Phänomene wie dielektrische Suszeptibilität und Permittivität finden sich nicht nur in der Physik, sondern auch im Alltag. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, die Bedeutung dieser Phänomene in der Wissenschaft, ihren Einfluss und ihre Anwendung im Alltag zu bestimmen.
Spannungsbestimmung
Intensität ist eine Vektorgröße in der Physik, die aus der Kraft berechnet wird, die auf eine einzelne positive Ladung wirkt, die an der Stelle des untersuchten Feldes platziert wird. Nachdem das Dielektrikum in ein externes elektrostatisches Feld gebracht wurde, erhält es ein Dipolmoment, mit anderen Worten, es wird polarisiert. Um die Polarisation in einem Dielektrikum quantitativ zu beschreiben, wird die Polarisation verwendet - ein vektorieller physikalischer Index, der als Dipolmoment des Volumenwerts des Dielektrikums berechnet wird.
Der Intensitätsvektor erfährt nach dem Durchgang durch die Fläche zwischen zwei Dielektrika abrupte Änderungen, was zu Störungen bei der Berechnung elektrostatischer Felder führt. In diesem Zusammenhang wird ein zusätzliches Merkmal eingeführt - der Vektorelektrische Verschiebung.
Anhand der Permittivität kannst du herausfinden, wie oft ein Dielektrikum ein äußeres Feld schwächen kann. Um elektrostatische Felder in Dielektrika möglichst rationell zu erklären, wird der elektrische Verschiebungsvektor verwendet.
Grundlegende Definitionen
Die absolute Permittivität eines Mediums ist ein Koeffizient, der in der mathematischen Notation des Coulombschen Gesetzes und der Beziehungsgleichung zwischen der elektrischen Feldstärke und der elektrischen Induktion enth alten ist. Die absolute Permittivität kann als Produkt aus der relativen Permittivität des Mediums und der Elektrizitätskonstante dargestellt werden.
Die dielektrische Suszeptibilität, Polarisierbarkeit einer Substanz genannt, ist eine physikalische Größe, die unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes polarisiert werden kann. Es ist auch der Koeffizient der linearen Verbindung des externen elektrischen Feldes mit der Polarisation des Dielektrikums in einem kleinen Feld. Die Formel für die dielektrische Suszeptibilität lautet: X=na.
Dielektrika haben in den meisten Fällen eine positive dielektrische Suszeptibilität, wobei dieser Wert dimensionslos ist.
Ferroelektrizität ist ein physikalisches Phänomen, das in bestimmten Kristallen, sogenannten Ferroelektrika, bei bestimmten Temperaturwerten auftritt. Es besteht im Auftreten einer spontanen Polarisation in einem Kristall auch ohne äußeres elektrisches Feld. Der Unterschied zwischen Ferroelektrika und Pyroelektrika istdass sich in bestimmten Temperaturbereichen ihre Kristallmodifikation ändert und die zufällige Polarisation verschwindet.
Elektriker in der Branche verh alten sich nicht wie Dirigenten, aber sie haben gemeinsame Eigenschaften. Ein Dielektrikum unterscheidet sich von einem Leiter durch das Fehlen freier Ladungsträger. Sie sind da, aber in minimalen Mengen. In einem Leiter wird ein Elektron, das sich frei im Kristallgitter eines Metalls bewegt, zu einem ähnlichen Ladungsträger. Elektronen in einem Dielektrikum sind jedoch an ihre eigenen Atome gebunden und können sich nicht leicht bewegen. Nach dem Einbringen von Dielektrika in ein Feld mit Elektrizität erscheint darin Elektrisierung wie ein Leiter. Der Unterschied zu einem Dielektrikum besteht darin, dass sich Elektronen nicht wie in einem Leiter frei durch das Volumen bewegen. Unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes kommt es jedoch zu einer geringfügigen Ladungsverschiebung aus dem Inneren des Stoffmoleküls: Eine positive wird in Richtung des Feldes verschoben, eine negative umgekehrt.
Dabei erhält die Oberfläche eine gewisse Ladung. Den Vorgang des Auftretens einer Ladung auf der Oberfläche eines Stoffes unter dem Einfluss elektrischer Felder nennt man dielektrische Polarisation. Wenn in einem homogenen und unpolaren Dielektrikum bei einer bestimmten Molekülkonzentration alle Teilchen gleich sind, dann ist auch die Polarisation gleich. Und im Fall der dielektrischen Suszeptibilität des Dielektrikums ist dieser Wert dimensionslos.
