Què és la constant dielèctrica

Cada substància o cos que ens envolta té unes propietats elèctriques determinades. Això es deu a l'estructura molecular i atòmica: la presència de partícules carregades en estat lliure o lligades mútuament.

Quan no actua cap camp elèctric extern sobre la substància, aquestes partícules es distribueixen de manera que s'equilibren entre si i no creen un camp elèctric addicional en tot el volum total. En el cas d'aplicació externa d'energia elèctrica a l'interior de les molècules i els àtoms, es produeix una redistribució de càrregues, que comporta la creació d'un camp elèctric intern propi dirigit contra l'exterior.

Si el vector del camp extern aplicat es denota com a «E0», i l'intern «E», aleshores el camp total «E» serà la suma de l'energia d'aquestes dues magnituds.

En electricitat, s'acostuma a dividir les substàncies en:

• cables;

• dielèctrics.

Aquesta classificació existeix des de fa molt de temps, encara que és força arbitrària, ja que molts cossos tenen propietats diferents o combinades.

Conductors

Els transportistes que tenen càrrecs gratuïts s'utilitzen com a conductors.Molt sovint, els metalls actuen com a conductors, ja que els electrons lliures sempre estan presents a la seva estructura, que són capaços de moure's per tot el volum de la substància i, al mateix temps, participen en processos tèrmics.

Quan un conductor està aïllat de l'acció dels camps elèctrics externs, es crea un equilibri de càrregues positives i negatives en ell a partir de xarxes iòniques i electrons lliures. Aquest equilibri es destrueix immediatament quan un conductor en un camp elèctric — a causa de l'energia a la qual comença la redistribució de partícules carregades i a la superfície exterior apareixen càrregues desequilibrades amb valors positius i negatius.

Aquest fenomen se sol anomenar inducció electrostàtica... Les càrregues que carrega a la superfície dels metalls s'anomenen càrregues d'inducció.

Les càrregues inductives formades en el conductor formen un camp propi E', que compensa l'efecte de l'E0 extern dins del conductor. Per tant, el valor del camp electrostàtic total i total es compensa i és igual a 0. En aquest cas, els potencials de tots els punts tant interiors com exteriors són els mateixos.

La conclusió obtinguda mostra que dins del conductor, fins i tot amb un camp extern connectat, no hi ha diferència de potencial ni camps electrostàtics. Aquest fet s'utilitza en el blindatge: l'aplicació d'un mètode de protecció electrostàtica de persones i equips elèctrics sensibles als camps induïts, especialment instruments de mesura de precisió i tecnologia de microprocessador.

La roba i el calçat blindats fets de teixits amb fils conductors, inclosos els barrets, s'utilitzen en electricitat per protegir el personal que treballa en condicions d'augment de tensió creades per equips d'alta tensió.

Dielèctrics

Aquest és el nom de les substàncies que tenen propietats aïllants. Només contenen tarifes interconnectades, no regals. Tots tenen partícules positives i negatives lligades en un àtom neutre, privats de llibertat de moviment. Es distribueixen a l'interior del dielèctric i no es mouen sota l'acció del camp extern aplicat E0.

No obstant això, la seva energia encara provoca certs canvis en l'estructura de la substància: dins dels àtoms i molècules, la proporció de partícules positives i negatives canvia, i a la superfície de la substància apareixen càrregues associades excessives i desequilibrades, formant un camp elèctric intern. E'. Es dirigeix ​​contra la tensió aplicada des de l'exterior.

Aquest fenomen s'anomena polarització dielèctrica... Es caracteritza pel fet que a l'interior de la substància apareix un camp elèctric E, format per l'acció de l'energia externa E0, però debilitat per l'oposició de l'E' intern.

Tipus de polarització

Dins dels dielèctrics és de dos tipus:

1. orientació;

2. electrònica.

