Fenomeni come la suscettibilità dielettrica e la permittività si trovano non solo in fisica, ma anche nella vita di tutti i giorni. A questo proposito, è necessario determinare il significato di questi fenomeni nella scienza, la loro influenza e applicazione nella vita quotidiana.
Determinazione della tensione
L'intensità è una grandezza vettoriale in fisica, che viene calcolata dalla forza che colpisce una singola carica positiva posta nel punto del campo in studio. Dopo che il dielettrico è posizionato in un campo elettrostatico esterno, acquisisce un momento di dipolo, in altre parole, si polarizza. Per descrivere quantitativamente la polarizzazione in un dielettrico, viene utilizzata la polarizzazione, un indice fisico vettoriale calcolato come momento di dipolo del valore del volume del dielettrico.
Il vettore di intensità dopo aver attraversato la faccia tra due dielettrici subisce brusche variazioni, causando interferenze durante il calcolo dei campi elettrostatici. A questo proposito, viene introdotta un'ulteriore caratteristica: il vettorespostamento elettrico.
Usando la permittività, puoi scoprire quante volte un dielettrico può indebolire un campo esterno. Per spiegare in modo più razionale i campi elettrostatici nei dielettrici, viene utilizzato il vettore di spostamento elettrico.
Definizioni di base
La permittività assoluta di un mezzo è un coefficiente incluso nella notazione matematica della legge di Coulomb e nell'equazione della relazione tra l'intensità del campo elettrico e l'induzione elettrica. La permittività assoluta può essere rappresentata come il prodotto della permittività relativa del mezzo e della costante elettrica.
La suscettibilità dielettrica, chiamata polarizzabilità di una sostanza, è una quantità fisica che può essere polarizzata sotto l'influenza di un campo elettrico. È anche il coefficiente di connessione lineare del campo elettrico esterno con la polarizzazione del dielettrico in un piccolo campo. La formula per la suscettibilità dielettrica è scritta come: X=na.
Nella maggior parte dei casi, i dielettrici hanno una suscettibilità dielettrica positiva, mentre questo valore è adimensionale.
La ferroelettricità è un fenomeno fisico presente in alcuni cristalli, chiamati ferroelettrici, a determinati valori di temperatura. Consiste nella comparsa di una polarizzazione spontanea in un cristallo anche senza un campo elettrico esterno. La differenza tra ferroelettrico e piroelettrico èche in certi intervalli di temperatura la loro modificazione cristallina cambia e la polarizzazione casuale scompare.
Gli elettricisti sul campo non si comportano come conduttori, ma condividono caratteristiche comuni. Un dielettrico differisce da un conduttore in assenza di portatori carichi liberi. Ci sono, ma in quantità minime. In un conduttore, un elettrone che si muove liberamente nel reticolo cristallino di un metallo diventerà un vettore di carica simile. Tuttavia, gli elettroni in un dielettrico sono legati ai propri atomi e non possono muoversi facilmente. Dopo l'introduzione del dielettrico in un campo con elettricità, l'elettrizzazione appare in esso, come un conduttore. La differenza da un dielettrico è che gli elettroni non si muovono liberamente in tutto il volume, come fa in un conduttore. Tuttavia, sotto l'influenza di un campo elettrico esterno, si verifica un leggero spostamento di cariche dall'interno della molecola della sostanza: una positiva sarà spostata nella direzione del campo e una negativa sarà viceversa.
A questo proposito, la superficie acquisisce una certa carica. La procedura per la comparsa di una carica sulla superficie di una sostanza sotto l'influenza di campi elettrici è chiamata polarizzazione dielettrica. Se in un dielettrico omogeneo e non polare con una certa concentrazione di molecole tutte le particelle sono uguali, anche la polarizzazione sarà la stessa. E nel caso della suscettibilità dielettrica del dielettrico, questo valore sarà adimensionale.
Addebiti vincolati
A causa del processo di polarizzazione, nel volume di una sostanza dielettrica compaiono cariche non compensate, chiamate polarizzazione o legate. particelle,avendo queste cariche, sono presenti nelle cariche delle molecole e, sotto l'influenza di un campo elettrico esterno, si spostano dalla posizione di equilibrio senza lasciare la molecola in cui si trovano.
Le cariche legate sono caratterizzate dalla densità superficiale. La suscettibilità dielettrica e la permeabilità del mezzo determina quante volte la forza di legame di due cariche elettriche nello spazio è inferiore allo stesso indicatore nel vuoto.
