ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกคืออะไร

สารหรือวัตถุทุกชนิดที่อยู่รอบตัวเรามีคุณสมบัติทางไฟฟ้าบางอย่าง นี่เป็นเพราะโครงสร้างโมเลกุลและอะตอม: การปรากฏตัวของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในสถานะอิสระหรือพันธะร่วมกัน

เมื่อไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอกกระทำกับสาร อนุภาคเหล่านี้จะถูกกระจายในลักษณะที่สมดุลซึ่งกันและกันและไม่สร้างสนามไฟฟ้าเพิ่มเติมในปริมาตรทั้งหมด ในกรณีของการใช้พลังงานไฟฟ้าภายนอกภายในโมเลกุลและอะตอม จะเกิดการกระจายประจุใหม่ ซึ่งนำไปสู่การสร้างสนามไฟฟ้าภายในของมันเองที่พุ่งเข้าหาสนามไฟฟ้าภายนอก

หากเวกเตอร์ของสนามภายนอกที่ใช้แสดงเป็น «E0» และสนามภายใน «E '» ดังนั้นสนามรวม «E» จะเป็นผลรวมของพลังงานของปริมาณทั้งสองนี้

ในกระแสไฟฟ้า เป็นเรื่องปกติที่จะแบ่งสารออกเป็น:

• สายไฟ;

• อิเล็กทริก

การจำแนกประเภทนี้มีมาเป็นเวลานานแม้ว่าจะค่อนข้างไม่มีกฎเกณฑ์เนื่องจากร่างกายจำนวนมากมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันหรือรวมกัน

ตัวนำ

ผู้ให้บริการที่มีค่าใช้จ่ายฟรีเป็นตัวนำบ่อยครั้งที่โลหะทำหน้าที่เป็นตัวนำเนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระมักมีอยู่ในโครงสร้างซึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปทั่วปริมาตรของสารและในขณะเดียวกันก็มีส่วนร่วมในกระบวนการทางความร้อน

เมื่อตัวนำถูกแยกออกจากการกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก ประจุบวกและลบจะถูกสร้างขึ้นจากโครงตาข่ายไอออนและอิเล็กตรอนอิสระ สมดุลนี้จะถูกทำลายทันทีเมื่อ ตัวนำในสนามไฟฟ้า — เนื่องจากพลังงานที่เริ่มกระจายอนุภาคที่มีประจุใหม่และประจุที่ไม่สมดุลซึ่งมีค่าบวกและลบปรากฏบนพื้นผิวด้านนอก

ปรากฏการณ์นี้มักเรียกว่า การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต... ประจุที่ประจุบนพื้นผิวโลหะเรียกว่า ประจุไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ประจุไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวนำจะสร้างฟิลด์ E ' ซึ่งชดเชยผลกระทบของ E0 ภายนอกภายในตัวนำ ดังนั้นค่าของสนามไฟฟ้าสถิตทั้งหมดจะถูกชดเชยและเท่ากับ 0 ในกรณีนี้ ศักยภาพของทุกจุดทั้งภายในและภายนอกจะเท่ากัน

ข้อสรุปที่ได้แสดงให้เห็นว่าภายในตัวนำ แม้จะเชื่อมต่อกับสนามภายนอกแล้ว ก็ไม่มีความต่างศักย์และไม่มีสนามไฟฟ้าสถิต ข้อเท็จจริงนี้ใช้ในการป้องกัน — การประยุกต์ใช้วิธีการป้องกันไฟฟ้าสถิตของคนและอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไวต่อสนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำและเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์

เสื้อผ้าและรองเท้าที่มีเกราะกำบังทำจากผ้าที่มีด้ายนำไฟฟ้า รวมถึงหมวก ใช้ในไฟฟ้าเพื่อปกป้องบุคลากรที่ทำงานในสภาวะแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง

