ทำไมไดอิเล็กตริกจึงไม่นำกระแส

เพื่อตอบคำถาม «ทำไมไดอิเล็กตริกจึงไม่นำไฟฟ้า» เกี่ยวกับลักษณะและการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า… จากนั้นเรามาเปรียบเทียบว่าตัวนำและไดอิเล็กตริกมีพฤติกรรมอย่างไรในการหาคำตอบสำหรับคำถามนี้

ปัจจุบัน

กระแสไฟฟ้าเรียกว่า สั่ง นั่นคือ กำกับ การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ สนามไฟฟ้า… ดังนั้น ประการแรก การมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าจำเป็นต้องมีอนุภาคที่มีประจุอิสระที่สามารถเคลื่อนที่ในลักษณะที่มีทิศทาง ประการที่สอง จำเป็นต้องมีสนามไฟฟ้าในการขับเคลื่อนประจุเหล่านี้ และแน่นอนว่าต้องมีพื้นที่หนึ่งซึ่งการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุที่เรียกว่ากระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น

อนุภาคที่มีประจุอิสระมีอยู่มากมายในตัวนำ: ในโลหะ ในอิเล็กโทรไลต์ ในพลาสมา ตัวอย่างเช่น ในตัวนำทองแดง สิ่งเหล่านี้คืออิเล็กตรอนอิสระ ในอิเล็กโทรไลต์ - ไอออน ตัวอย่างเช่น ไอออนของกรดซัลฟิวริก (ไฮโดรเจนและซัลเฟอร์ออกไซด์) ในแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ในพลาสมา - ไอออนและอิเล็กตรอน สิ่งเหล่านี้คืออิเลคตรอนที่ เคลื่อนที่ระหว่างการคายประจุไฟฟ้าในก๊าซไอออไนซ์

โลหะ

ตัวอย่างเช่น ลองนำลวดทองแดงสองเส้นมาต่อเข้ากับหลอดไฟขนาดเล็กเข้ากับแบตเตอรี่ อะไรจะเกิดขึ้น? แสงจะเริ่มเรืองแสงซึ่งหมายความว่าก ไฟฟ้ากระแสตรง… ระหว่างปลายสายไฟ มีความต่างศักย์ที่เกิดจากแบตเตอรี่ ซึ่งหมายความว่าสนามไฟฟ้าเริ่มทำงานภายในสายไฟ

สนามไฟฟ้าบังคับให้อิเล็กตรอนของเปลือกนอกของอะตอมทองแดงเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของสนาม — จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง จากอะตอมหนึ่งไปอีกอะตอมหนึ่ง และต่อไปเรื่อยๆ ตามสายโซ่ เนื่องจากอิเล็กตรอนของเปลือกนอกของโลหะ อะตอมมีพันธะกับนิวเคลียสมากน้อยกว่าอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสของวงโคจรอิเล็กตรอน จากตำแหน่งที่ปล่อยอิเล็กตรอนไว้ อิเล็กตรอนอีกตัวจะมาจากขั้วลบของแบตเตอรี่ นั่นคือ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อย่างอิสระไปตามสายโซ่โลหะ และเปลี่ยนสถานะของพวกมันไปเป็นอะตอมได้ง่าย

ดูเหมือนว่าพวกมันจะก่อตัวขึ้นตามตาข่ายคริสตัลของโลหะในทิศทางที่พวกเขาถูกผลัก พยายามเร่ง สนามไฟฟ้า (จากลบไปบวกของแหล่งกำเนิด EMF คงที่) ในขณะที่อิเล็กตรอนเกาะติดกับอะตอมของคริสตัลแลตทิซ ตลอดเส้นทางของพวกเขา

อิเล็กตรอนบางตัวในระหว่างการเคลื่อนที่แตกออกเป็นอะตอม (เนื่องจากการเคลื่อนไหวทางความร้อนสั่นสะเทือนโครงสร้างทั้งหมดของอะตอมพร้อมกับอิเล็กตรอน) ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ตัวนำร้อนขึ้น - นี่คือลักษณะที่ปรากฏ ความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟ.

อิเล็กตรอนอิสระในโลหะ

การศึกษาโลหะโดยใช้รังสีเอกซ์รวมถึงวิธีการอื่นๆ แสดงให้เห็นว่าโลหะมีโครงสร้างเป็นผลึกซึ่งหมายความว่าพวกมันประกอบด้วยอะตอมหรือโมเลกุลที่จัดเรียงในลักษณะหนึ่งๆ ในอวกาศ (ตามลำดับคือไอออน) ที่สร้างการสลับที่ถูกต้องในสามมิติทั้งหมด

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ อะตอมของธาตุจะอยู่ใกล้กันมากจนอิเล็กตรอนวงนอกของพวกมันเป็นของอะตอมนี้ในระดับเดียวกับอะตอมที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งเป็นผลมาจากระดับของพันธะของอิเล็กตรอนกับแต่ละอะตอม ขาดหายไปจริง

ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะ อิเล็กตรอนอย่างน้อยหนึ่งตัวของแต่ละอะตอม บางครั้งมีอิเล็กตรอนสองตัว และในบางกรณีอาจมีอิเล็กตรอนสามตัวเป็นอิสระในแง่ของการเคลื่อนที่ในโลหะภายใต้อิทธิพลของแรงที่กระทำจากภายนอก

อิเล็กทริก

ไดอิเล็กตริกคืออะไร? ถ้าใช้สายทองแดงแทน คุณเอาพลาสติก กระดาษ หรืออะไรที่คล้ายกัน จะไม่มีไฟฟ้าส่องสว่าง ทำไม โครงสร้างของไดอิเล็กตริกนั้นประกอบด้วยโมเลกุลที่เป็นกลางซึ่งแม้ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า จะไม่ปล่อยอิเล็กตรอนออกมาอย่างเป็นระเบียบ—พวกมันไม่สามารถ ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระในไดอิเล็กตริกเช่นเดียวกับในโลหะ

อิเล็กตรอนวงนอกในอะตอมของโมเลกุลไดอิเล็กตริกใดๆ จะถูกอัดแน่น ยิ่งกว่านั้น พวกมันมีส่วนร่วมในพันธะภายในของโมเลกุล ในขณะที่โมเลกุลของสารดังกล่าวมักจะเป็นกลางทางไฟฟ้า โมเลกุลอิเล็กทริกทั้งหมดสามารถทำได้คือโพลาไรซ์

ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าที่ใช้กับพวกมัน ประจุไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องของแต่ละโมเลกุลจะเปลี่ยนจากตำแหน่งสมดุลเพียงเล็กน้อย ในขณะที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าแต่ละอนุภาคจะยังคงอยู่ในอะตอมของมันเอง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการแทนที่ของประจุ โพลาไรเซชันไดอิเล็กตริก.

ผลจากโพลาไรเซชัน ประจุจะปรากฏบนพื้นผิวของไดอิเล็กตริกโพลาไรซ์ด้วยวิธีนี้โดยสนามไฟฟ้าที่ใช้กับมัน ซึ่งมีแนวโน้มที่จะลดสนามไฟฟ้าภายนอกที่ทำให้เกิดโพลาไรเซชันด้วยสนามไฟฟ้า ความสามารถของไดอิเล็กตริกในการทำให้สนามไฟฟ้าภายนอกอ่อนลงด้วยวิธีนี้เรียกว่า ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก.