Ilmiöitä, kuten dielektrinen suskeptiibiliteetti ja permittiivisyys, ei esiinny ainoastaan fysiikassa, vaan myös arkielämässä. Tältä osin on tarpeen määrittää näiden ilmiöiden merkitys tieteessä, niiden vaikutus ja soveltaminen jokapäiväiseen elämään.
Jännityksen määritys
Intensiteetti on fysiikan vektorisuure, joka lasketaan voimasta, joka vaikuttaa tutkittavan kentän pisteeseen sijoitettuun yksittäiseen positiiviseen varaukseen. Kun eriste on asetettu ulkoiseen sähköstaattiseen kenttään, se saa dipolimomentin, toisin sanoen polarisoituu. Dielektrisen polarisaation kvantitatiiviseen kuvaamiseen käytetään polarisaatiota - vektorifysikaalista indeksiä, joka lasketaan dielektrin tilavuusarvon dipolimomentiksi.
Intensiteettivektori, joka on kulkenut kahden eristeen välisen pinnan läpi, muuttuu äkillisesti, mikä aiheuttaa häiriöitä sähköstaattisten kenttien laskennan aikana. Tässä suhteessa otetaan käyttöön lisäominaisuus - vektorisähköinen siirtymä.
Käyttämällä permittiivisyyttä saat selville, kuinka monta kertaa eriste voi heikentää ulkoista kenttää. Sähköstaattisten kenttien rationaaliseksi selittämiseksi dielektrissä käytetään sähköistä siirtymävektoria.
Perusmääritelmät
Väliaineen absoluuttinen permittiivisyys on kerroin, joka sisältyy Coulombin lain matemaattiseen merkintään ja sähkökentän voimakkuuden ja sähköisen induktion välisen suhteen yhtälöön. Absoluuttinen permittiivisyys voidaan esittää väliaineen suhteellisen permittiivisyyden ja sähkövakion tulona.
Dielektrinen susceptibiliteetti, jota kutsutaan aineen polarisoituvuudeksi, on fysikaalinen suure, joka voidaan polarisoida sähkökentän vaikutuksesta. Se on myös ulkoisen sähkökentän lineaarisen yhteyden kerroin dielektrin polarisaatioon pienessä kentässä. Dielektrisen herkkyyden kaava kirjoitetaan seuraavasti: X=na.
Useimmissa tapauksissa eristeillä on positiivinen dielektrinen herkkyys, kun taas tämä arvo on mittaton.
Ferrosähköisyys on fysikaalinen ilmiö, jota esiintyy tietyissä kiteissä, joita kutsutaan ferrosähköisiksi, tietyissä lämpötila-arvoissa. Se koostuu spontaanin polarisaation ilmaantumisesta kiteessä jopa ilman ulkoista sähkökenttää. Ero ferrosähköisten ja pyrosähköisten välillä onettä tietyillä lämpötila-alueilla niiden kidemodifikaatio muuttuu ja satunnainen polarisaatio katoaa.
Alan sähköasentajat eivät käyttäydy johtimien tavoin, mutta heillä on yhteisiä piirteitä. Dielektrinen eroaa johtimesta vapaasti varattujen kantajien puuttuessa. Niitä on, mutta pienissä määrin. Johtimessa metallin kidehilassa vapaasti liikkuvasta elektronista tulee samanlainen varauksen kantaja. Dielektrissä olevat elektronit ovat kuitenkin sitoutuneet omiin atomeihinsa eivätkä voi liikkua helposti. Sen jälkeen, kun eristeet on tuotu kenttään sähköllä, sähköistyminen ilmestyy siihen, kuten johtimeen. Erona dielektristä on se, että elektronit eivät liiku vapaasti koko tilavuudessa, kuten johtimessa. Ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta ainemolekyylin sisältä kuitenkin syntyy pientä varausten siirtymää: positiivinen siirtyy kentän suuntaan ja negatiivinen päinvastoin.
