Dielektrik duyarlılık ve geçirgenlik gibi fenomenler sadece fizikte değil, aynı zamanda günlük yaşamda da bulunur. Bu bakımdan bu olguların bilimdeki anlamını, günlük yaşamdaki etkilerini ve uygulamalarını belirlemek gerekir.
Gerginliğin belirlenmesi
Yoğunluk, fizikte incelenen alanın noktasına yerleştirilen tek bir pozitif yükü etkileyen kuvvetten hesaplanan bir vektör miktarıdır. Dielektrik, harici bir elektrostatik alana yerleştirildikten sonra bir dipol moment kazanır, yani polarize olur. Bir dielektrikteki polarizasyonu nicel olarak tanımlamak için polarizasyon kullanılır - dielektrik hacim değerinin dipol momenti olarak hesaplanan bir vektör fiziksel indeksi.
İki dielektrik arasındaki yüzeyden geçtikten sonra yoğunluk vektörü ani değişikliklere uğrar ve elektrostatik alanların hesaplanması sırasında girişime neden olur. Bu bağlamda, ek bir özellik tanıtıldı - vektörelektriksel yer değiştirme.
Geçiciliği kullanarak, bir dielektrikin bir dış alanı kaç kez zayıflatabileceğini öğrenebilirsiniz. Dielektriklerdeki elektrostatik alanları en rasyonel şekilde açıklamak için elektrik yer değiştirme vektörü kullanılır.
Temel tanımlar
Bir ortamın mutlak geçirgenliği, Coulomb yasasının matematiksel gösteriminde ve elektrik alan kuvveti ile elektrik indüksiyonu arasındaki ilişkinin denkleminde yer alan bir katsayıdır. Mutlak geçirgenlik, ortamın bağıl geçirgenliği ile elektrik sabitinin ürünü olarak temsil edilebilir.
Dielektrik duyarlılık, bir maddenin polarize edilebilirliği olarak adlandırılır, bir elektrik alanının etkisi altında polarize olabilen fiziksel bir niceliktir. Aynı zamanda, küçük bir alanda dielektrik polarizasyonu ile dış elektrik alanının doğrusal bağlantı katsayısıdır. Dielektrik duyarlılık formülü şu şekilde yazılır: X=na.
Çoğu durumda, dielektriklerin pozitif bir dielektrik duyarlılığı vardır, ancak bu değer boyutsuzdur.
Ferroelektrik, belirli sıcaklık değerlerinde ferroelektrik adı verilen belirli kristallerde bulunan fiziksel bir olgudur. Harici bir elektrik alanı olmadan bile bir kristalde kendiliğinden polarizasyonun ortaya çıkmasından oluşur. Ferroelektrik ve piroelektrik arasındaki fark,belirli sıcaklık aralıklarında kristal modifikasyonları değişir ve rastgele polarizasyon kaybolur.
Sahadaki elektrikçiler iletkenler gibi davranmazlar, ancak ortak özellikleri paylaşırlar. Bir dielektrik, serbest yüklü taşıyıcıların yokluğunda bir iletkenden farklıdır. Oradalar, ancak minimum miktarlarda. Bir iletkende, bir metalin kristal kafesi içinde serbestçe hareket eden bir elektron, benzer bir yük taşıyıcısı olacaktır. Bununla birlikte, bir dielektrikteki elektronlar kendi atomlarına bağlıdır ve kolayca hareket edemezler. Dielektriklerin elektrikle bir alana girmesinden sonra, içinde bir iletken gibi elektriklenme görülür. Dielektrikten farkı, elektronların bir iletkende olduğu gibi hacim boyunca serbestçe hareket etmemesidir. Bununla birlikte, harici bir elektrik alanının etkisi altında, madde molekülünün içinden hafif bir yük yer değiştirmesi meydana gelir: pozitif olanı alan yönünde yer değiştirir ve negatif olanı bunun tersi olur.
Bu bakımdan yüzey belirli bir yük kazanır. Elektrik alanlarının etkisi altındaki bir maddenin yüzeyinde bir yükün ortaya çıkma prosedürüne dielektrik polarizasyon denir. Belirli bir molekül konsantrasyonuna sahip homojen ve polar olmayan bir dielektrikte tüm parçacıklar aynıysa, polarizasyon da aynı olacaktır. Ve dielektrikin dielektrik duyarlılığı durumunda, bu değer boyutsuz olacaktır.
Sınırlı Yükler
Polarizasyon süreci nedeniyle, polarizasyon veya bağlı olarak adlandırılan bir dielektrik maddenin hacminde telafi edilmemiş yükler görünür. parçacıklar,bu yüklere sahip olan moleküllerin yüklerinde bulunurlar ve bir dış elektrik alanın etkisi altında bulundukları molekülden ayrılmadan denge konumundan çıkarlar.
Bağlı yükler, yüzey yoğunluğu ile karakterize edilir. Ortamın dielektrik duyarlılığı ve geçirgenliği, uzaydaki iki elektrik yükünün bağlanma kuvvetinin vakumdaki aynı göstergeden kaç kez daha az olduğunu belirler.