La suscettibilità all'aria relativa e la permeabilità della maggior parte degli altri gas in condizioni standard sono vicine all'unità (a causa del piccolo aereo). La relativa suscettibilità dielettrica e permittività nei ferroelettrici è di decine e centinaia di migliaia sulla superficie di separazione di una coppia di dielettrici con differenti permittività assoluta e suscettibilità della sostanza, nonché componenti di uguale resistenza tangenziale tra di loro.
Tra molte situazioni pratiche, c'è un incontro con il passaggio di corrente da un corpo metallico al mondo circostante, mentre la conducibilità specifica di quest'ultimo è parecchie volte inferiore alla conducibilità di questo corpo. Situazioni simili possono verificarsi, ad esempio, durante il passaggio di corrente attraverso elettrodi metallici interrati. Spesso vengono utilizzati elettrodi in acciaio. Se il compito è determinare la suscettibilità dielettrica del vetro, il compito sarà in qualche modo complicato dal fatto che questa sostanza ha una proprietà di rilassamento ionico, a causa della quale un piccoloritardo.
Al confine di una coppia di dielettrici con diverse permeabilità in presenza di un campo esterno, compaiono cariche di polarizzazione con indici differenti con differenti densità superficiali. Si ottiene così una nuova condizione per la rifrazione della linea di campo durante il passaggio da un dielettrico all' altro.
La legge di rifrazione nel caso di linee di corrente nella sua forma può essere considerata simile alla legge di rifrazione delle linee di spostamento sull'orlo di due dielettrici in campi elettrostatici.
Ogni corpo e sostanza del mondo circostante ha determinate proprietà elettriche. La ragione di ciò risiede nella struttura molecolare e atomica: la presenza di particelle cariche che si trovano in uno stato interconnesso o libero.
Se la sostanza non è influenzata da un campo esterno, allora tali parti si trovano, bilanciandosi tra loro, nel volume totale totale, senza creare campi elettrici aggiuntivi. Se c'è un'applicazione di energia elettrica dall'esterno, apparirà una ridistribuzione di cariche all'interno delle molecole e degli atomi esistenti, che porterà alla comparsa di un proprio campo interno, che sarà diretto verso l'esterno.
Quando si designa il campo esterno applicato come E0 e E' interno, l'intero campo E sarà la somma di questi valori.
Tutte le sostanze nell'elettricità sono solitamente suddivise in:
- conduttori;
- dielettrici.
Questa classificazione esiste da molto tempo, ma non è del tutto accurata, poiché la scienza ha scoperto da tempo corpi con nuovi o combinatiproprietà della materia.
Conduttori
Poiché le sostanze conduttive possono essere mezzi in cui ci sono costi gratuiti. I metalli sono spesso considerati tali, poiché la loro struttura implica la presenza costante di elettroni liberi che possono muoversi all'interno dell'intera cavità della sostanza. La suscettibilità dielettrica del mezzo consente di partecipare al processo termico
Se il conduttore è isolato dall'influenza di un campo elettrico esterno, al suo interno appare un equilibrio tra cariche positive e negative. Questo stato scompare immediatamente quando appare un conduttore in un campo elettrico, che ridistribuisce particelle cariche con la sua energia e provoca la comparsa di cariche sbilanciate con valore positivo e negativo sulla superficie esterna
Questo fenomeno è chiamato induzione elettrostatica. Le cariche che sono apparse sotto la sua azione sulla superficie del metallo sono chiamate cariche di induzione.
Le cariche induttive che si sono formate nel conduttore creano il proprio campo, che compensa l'influenza del campo esterno all'interno del conduttore. A questo proposito, l'indicatore del campo elettrostatico totale totale sarà compensato e pari a 0. I potenziali di ogni punto interno ed esterno sono uguali.
Questo risultato indica che all'interno del conduttore (anche con un campo esterno collegato) non c'è differenza di potenziale e nessun campo elettrostatico. Questo fatto viene utilizzato nella schermatura a causa dell'usometodo di protezione elettro-ottica di una persona e apparecchiature elettriche sensibili ai campi, in particolare strumenti di misura ad alta precisione e tecnologia a microprocessore.
C'è anche una connessione tra permittività e suscettibilità. Tuttavia, può essere espresso utilizzando una formula. Quindi la relazione tra la costante dielettrica e la suscettività dielettrica ha la seguente notazione: e=1+X.