Tässä suhteessa pinta saa tietyn varauksen. Menettelyä varauksen ilmestymiseksi aineen pinnalle sähkökenttien vaikutuksesta kutsutaan dielektriseksi polarisaatioksi. Jos homogeenisessa ja ei-polaarisessa dielektrisessä, jossa on tietty molekyylipitoisuus, kaikki hiukkaset ovat samoja, myös polarisaatio on sama. Ja dielektrisen dielektrisen herkkyyden tapauksessa tämä arvo on mittaton.
Sitovat maksut
Polarisaatioprosessista johtuen dielektrisen aineen tilavuuteen ilmaantuu kompensoimattomia varauksia, joita kutsutaan polarisaatioiksi tai sidoksiksi. hiukkasia,joilla on nämä varaukset, ne ovat läsnä molekyylien varauksissa ja siirtyvät ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta tasapainoasennosta poistumatta molekyylistä, jossa ne sijaitsevat.
Sitoutuneille varauksille on ominaista pintatiheys. Väliaineen dielektrinen suskeptibiliteetti ja permeabiliteetti määrää, kuinka monta kertaa kahden sähkövarauksen sitoutumisvoima avaruudessa on pienempi kuin sama indikaattori tyhjiössä.
Useimpien muiden kaasujen suhteellinen ilmaherkkyys ja läpäisevyys normaaleissa olosuhteissa on lähellä yksikköä (pienestä tasosta johtuen). Suhteellinen dielektrinen suskeptiibiliteetti ja permittiivisyys ferrosähköisissä materiaaleissa on kymmeniä ja satoja tuhansia eristeparin erotuspinnalla, jolla on erilainen absoluuttinen permittiivisyys ja suskeptiibiliteetti sekä niiden välillä samat tangentiaalilujuuskomponentit.
Monet käytännön tilanteet kohtaavat virran siirtymisen metallikappaleesta ympäröivään maailmaan, kun taas jälkimmäisen ominaisjohtavuus on useita kertoja pienempi kuin tämän kappaleen johtavuus. Samanlaisia tilanteita voi esiintyä esimerkiksi virran kulkiessa maahan upotetun metallielektrodien läpi. Usein käytetään teräselektrodeja. Jos tehtävänä on määrittää lasin dielektrinen herkkyys, niin tehtävää vaikeuttaa jonkin verran se, että tällä aineella on ionirelaksaatioominaisuus, jonka vuoksimyöhässä.
Eriläpäisevyyden omaavan dielektrisen parin rajalla ulkoisen kentän läsnäollessa polarisaatiovaraukset ilmaantuvat eri indekseillä eri pintatiheyksillä. Näin saadaan uusi ehto kenttäviivan taittumiselle siirtymisen aikana eristeestä toiseen.
Taittumislakia virtalinjojen tapauksessa voidaan pitää samanlaisena kuin kahden eristeen rajalla sähköstaattisissa kentissä olevien siirtymälinjojen taittumislakia.
Jokaisella ympäröivän maailman keholla ja aineella on tiettyjä sähköisiä ominaisuuksia. Syy tähän on molekyyli- ja atomirakenteessa - varautuneiden hiukkasten läsnäolo, jotka ovat toisiinsa yhteydessä tai vapaassa tilassa.
Jos aineeseen ei vaikuta ulkoinen kenttä, tällaiset osat sijaitsevat tasapainottaen toisiaan kokonaistilavuudessa ilman, että syntyy ylimääräisiä sähkökenttiä. Jos sähköenergiaa käytetään ulkopuolelta, olemassa olevien molekyylien ja atomien sisälle ilmaantuu varausten uudelleenjakauma, mikä johtaa oman sisäisen kentän ilmaantumiseen, joka suuntautuu ulospäin.
Kun määritetään käytetylle ulkoiselle kentälle E0 ja sisäiseksi E', koko kenttä E on näiden arvojen summa.
Kaikki sähkössä olevat aineet jaetaan yleensä:
- johtimet;
- dielektriikka.