ไดอิเล็กทริก

นี่คือชื่อของสารที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวน พวกเขามีค่าธรรมเนียมการเชื่อมต่อเท่านั้นไม่ใช่ของฟรี พวกมันทั้งหมดมีอนุภาคบวกและลบจับกันอยู่ในอะตอมที่เป็นกลาง ทำให้ไม่มีอิสระในการเคลื่อนไหว พวกมันกระจายอยู่ภายในอิเล็กทริกและไม่เคลื่อนที่ภายใต้การกระทำของฟิลด์ภายนอกที่ใช้ E0

อย่างไรก็ตาม พลังงานของมันยังคงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในโครงสร้างของสาร - ภายในอะตอมและโมเลกุล อัตราส่วนของอนุภาคบวกและลบเปลี่ยนแปลง และบนพื้นผิวของสาร ประจุที่เกี่ยวข้องมากเกินไปและไม่สมดุลปรากฏขึ้น ก่อตัวเป็นสนามไฟฟ้าภายใน อี'. มันพุ่งเข้าหาแรงดึงจากภายนอก

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ไดอิเล็กตริก โพลาไรเซชัน... เป็นลักษณะของสนามไฟฟ้า E ปรากฏขึ้นภายในสาร เกิดขึ้นจากการกระทำของพลังงานภายนอก E0 แต่ถูกทำให้อ่อนลงโดยการต่อต้านของ E ภายใน

ประเภทของโพลาไรซ์

มันเป็นสองประเภทภายในไดอิเล็กตริก:

1. ปฐมนิเทศ;

2. อิเล็กทรอนิกส์.

ประเภทแรกมีชื่อเพิ่มเติมว่าไดโพลโพลาไรเซชัน มันมีอยู่ในไดอิเล็กตริกที่มีประจุลบและประจุบวกซึ่งเปลี่ยนศูนย์ ซึ่งก่อตัวเป็นโมเลกุลของไดโพลขนาดจิ๋ว ซึ่งเป็นประจุสองชุดที่เป็นกลาง นี่คือลักษณะของน้ำ ไนโตรเจนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์

หากไม่มีการกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก ไดโพลโมเลกุลของสารดังกล่าวจะถูกวางในลักษณะที่ไม่เป็นระเบียบภายใต้อิทธิพลของกระบวนการที่อุณหภูมิในการทำงาน ในเวลาเดียวกัน ไม่มีประจุไฟฟ้าที่จุดใดๆ ของปริมาตรภายในและที่ผิวด้านนอกของไดอิเล็กตริก

ภาพนี้เปลี่ยนไปภายใต้อิทธิพลของพลังงานภายนอก เมื่อไดโพลเปลี่ยนทิศทางเล็กน้อยและบริเวณของประจุที่มีขอบเขตขนาดใหญ่ที่ไม่ถูกชดเชยปรากฏขึ้นบนพื้นผิว ก่อตัวเป็นสนาม E' ที่มีทิศทางตรงกันข้ามกับ E0 ที่ใช้

ด้วยโพลาไรเซชันดังกล่าว อุณหภูมิจึงมีอิทธิพลอย่างมากต่อกระบวนการ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่เนื่องจากความร้อนและสร้างปัจจัยที่ทำให้สับสน

โพลาไรซ์อิเล็กทรอนิกส์ กลไกยืดหยุ่น

มันปรากฏตัวในไดอิเล็กทริกที่ไม่มีขั้ว - วัสดุประเภทต่าง ๆ ที่มีโมเลกุลที่ไม่มีโมเมนต์ไดโพลซึ่งภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอกจะมีรูปร่างผิดปกติเพื่อให้ประจุบวกอยู่ในทิศทางของเวกเตอร์ E0 และ ประจุลบจะหันไปในทิศทางตรงกันข้าม

