Cos'è la costante dielettrica

Ogni sostanza o corpo che ci circonda ha determinate proprietà elettriche. Ciò è dovuto alla struttura molecolare e atomica: la presenza di particelle cariche in uno stato mutuamente legato o libero.

Quando nessun campo elettrico esterno agisce sulla sostanza, queste particelle sono distribuite in modo tale da bilanciarsi a vicenda e non creare un campo elettrico aggiuntivo nell'intero volume totale. Nel caso di applicazione esterna di energia elettrica all'interno delle molecole e degli atomi, si verifica una ridistribuzione delle cariche, che porta alla creazione di un proprio campo elettrico interno diretto contro quello esterno.

Se il vettore del campo esterno applicato è indicato come «E0», e quello interno «E '», allora il campo totale «E» sarà la somma dell'energia di queste due quantità.

Nell'elettricità, è consuetudine dividere le sostanze in:

• fili;

• dielettrici.

Questa classificazione esiste da molto tempo, sebbene sia abbastanza arbitraria, poiché molti corpi hanno proprietà diverse o combinate.

Conduttori

I vettori che hanno cariche gratuite sono usati come conduttori.Molto spesso i metalli fungono da conduttori, poiché nella loro struttura sono sempre presenti elettroni liberi, che sono in grado di muoversi attraverso il volume della sostanza e allo stesso tempo partecipano ai processi termici.

Quando un conduttore è isolato dall'azione di campi elettrici esterni, in esso viene creato un equilibrio di cariche positive e negative da reticoli ionici ed elettroni liberi. Questo equilibrio viene immediatamente distrutto quando un conduttore in un campo elettrico — a causa dell'energia alla quale inizia la ridistribuzione delle particelle cariche e sulla superficie esterna compaiono cariche sbilanciate con valori positivi e negativi.

Questo fenomeno è solitamente chiamato induzione elettrostatica... Le cariche che carica sulla superficie dei metalli sono chiamate cariche di induzione.

Le cariche induttive formatesi nel conduttore formano un campo proprio E', che compensa l'effetto dell'E0 esterno all'interno del conduttore. Pertanto, il valore del campo elettrostatico totale totale è compensato e uguale a 0. In questo caso, i potenziali di tutti i punti sia all'interno che all'esterno sono gli stessi.

La conclusione ottenuta mostra 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: l'applicazione di un metodo di protezione elettrostatica di persone e apparecchiature elettriche sensibili ai campi indotti, in particolare strumenti di misurazione di precisione e tecnologia a microprocessore.

Gli indumenti e le calzature schermati realizzati con tessuti con fili conduttivi, compresi i cappelli, sono utilizzati nell'elettricità per proteggere il personale che lavora in condizioni di tensione elevata creata da apparecchiature ad alta tensione.

Dielettrici

Questo è il nome di sostanze che hanno proprietà isolanti. Contengono solo tariffe interconnesse, non omaggi. Hanno tutti particelle positive e negative legate in un atomo neutro, privato della libertà di movimento. Sono distribuiti all'interno del dielettrico e non si muovono sotto l'azione del campo esterno applicato E0.

Tuttavia, la sua energia provoca ancora alcuni cambiamenti nella struttura della sostanza: all'interno degli atomi e delle molecole, il rapporto tra particelle positive e negative cambia e sulla superficie della sostanza compaiono cariche associate eccessive e sbilanciate, che formano un campo elettrico interno E'. È diretto contro la tensione applicata dall'esterno.

Questo fenomeno è chiamato polarizzazione dielettrica... È caratterizzato dal fatto che all'interno della sostanza appare un campo elettrico E, formato dall'azione dell'energia esterna E0, ma indebolito dall'opposizione dell'energia interna E '.

Tipi di polarizzazione

È di due tipi all'interno dei dielettrici:

1. orientamento;

2. elettronico.