Standart koşullar altında diğer birçok gazın bağıl hava duyarlılığı ve geçirgenliği bire yakındır (küçük düzlem nedeniyle). Ferroelektriklerdeki bağıl dielektrik duyarlılık ve geçirgenlik, maddenin farklı mutlak geçirgenliği ve duyarlılığı ile aralarında eşit teğetsel kuvvet bileşenleri olan bir çift dielektrikin ayırma yüzeyinde on ve yüz binlercedir.
Birçok pratik durum arasında, akımın metal bir gövdeden çevreleyen dünyaya geçişi ile bir buluşma varken, ikincisinin özgül iletkenliği bu cismin iletkenliğinden birkaç kat daha azdır. Benzer durumlar, örneğin toprağa gömülü metal elektrotlardan akımın geçişi sırasında meydana gelebilir. Genellikle çelik elektrotlar kullanılır. Görev, camın dielektrik duyarlılığını belirlemekse, görev, bu maddenin küçük bir iyon gevşeme özelliğine sahip olması nedeniyle biraz karmaşık olacaktır.gecikmişlik.
Bir dış alan varlığında farklı geçirgenliklere sahip bir çift dielektrikin sınırında, farklı yüzey yoğunluklarına sahip farklı indekslerde polarizasyon yükleri görünür. Bir dielektrikten diğerine geçiş sırasında alan çizgisinin kırılması için yeni bir koşul bu şekilde elde edilir.
Akım çizgilerinin kendi biçiminde olması durumunda kırılma yasası, elektrostatik alanlarda iki dielektriklerin eşiğindeki yer değiştirme çizgilerinin kırılma yasasına benzer olarak kabul edilebilir.
Çevresindeki dünyanın her cismi ve maddesi belirli elektriksel özelliklere sahiptir. Bunun nedeni moleküler ve atomik yapıdadır - birbirine bağlı veya serbest durumda olan yüklü parçacıkların varlığı.
Eğer madde bir dış alandan etkilenmiyorsa, bu tür parçalar ek elektrik alanları oluşturmadan toplam hacim içinde birbirini dengeleyerek yer alır. Dışarıdan bir elektrik enerjisi uygulaması varsa, mevcut moleküllerin ve atomların içinde yüklerin yeniden dağılımı görünecek ve bu da dışarıya doğru yönlendirilecek kendi iç alanının ortaya çıkmasına neden olacaktır.
Uygulanan harici alanı E0 ve dahili E' olarak belirlerken, tüm alan E bu değerlerin toplamı olacaktır.
Elektrikteki tüm maddeler genellikle şu şekilde ayrılır:
- iletkenler;
- dielektrikler.
Bu sınıflandırma uzun süredir var, ancak bilim uzun süredir yeni veya birleşik bedenleri keşfettiği için tamamen doğru değil.maddenin özellikleri.
İletkenler
İletken maddeler, ücretsiz ücretlerin olduğu ortamlar olabilir. Metaller genellikle bu tür konular olarak kabul edilir, çünkü yapıları maddenin tüm boşluğu içinde hareket edebilen serbest elektronların sabit varlığını ima eder. Ortamın dielektrik duyarlılığı, termal sürece katılmanıza olanak tanır
İletken harici bir elektrik alanının etkisinden izole edilirse, içinde pozitif ve negatif yükler arasında bir denge belirir. Bu durum, bir elektrik alanında, yüklü parçacıkları enerjisiyle yeniden dağıtan ve dış yüzeyde pozitif ve negatif değerli dengesiz yüklerin görünümünü kışkırtan bir iletken göründüğünde hemen kaybolur
Bu fenomene elektrostatik indüksiyon denir. Metal yüzeyinde etkisi altında ortaya çıkan yüklere indüksiyon ücretleri denir.
İletkende ortaya çıkan endüktif yükler, iletken içindeki dış alanın etkisini telafi eden kendi alanlarını oluşturur. Bu bakımdan toplam toplam elektrostatik alanın göstergesi kompanze edilecek ve 0'a eşit olacaktır. İçerideki ve dışarıdaki her noktanın potansiyelleri eşittir.
Bu sonuç, iletkenin içinde (harici bir alan bağlı olsa bile) potansiyellerde bir fark olmadığını ve elektrostatik alan olmadığını gösterir. Bu gerçek, kullanım nedeniyle ekranlamada kullanılır. Özellikle yüksek hassasiyetli ölçüm aletleri ve mikroişlemci teknolojisi olmak üzere alanlara duyarlı bir kişinin ve elektrikli ekipmanın elektro-optik koruma yöntemi.
Geçirgenlik ve duyarlılık arasında da bir bağlantı vardır. Ancak, bir formül kullanılarak ifade edilebilir. Dolayısıyla, dielektrik sabiti ile dielektrik duyarlılık arasındaki ilişki şu notasyona sahiptir: e=1+X.