Gebundene Gebühren
Aufgrund des Prozesses der Polarisation erscheinen unkompensierte Ladungen im Volumen einer dielektrischen Substanz, genannt Polarisation oder gebunden. Partikel,mit diesen Ladungen in den Ladungen von Molekülen vorhanden sind und unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes aus der Gleichgewichtslage verschoben werden, ohne das Molekül zu verlassen, in dem sie sich befinden.
Gebundene Ladungen werden durch die Oberflächendichte charakterisiert. Die dielektrische Suszeptibilität und Permeabilität des Mediums bestimmt, wie oft die Bindungskraft zweier elektrischer Ladungen im Weltraum geringer ist als derselbe Indikator im Vakuum.
Die relative Luftsuszeptibilität und Permeabilität der meisten anderen Gase ist unter Standardbedingungen nahe Eins (aufgrund der kleinen Ebene). Die relative dielektrische Suszeptibilität und Permittivität in Ferroelektrika beträgt Zehn- und Hunderttausende auf der Trennfläche eines Paars von Dielektrika mit unterschiedlicher absoluter Permittivität und Suszeptibilität der Substanz sowie gleichen tangentialen Festigkeitskomponenten zwischen ihnen.
Unter vielen praktischen Situationen gibt es ein Treffen mit dem Übergang von Strom von einem Metallkörper in die umgebende Welt, während die spezifische Leitfähigkeit des letzteren um ein Vielfaches geringer ist als die Leitfähigkeit dieses Körpers. Ähnliche Situationen können beispielsweise beim Stromdurchgang durch im Boden vergrabene Metallelektroden auftreten. Häufig werden Stahlelektroden verwendet. Wenn die Aufgabe darin besteht, die dielektrische Suszeptibilität von Glas zu bestimmen, wird die Aufgabe dadurch etwas kompliziert, dass diese Substanz eine Ionenrelaxationseigenschaft hat, aufgrund derer eine kleineVerspätung.
An der Grenze eines Dielektrikumpaares mit unterschiedlichen Permeabilitäten erscheinen in Gegenwart eines äußeren Feldes Polarisationsladungen mit unterschiedlichen Indizes mit unterschiedlichen Oberflächendichten. Damit ergibt sich eine neue Bedingung für die Brechung der Feldlinie beim Übergang von einem Dielektrikum in ein anderes.
Das Brechungsgesetz bei Stromlinien kann in seiner Form ähnlich dem Brechungsgesetz von Verschiebungslinien an der Grenze zweier Dielektrika in elektrostatischen Feldern angesehen werden.
Jeder Körper und jede Substanz der umgebenden Welt hat bestimmte elektrische Eigenschaften. Der Grund dafür liegt in der molekularen und atomaren Struktur – dem Vorhandensein geladener Teilchen, die sich in einem miteinander verbundenen oder freien Zustand befinden.
Wenn die Substanz nicht von einem äußeren Feld beeinflusst wird, dann befinden sich solche Teile im gesamten Gesamtvolumen, indem sie sich gegenseitig ausgleichen, ohne zusätzliche elektrische Felder zu erzeugen. Wenn von außen elektrische Energie zugeführt wird, kommt es innerhalb der vorhandenen Moleküle und Atome zu einer Umverteilung der Ladungen, was zum Auftreten eines eigenen inneren Feldes führt, das nach außen gerichtet ist.
Wenn das angelegte externe Feld als E0 und das interne E' bezeichnet wird, dann ist das gesamte Feld E die Summe dieser Werte.
Alle Substanzen in Elektrizität werden üblicherweise unterteilt in:
- Dirigenten;
- Dielektrika.
Diese Einteilung existiert schon lange, ist aber nicht ganz zutreffend, da die Wissenschaft längst Körper mit neuen oder kombinierten entdecktEigenschaften der Materie.
Leiter
Als leitfähige Stoffe kommen Medien in Frage, bei denen es freie Ladungen gibt. Metalle werden oft als solche Dinge angesehen, da ihre Struktur das ständige Vorhandensein freier Elektronen impliziert, die sich im gesamten Hohlraum der Substanz bewegen können. Die dielektrische Suszeptibilität des Mediums ermöglicht es Ihnen, am thermischen Prozess teilzunehmen
Wenn der Leiter vom Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes isoliert ist, stellt sich in seinem Inneren ein Gleichgewicht zwischen positiven und negativen Ladungen ein. Dieser Zustand verschwindet sofort, wenn ein Leiter in einem elektrischen Feld erscheint, das geladene Teilchen mit seiner Energie umverteilt und das Auftreten von unausgeglichenen Ladungen mit positivem und negativem Wert auf der Außenfläche hervorruft
Dieses Phänomen nennt man elektrostatische Induktion. Die Ladungen, die unter seiner Einwirkung auf der Metalloberfläche entstehen, nennt man Induktionsladungen.