เป็นผลให้แต่ละโมเลกุลทำหน้าที่เป็นไดโพลไฟฟ้าที่มุ่งเน้นไปที่แกนของสนามที่ใช้ ด้วยวิธีนี้พวกเขาสร้างพื้นผิวด้านนอกของฟิลด์ E 'ในทิศทางตรงกันข้าม

ในสารดังกล่าว การเปลี่ยนรูปของโมเลกุลและโพลาไรเซชันเนื่องจากการกระทำของสนามภายนอกนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของพวกมันภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ มีเทน CH4 สามารถอ้างถึงเป็นตัวอย่างของไดอิเล็กตริกไม่มีขั้ว

ค่าตัวเลขของสนามภายในของไดอิเล็กตริกทั้งสองประเภทแรกจะเปลี่ยนขนาดตามสัดส่วนโดยตรงกับการเพิ่มขึ้นของสนามภายนอก จากนั้นเมื่อถึงจุดอิ่มตัว เอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นจะปรากฏขึ้น เกิดขึ้นเมื่อไดโพลโมเลกุลทั้งหมดถูกจัดเรียงตามแนวแรงของไดอิเล็กตริกที่มีขั้ว หรือมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในโครงสร้างของสสารที่ไม่มีขั้ว เนื่องจากการเสียรูปอย่างรุนแรงของอะตอมและโมเลกุลโดยพลังงานขนาดใหญ่ที่นำไปใช้จากภายนอก

ในทางปฏิบัติ กรณีเช่นนี้เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก โดยปกติแล้ว ความล้มเหลวหรือความล้มเหลวของฉนวนจะเกิดขึ้นก่อนหน้านี้

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก

ในบรรดาวัสดุฉนวน คุณสมบัติทางไฟฟ้าและตัวบ่งชี้ต่างๆ เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะมีบทบาทสำคัญ สามารถวัดได้ด้วยคุณสมบัติที่แตกต่างกันสองประการ:

1. ค่าสัมบูรณ์

2. ค่าสัมพัทธ์

คำว่า สารคงที่ไดอิเล็กตริกสัมบูรณ์ εa ใช้เมื่อกล่าวถึงสัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์ของกฎของคูลอมบ์ ในรูปของสัมประสิทธิ์ εα เชื่อมต่อเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำ D และความเข้ม E

ขอให้เราระลึกว่าชาร์ลส์ เดอ คูลอมบ์ นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ใช้สมดุลแรงบิดของเขาเอง ตรวจสอบกฎของแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็กระหว่างวัตถุที่มีประจุขนาดเล็ก

การกำหนดความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ของตัวกลางใช้เพื่อระบุคุณสมบัติการเป็นฉนวนของสาร โดยจะประมาณอัตราส่วนของแรงอันตรกิริยาระหว่างประจุสองจุดภายใต้สภาวะสองสภาวะที่แตกต่างกัน: ในสุญญากาศและในสภาพแวดล้อมการทำงาน ในกรณีนี้ ดัชนีสุญญากาศจะถือเป็น 1 (εv = 1) ในขณะที่สำหรับสสารจริงจะสูงกว่าเสมอ εr> 1

นิพจน์เชิงตัวเลข εr แสดงเป็นปริมาณไร้มิติที่อธิบายโดยผลกระทบของโพลาไรเซชันในไดอิเล็กตริก และใช้เพื่อประเมินคุณลักษณะของพวกมัน

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของสื่อแต่ละตัว (ที่อุณหภูมิห้อง)

สาร ε สาร ε เกลือเซกเนต 6000 เพชร 5.7 รูไทล์ (บนแกนลำแสง) 170 น้ำ 81 โพลิเอทิลีน 2.3 เอทานอล 26.8 ซิลิคอน 12.0 ไมกา 6 แก้วบีกเกอร์ 5-16 คาร์บอนไดออกไซด์ 1.00099 NaCl 5.26 ไอน้ำในน้ำ 1.0126 เบนซีน 2.322 อากาศ (760 mmHg) 1.000 57