ESD ilkesi
Koruyucular yardımıyla, yüksek voltajlı cihazların neden olduğu yüksek gerilim koşullarında çalışan personelin güvenliği için enerji sektöründe şapkalar dahil iletken özelliklere sahip malzemelerden yapılmış giysiler ve ayakkabılar kullanılmaktadır. Elektrostatik alan iletkenin içine nüfuz etmez, çünkü iletken elektrik alanına girdiğinde, serbest yüklerin hareketi nedeniyle ortaya çıkan alan tarafından telafi edilecektir.
Dielektrikler
Bu isim yalıtkan niteliklere sahip maddelere aittir. Ücretsiz olanları değil, yalnızca birbirine bağlı ücretleri içerirler. İçlerindeki her pozitif parçacık, serbest hareket olmaksızın ortak bir nötr yüke sahip bir atomun içindeki negatif bir parçacıkla bağlanacaktır. Dielektriklerin içinden dağılırlar ve dış alanların etkisi altında konumlarını değiştiremezler. Aynı zamanda, maddenin dielektrik duyarlılığı ve ortaya çıkan enerji, maddenin yapısında yine de belirli değişiklikler gerektirir. Atomun ve molekülün içinden oran değişirparçacığın pozitif ve negatif yükleri ve ekstra dengesiz birbirine bağlı yükler maddenin yüzeyinde belirerek bir iç elektrik alanı oluşturur. Dışarıdan uygulanan gerilime yöneliktir.
Bu fenomene dielektrik polarizasyon denir. Maddenin içinden, dış enerjinin etkisiyle oluşan, ancak iç alanın karşı etkisi ile zayıflayan bir elektrik alanının ortaya çıkmasıyla karakterize edilebilir.
Polarizasyon türleri
Dielektriklerin içinde iki tiple temsil edilebilir:
- yönlendirme;
- elektronik.
İlk türün ayrıca ek bir adı vardır - dipol polarizasyonu. Bu özellik, bir çift yükün nötr bir kombinasyonu olan küçük dipollerden moleküller oluşturan pozitif ve negatif yükte yer değiştirmiş merkezleri olan dielektriklerin doğasında vardır. Bu fenomen, nitrojen taşıyan bir sıvı, hidrojen sülfür için tipiktir.
Bu maddelerde bir dış elektrik alanının etkisi olmadan, moleküler dipoller, dielektrik dışında bir elektrik yükü görünmediğinde, mevcut sıcaklık değişikliklerinin etkisi altında rastgele yönlendirilir.
Dışarıdan uygulanan enerjinin etkisi altında bu resim değişir, dipoller oryantasyonlarını fazla değiştirmez ve yüzeyde kompanse edilmemiş makroskopik bağlı yükler belirir ve dışarıdan uygulanan alana zıt yönde bir alan oluşturur.
Elektronik polarizasyon, elastikmekanizma
Bu fenomen, polar olmayan dielektriklerde meydana gelir - dipol momenti olmayan, bir dış alanın etkisi altında deforme olan ve böylece yalnızca pozitif yüklerin yönlendirileceği şekilde deforme olan molekülleri olan farklı tipteki malzemeler. dış alan vektörünün yönü ve negatif yükler - ters yönde.
Sonuç olarak, her molekül, uygulanan dış alanın ekseni boyunca yönlendirilmiş bir elektrik dipol işlevi görür. Benzer şekilde, dış yüzeyde ters yönde kendi alanı belirir.
Polar olmayan bir dielektrikin polarizasyonu
Bu maddeler için, moleküllerin değişimi ve ardından dışarıdaki alanın etkisinden kaynaklanan polarizasyon, sıcaklığın etkisi altındaki hareketlerine bağlı değildir. Metan CH4, polar olmayan bir dielektrik olarak kullanılabilir. Her iki dielektrik için iç alanın sayısal göstergeleri, başlangıçta dış alandaki değişimle orantılı olarak büyüklük olarak değişecek ve doygunluktan sonra doğrusal olmayan bir türün etkileri ortaya çıkacaktır. Her bir moleküler dipol, polar dielektriklerin yakınında kuvvet çizgileri boyunca sıralandığında veya dışarıdan uygulanan büyük miktarda enerjiden atomların ve moleküllerin güçlü bir deformasyonunun neden olduğu polar olmayan maddelerde değişiklikler meydana geldiğinde ortaya çıkarlar. Pratik durumlarda, bu çok nadiren olur.
Dielektrik Sabiti
Yalıtım malzemeleri arasında elektrik göstergelerine ve dielektrik sabiti gibi bir özelliğe ciddi bir rol verilir. Her ikisi de iki farklı özellik tarafından değerlendirilir:
- mutlak değer;
- göreli gösterge.
Bir maddenin mutlak geçirgenliği terimi, Coulomb yasasının matematiksel gösterimini ifade eder. Onun yardımıyla, indüksiyon vektörü ve yoğunluk arasındaki ilişki bir katsayı şeklinde tanımlanır.