Principio ESD
Con l'ausilio di schermature, abiti e scarpe realizzati con materiali con proprietà conduttive, compresi i cappelli, vengono utilizzati nel settore energetico per la sicurezza del personale che lavora in condizioni di alta tensione provocate da dispositivi ad alta tensione. Il campo elettrostatico non penetra all'interno del conduttore, perché quando il conduttore viene introdotto nel campo elettrico, sarà compensato dal campo che si forma a causa del movimento delle cariche libere.
Dielettrico
Questo nome appartiene a sostanze che hanno qualità isolanti. Contengono solo tariffe interconnesse, non gratuite. Ogni particella positiva al loro interno sarà legata a una negativa all'interno di un atomo con una carica neutra comune senza movimento libero. Sono distribuiti dall'interno dei dielettrici e non possono cambiare posizione sotto l'influenza di campi esterni. Allo stesso tempo, la suscettibilità dielettrica della sostanza e l'energia risultante comportano ancora alcuni cambiamenti nella struttura della sostanza. Dall'interno dell'atomo e della molecola, il rapporto cambiacariche positive e negative della particella e cariche interconnesse extra sbilanciate compaiono sulla superficie della sostanza, creando un campo elettrico interno. È diretto verso la tensione applicata dall'esterno.
Questo fenomeno è chiamato polarizzazione dielettrica. Può essere caratterizzato dal fatto che dall'interno della sostanza nasce un campo elettrico, causato dall'influenza dell'energia esterna, ma indebolito dall'azione di contrasto del campo interno.
Tipi di polarizzazione
All'interno dei dielettrici, può essere rappresentato da due tipi:
- orientamento;
- elettronica.
Il primo tipo ha anche un nome aggiuntivo: polarizzazione del dipolo. Questa proprietà è inerente ai dielettrici con centri spostati alla carica positiva e negativa, che creano molecole da piccoli dipoli, una combinazione neutra di una coppia di cariche. Questo fenomeno è tipico per un liquido, acido solfidrico, veicolato azoto.
Senza l'influenza di un campo elettrico esterno in queste sostanze, i dipoli molecolari sono orientati in modo casuale sotto l'influenza delle variazioni di temperatura esistenti, quando una carica elettrica non appare all'esterno del dielettrico.
Questo quadro cambia sotto l'azione dell'energia applicata dall'esterno, quando i dipoli non cambiano molto il loro orientamento e sulla superficie compaiono cariche legate macroscopiche non compensate, creando un campo con direzione opposta al campo applicato dall'esterno.
Polarizzazione elettronica, elasticomeccanismo
Questo fenomeno si verifica nei dielettrici non polari - materiali di diverso tipo con molecole in cui non c'è momento di dipolo, che, sotto l'azione di un campo esterno, si deforma in modo tale che solo le cariche positive siano orientate nel direzione del vettore campo esterno e cariche negative - nella direzione opposta.
Di conseguenza, ogni molecola funziona come un dipolo elettrico orientato lungo l'asse del campo esterno applicato. In modo simile, sulla superficie esterna appare un proprio campo, che ha la direzione opposta.
Polarizzazione di un dielettrico non polare
Per queste sostanze, il cambiamento delle molecole e la successiva polarizzazione dall'influenza del campo esterno non dipende dal loro movimento sotto l'influenza della temperatura. Il metano CH4 può essere utilizzato come dielettrico non polare. Gli indicatori numerici del campo interno per entrambi i dielettrici cambieranno inizialmente di grandezza in proporzione alla variazione del campo esterno e, dopo la saturazione, appariranno effetti di tipo non lineare. Appaiono quando ogni dipolo molecolare è allineato lungo le linee di forza vicino ai dielettrici polari, o si verificano cambiamenti nelle sostanze non polari, causati da una forte deformazione di atomi e molecole da una grande quantità di energia applicata dall'esterno. In casi pratici, questo accade molto raramente.
Costante dielettrica
Tra i materiali isolanti, un ruolo importante è dato agli indicatori elettrici e ad una caratteristica come la costante dielettrica. Entrambi sono giudicati da due diverse caratteristiche:
- valore assoluto;
- indicatore relativo.
Il termine permittività assoluta di una sostanza si riferisce alla notazione matematica della legge di Coulomb. Con il suo aiuto, la relazione tra il vettore di induzione e l'intensità è descritta sotto forma di un coefficiente.