Tämä luokittelu on ollut olemassa pitkään, mutta se ei ole täysin tarkka, koska tiede on jo pitkään löytänyt ruumiita, joissa on uusia tai yhdistettyjäaineen ominaisuudet.
Kapellimestarit
Johtavina aineina voivat olla välineet, joissa on ilmaisia varauksia. Metalleja pidetään usein tällaisina aineina, koska niiden rakenne tarkoittaa jatkuvaa vapaiden elektronien läsnäoloa, jotka voivat liikkua aineen koko ontelossa. Väliaineen dielektrinen herkkyys mahdollistaa osallistumisen lämpöprosessiin
Jos johdin on eristetty ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta, sen sisällä syntyy tasapaino positiivisten ja negatiivisten varausten välillä. Tämä tila katoaa välittömästi, kun sähkökenttään ilmaantuu johdin, joka jakaa uudelleen varautuneet hiukkaset energiansa kanssa ja saa aikaan epätasapainoisten varausten ilmaantumisen positiivisella ja negatiivisella arvolla ulkopinnalle
Tätä ilmiötä kutsutaan sähköstaattiseksi induktioksi. Varauksia, jotka ilmaantuivat sen vaikutuksesta metallin pinnalle, kutsutaan induktiovarauksiksi.
Johtimessa syntyneet induktiiviset varaukset luovat oman kentän, joka kompensoi ulkoisen kentän vaikutusta johtimen sisällä. Tässä suhteessa sähköstaattisen kokonaiskentän indikaattori kompensoidaan ja on yhtä suuri kuin 0. Jokaisen pisteen potentiaalit sisällä ja ulkopuolella ovat yhtä suuret.
Tämä tulos osoittaa, että johtimen sisällä (edes ulkoisen kentän ollessa kytkettynä) ei ole potentiaalieroa eikä sähköstaattista kenttää. Tätä tosiasiaa käytetään suojauksessa käytön vuoksihenkilön ja kentälle herkkien sähkölaitteiden, erityisesti korkean tarkkuuden mittauslaitteiden ja mikroprosessoriteknologian, sähköoptinen suojausmenetelmä.
Myös permittiivisyyden ja suskeptiivisuuden välillä on yhteys. Se voidaan kuitenkin ilmaista kaavalla. Joten dielektrisyysvakion ja dielektrisen suskeptiibiliteettisuhteella on seuraava merkintä: e=1+X.
ESD-periaate
Suojauksen avulla sähköä johtavista materiaaleista valmistettuja vaatteita ja kenkiä, mukaan lukien hatut, käytetään energia-alalla korkeajännitelaitteiden aiheuttamissa korkean jännityksen olosuhteissa työskentelevän henkilöstön turvallisuuden vuoksi. Sähköstaattinen kenttä ei tunkeudu johtimen sisään, koska kun johdin viedään sähkökenttään, se kompensoituu kentällä, joka syntyy vapaiden varausten liikkeestä.
Dielektriikka
Tämä nimi kuuluu aineille, joilla on eristäviä ominaisuuksia. Ne sisältävät vain toisiinsa liittyviä maksuja, eivät ilmaisia. Jokainen niissä oleva positiivinen hiukkanen sitoutuu negatiiviseen hiukkaseen atomin sisällä, jolla on yhteinen neutraali varaus ilman vapaata liikettä. Ne jakautuvat eristeiden sisältä eivätkä voi muuttaa sijaintiaan ulkoisten kenttien vaikutuksesta. Samanaikaisesti aineen dielektrinen herkkyys ja siitä aiheutuva energia aiheuttavat edelleen tiettyjä muutoksia aineen rakenteessa. Atomin ja molekyylin sisältä suhde muuttuuhiukkasen positiiviset ja negatiiviset varaukset sekä ylimääräiset epätasapainoiset toisiinsa liittyvät varaukset ilmaantuvat aineen pinnalle luoden sisäisen sähkökentän. Se on suunnattu ulkopuolelta kohdistettua jännitystä kohti.
