелектрики

    Ця назва належить речовинам, що мають ізоляційні якості. У їх складі перебувають лише взаємопов'язані заряди, а не вільні. Кожна позитивна частка в них буде скріплена з негативною всередині атома з загальним нейтральним зарядом без вільного переміщення. Вони розподіляються зсередини діелектриків і не можуть змінювати свого положення під впливом зовнішніх полів. При цьому діелектрична сприйнятливість речовини і отримана енергія все-таки спричиняє певні зміни в структурі речовини. Зсередини атома і молекули змінюється співвідношення позитивного і негативного зарядів частинки, а на поверхні речовини з'являються зайві незбалансовані взаємопов'язані заряди, що створюють внутрішнє електричне поле. Воно направлено назустріч додається зовні напруженості. Дане явище називають поляризацією діелектрика. Воно може характеризуватися тим, що зсередини речовини виникає електричне поле, викликане вплив зовнішньої енергії, але ослабляемое протидією внутрішнього поля.

    Типи поляризації

    Всередині діелектриків вона може бути представлена двома видами:
  • орієнтаційна;
  • електронна.
  • Перший тип також володіє додатковим назвою - дипольна поляризація. Це властивість притаманне діелектриків зі зміщеними центрами у позитивного і негативного заряду, які створюють молекули з малих диполів - нейтральної сукупності пари зарядів. Дане явище характерне для рідини, сірководню, доносила азоту. Без впливу зовнішнього електричного поля у даних речовин молекулярні диполі орієнтуються хаотично під дією діючих температурних змін, при на зовнішній стороні у діелектрика не з'являється електричний заряд.
    Діелектрична сприйнятливість і діелектрична проникність
    Дана картина змінюється під дією прикладеної ззовні енергії, коли диполі не сильно змінюють власну орієнтацію і на поверхні з'являються не скомпенсированные макроскопічні пов'язані заряди, що створюють поле зі зустрічним направлення до прикладеного ззовні полю.

    Електронна поляризація, пружний механізм

    Дане явище виникає у неполярних діелектриків - матеріалів іншого типу з молекулами, в яких відсутня дипольний момент, який під дією зовнішнього поля деформується так, що тільки позитивні заряди орієнтуються по напрямку вектора зовнішнього поля, а негативні - в противолежащую боку. За підсумком кожна молекула функціонує як електричний диполь, орієнтований по осі прикладеного зовнішнього поля. Подібним чином з'являється на зовнішній поверхні власне поле, що має зустрічний напрямок.

    Поляризація неполярного діелектрика

    У даних речовин зміна молекул і подальша поляризація від впливу поля зовні не перебуває в залежності від їх переміщення під дією температури. У ролі неполярного діелектрика можна використовувати метан СН4. Чисельні показники внутрішнього поля в обох діелектриків за величиною спочатку будуть змінюватися пропорційно зміні зовнішнього поля, а після насичення з'являються ефекти нелінійного типу. Вони з'являються, коли кожна молекулярна диполь вишикувалася вздовж силових ліній біля полярних діелектриків або сталися зміни неполярних речовин, викликані сильною деформацією атомів і молекул від великої величини прикладеної ззовні енергії. В практичних випадках подібне відбувається вкрай рідко.

    Діелектрична проникність

    У числі ізоляційних матеріалів серйозна роль відводиться електричним показниками і такою характеристикою, як діелектрична проникність. Обидва розцінюється по двом різним характеристикам:
  • абсолютне значення;
  • відносний показник.
  • Під терміном абсолютної діелектричної проникності у речовини розуміється звернення до математичної записи закону Кулона. З її допомогою описується у формі коефіцієнта зв'язок вектора індукції і напруженості.