Il primo tipo ha il nome aggiuntivo di polarizzazione dipolo. È inerente ai dielettrici con centri spostati a cariche negative e positive, che formano molecole di dipoli microscopici, un insieme neutro di due cariche. Questo è caratteristico dell'acqua, del biossido di azoto, dell'idrogeno solforato.

Senza l'azione di un campo elettrico esterno, i dipoli molecolari di tali sostanze sono orientati in modo caotico sotto l'influenza di processi alla temperatura operativa. Allo stesso tempo, non c'è carica elettrica in nessun punto del volume interno e sulla superficie esterna del dielettrico.

Questa immagine cambia sotto l'influenza dell'energia applicata esternamente, quando i dipoli cambiano leggermente il loro orientamento e sulla superficie compaiono regioni di cariche macroscopiche legate non compensate, formando un campo E' con una direzione opposta all'E0 applicato.

Con tale polarizzazione, la temperatura ha una grande influenza sui processi, causando moto termico e creando fattori di disorientamento.

Polarizzazione elettronica, meccanismo elastico

Si manifesta in dielettrici non polari - materiali di tipo diverso con molecole prive di momento dipolare, che, sotto l'influenza di un campo esterno, si deformano in modo tale che le cariche positive siano orientate nella direzione del vettore E0, e le cariche negative sono orientate nella direzione opposta.

Di conseguenza, ciascuna delle molecole agisce come un dipolo elettrico orientato lungo l'asse del campo applicato. In questo modo creano sulla superficie esterna il loro campo E' con verso opposto.

In tali sostanze la deformazione delle molecole e quindi la polarizzazione dovuta all'azione di un campo esterno non dipende dal loro movimento sotto l'influenza della temperatura. Il metano CH4 può essere citato come esempio di dielettrico non polare.

Il valore numerico del campo interno dei due tipi di dielettrici cambia prima in grandezza in modo direttamente proporzionale all'aumento del campo esterno e poi, quando si raggiunge la saturazione, compaiono effetti non lineari. Sorgono quando tutti i dipoli molecolari sono disposti lungo le linee di forza dei dielettrici polari o si sono verificati cambiamenti nella struttura della materia non polare, a causa della forte deformazione di atomi e molecole da parte di una grande energia applicata dall'esterno.

In pratica, tali casi sono rari: di solito il guasto o il guasto dell'isolamento si verificano prima.

La costante dielettrica

Tra i materiali isolanti, un ruolo importante è svolto dalle caratteristiche elettriche e da tali indicatori come costante dielettrica... Può essere misurato da due diverse caratteristiche:

1. valore assoluto;

2. valore relativo.

Il termine sostanze di costante dielettrica assoluta εa viene utilizzato quando ci si riferisce alla notazione matematica della legge di Coulomb. Esso, sotto forma di coefficiente εα, collega i vettori di induzione D e intensità E.

Ricordiamo che il fisico francese Charles de Coulomb, utilizzando la propria bilancia di torsione, ha studiato le leggi delle forze elettriche e magnetiche tra piccoli corpi carichi.

La determinazione della permeabilità relativa di un mezzo viene utilizzata per caratterizzare le proprietà isolanti di una sostanza. Stima il rapporto della forza di interazione tra due cariche puntiformi in due diverse condizioni: nel vuoto e in un ambiente di lavoro. In questo caso gli indici del vuoto sono presi pari a 1 (εv = 1), mentre per le sostanze reali sono sempre maggiori, εr> 1.

L'espressione numerica εr è mostrata come una quantità adimensionale spiegata dall'effetto della polarizzazione nei dielettrici e viene utilizzata per valutarne le caratteristiche.

Valori della costante dielettrica dei singoli fluidi (a temperatura ambiente)

Sostanza ε Sostanza ε Segnet sale 6000 Diamante 5.7 Rutilo (su asse ottico) 170 Acqua 81 Polietilene 2.3 Etanolo 26.8 Silicio 12.0 Mica 6 Bicchiere di vetro 5-16 Anidride carbonica 1.00099 NaCl 5.26 Vapore acqueo 1.0126 Benzene 2.322 Aria (760 mmHg) 1.00057