Tätä ilmiötä kutsutaan dielektriseksi polarisaatioksi. Sitä voidaan luonnehtia sillä, että aineen sisältä syntyy sähkökenttä, joka aiheutuu ulkoisen energian vaikutuksesta, mutta jota heikentää sisäisen kentän vastavaikutus.
Polarisaatiotyypit
Dielektriikan sisällä se voidaan esittää kahdella tyypillä:
- orientaatio;
- elektroninen.
Ensimmäisellä tyypillä on myös lisänimi - dipolipolarisaatio. Tämä ominaisuus on luontainen dielektrikeille, joiden keskukset ovat siirtyneet positiivisessa ja negatiivisessa varauksessa ja jotka luovat molekyylejä pienistä dipoleista - neutraalin yhdistelmän varausparista. Tämä ilmiö on tyypillinen nestemäiselle, rikkivetylle, jossa on typpeä.
Ilman ulkoisen sähkökentän vaikutusta näissä aineissa, molekyylidipolit suuntautuvat sattumanvaraisesti olemassa olevien lämpötilamuutosten vaikutuksesta, kun sähkövarausta ei esiinny eristeen ulkopuolelle.
Tämä kuva muuttuu ulkopuolelta syötetyn energian vaikutuksesta, kun dipolit eivät juurikaan muuta suuntautumistaan ja pinnalle ilmaantuu kompensoimattomia makroskooppisia sidottuja varauksia, jotka muodostavat kentän, jonka suunta on päinvastainen kuin ulkopuolelta kohdistettu kenttä.
Elektroninen polarisaatio, elastinenmekanismi
Tämä ilmiö esiintyy ei-polaarisissa dielektrikoissa - erityyppisissä materiaaleissa, joissa on molekyylejä, joissa ei ole dipolimomenttia ja jotka ulkoisen kentän vaikutuksesta deformoituvat siten, että vain positiiviset varaukset suuntautuvat ulkoisen kenttävektorin suunta ja negatiiviset varaukset - vastakkaiseen suuntaan.
Tämän seurauksena jokainen molekyyli toimii sähköisenä dipolina, joka on suunnattu käytettävän ulkoisen kentän akselia pitkin. Samalla tavalla ulkopinnalle ilmestyy oma kenttä, jolla on päinvastainen suunta.
Ei-napaisen dielektrin polarisaatio
Näillä aineilla molekyylien muutos ja sitä seuraava polarisaatio ulkoisen kentän vaikutuksesta ei ole riippuvainen niiden liikkumisesta lämpötilan vaikutuksesta. Metaania CH4 voidaan käyttää ei-polaarisena dielektrisenä aineena. Molempien eristeiden sisäisen kentän numeeriset indikaattorit muuttuvat aluksi suuruuden verran suhteessa ulkoisen kentän muutokseen, ja kyllästymisen jälkeen ilmaantuu epälineaarisen tyyppisiä vaikutuksia. Ne ilmenevät, kun jokainen molekyylidipoli on linjassa voimalinjoja pitkin polaaristen eristeiden lähellä tai ei-polaarisissa aineissa tapahtuu muutoksia, jotka johtuvat atomien ja molekyylien voimakkaasta muodonmuutoksesta suuresta ulkopuolelta syötetystä energiamäärästä. Käytännössä tätä tapahtuu erittäin harvoin.
Dielektrinen vakio
Eristysmateriaaleista vakava rooli annetaan sähköisille indikaattoreille ja sellaiselle ominaisuudelle kuin dielektrisyysvakio. Molemmat arvioidaan kahdella eri ominaisuudella:
- absoluuttinen arvo;
- suhteellinen indikaattori.
Aineen absoluuttinen permittiivisyys viittaa Coulombin lain matemaattiseen merkintään. Sen avulla kuvataan induktiovektorin ja intensiteetin välinen suhde kertoimen muodossa.