El primer tipus té el nom addicional de polarització dipolar. És inherent als dielèctrics amb centres desplaçats a càrregues positives i negatives, que formen molècules de dipols microscòpics: un conjunt neutre de dues càrregues. Això és característic de l'aigua, el diòxid de nitrogen, el sulfur d'hidrogen.

Sense l'acció d'un camp elèctric extern, els dipols moleculars d'aquestes substàncies s'orienten de manera caòtica sota la influència dels processos a la temperatura de funcionament. Al mateix temps, no hi ha càrrega elèctrica en cap punt del volum interior i a la superfície exterior del dielèctric.

Aquesta imatge canvia sota la influència de l'energia aplicada externament, quan els dipols canvien lleugerament la seva orientació i apareixen regions de càrregues lligades macroscòpiques no compensades a la superfície, formant un camp E' amb una direcció oposada a la E0 aplicada.

Amb aquesta polarització, la temperatura té una gran influència en els processos, provocant moviment tèrmic i creant factors de desorientació.

Polarització electrònica, mecanisme elàstic

Es manifesta en dielèctrics no polars: materials d'un tipus diferent amb molècules sense moment dipolar que, sota la influència d'un camp extern, es deformen de manera que les càrregues positives s'orienten en la direcció del vector E0, i les càrregues negatives estan orientades en sentit contrari.

Com a resultat, cadascuna de les molècules actua com un dipol elèctric orientat al llarg de l'eix del camp aplicat. D'aquesta manera, creen a la superfície exterior el seu camp E' amb sentit contrari.

En aquestes substàncies, la deformació de les molècules i per tant la polarització deguda a l'acció d'un camp extern no depèn del seu moviment sota la influència de la temperatura. El metà CH4 es pot citar com a exemple de dielèctric no polar.

El valor numèric del camp intern dels dos tipus de dielèctrics canvia primer de magnitud en proporció directa a l'augment del camp extern, i després, quan s'arriba a la saturació, apareixen efectes no lineals. Sorgeixen quan tots els dipols moleculars estan disposats seguint les línies de força dels dielèctrics polars o s'han produït canvis en l'estructura de la matèria no polar, a causa de la forta deformació dels àtoms i molècules per una gran energia aplicada des de l'exterior.

A la pràctica, aquests casos són rars; normalment la fallada o la fallada de l'aïllament es produeixen abans.

La constant dielèctrica

Entre els materials aïllants, tenen un paper important les característiques elèctriques i indicadors com la constant dielèctrica... Es pot mesurar per dues característiques diferents:

1. valor absolut;

2. valor relatiu.

El terme constant dielèctrica absoluta εa s'utilitza quan es fa referència a la notació matemàtica de la llei de Coulomb. Aquest, en forma de coeficient εα, connecta els vectors d'inducció D i intensitat E.

Recordem que el físic francès Charles de Coulomb, utilitzant la seva pròpia balança de torsió, va investigar les lleis de les forces elèctriques i magnètiques entre cossos petits carregats.

La determinació de la permeabilitat relativa d'un medi s'utilitza per caracteritzar les propietats aïllants d'una substància. Estima la relació de la força d'interacció entre dues càrregues puntuals en dues condicions diferents: al buit i en un entorn de treball. En aquest cas, els índexs de buit es prenen com a 1 (εv = 1), mentre que per a les substàncies reals sempre són més alts, εr> 1.

L'expressió numèrica εr es mostra com una quantitat adimensional explicada per l'efecte de la polarització en els dielèctrics i s'utilitza per avaluar-ne les característiques.

Valors constants dielèctriques dels mitjans individuals (a temperatura ambient)

Substància ε Substància ε Sal de Segnet 6000 Diamant 5,7 Rutil (a l'eix òptic) 170 Aigua 81 Polietilè 2,3 Etanol 26,8 Silici 12,0 Mica 6 Vas de got de vidre 5-16 Diòxid de carboni 1,00099 NaCl 5,26 Aire 2,262201 steam 0 mmHg) 1,00057