Die im Leiter entstandenen induktiven Ladungen erzeugen ein eigenes Feld, das den Einfluss des äußeren Feldes im Inneren des Leiters kompensiert. In dieser Hinsicht wird der Indikator des gesamten elektrostatischen Feldes kompensiert und gleich 0. Die Potentiale jedes Punktes innen und außen sind gleich.
Dieses Ergebnis zeigt an, dass innerhalb des Leiters (selbst wenn ein externes Feld angeschlossen ist) kein Potentialunterschied und kein elektrostatisches Feld besteht. Diese Tatsache wird bei der Abschirmung aufgrund der Verwendung genutztVerfahren zum elektrooptischen Schutz einer Person und feldempfindlicher elektrischer Geräte, insbesondere hochpräziser Messgeräte und Mikroprozessortechnik.
Es gibt auch einen Zusammenhang zwischen Permittivität und Suszeptibilität. Es kann jedoch mit einer Formel ausgedrückt werden. Der Zusammenhang zwischen Dielektrizitätskonstante und dielektrischer Suszeptibilität hat also folgende Schreibweise: e=1+X.
ESD-Prinzip
Mit Hilfe von Abschirmungen werden Kleidung und Schuhe aus Materialien mit leitfähigen Eigenschaften, einschließlich Hüte, im Energiesektor für die Sicherheit von Personal verwendet, das unter Hochspannungsbedingungen arbeitet, die durch Hochspannungsgeräte hervorgerufen werden. Das elektrostatische Feld dringt nicht in den Leiter ein, denn wenn der Leiter in das elektrische Feld eingeführt wird, wird es durch das Feld kompensiert, das durch die Bewegung freier Ladungen entsteht.
Dielektrika
Dieser Name gehört zu Substanzen, die isolierende Eigenschaften haben. Sie enth alten nur verbundene Gebühren, keine kostenlosen. Jedes positive Teilchen in ihnen wird an ein negatives innerhalb eines Atoms mit einer gemeinsamen neutralen Ladung ohne freie Bewegung gebunden. Sie verteilen sich aus dem Inneren der Dielektrika heraus und können ihre Position unter dem Einfluss äußerer Felder nicht verändern. Gleichzeitig bringt die dielektrische Suszeptibilität des Stoffes und die daraus resultierende Energie noch gewisse Änderungen in der Struktur des Stoffes mit sich. Aus dem Inneren des Atoms und Moleküls ändert sich das Verhältnispositive und negative Ladungen des Teilchens und zusätzliche unausgeglichene miteinander verbundene Ladungen erscheinen auf der Oberfläche der Substanz und erzeugen ein internes elektrisches Feld. Es ist auf die von außen aufgebrachte Spannung gerichtet.
Dieses Phänomen nennt man dielektrische Polarisation. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der Substanz ein elektrisches Feld entsteht, das durch den Einfluss äußerer Energie verursacht, aber durch die Gegenwirkung des inneren Felds abgeschwächt wird.
Polarisationsarten
Innerhalb von Dielektrika kann es durch zwei Typen dargestellt werden:
- Ausrichtung;
- elektronisch.
Der erste Typ hat auch einen zusätzlichen Namen - Dipolpolarisation. Diese Eigenschaft ist Dielektrika mit verschobenen Zentren bei positiver und negativer Ladung inhärent, wodurch Moleküle aus kleinen Dipolen entstehen - eine neutrale Kombination eines Ladungspaares. Dieses Phänomen ist typisch für einen flüssigen, von Schwefelwasserstoff getragenen Stickstoff.
Ohne den Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes in diesen Substanzen werden molekulare Dipole unter dem Einfluss vorhandener Temperaturänderungen zufällig orientiert, wenn keine elektrische Ladung auf der Außenseite des Dielektrikums auftritt.
Dieses Bild ändert sich unter der Einwirkung von Energie, die von außen zugeführt wird, wenn die Dipole ihre Orientierung nicht stark ändern und unkompensierte makroskopisch gebundene Ladungen auf der Oberfläche erscheinen, wodurch ein Feld mit entgegengesetzter Richtung zu dem von außen zugeführten Feld erzeugt wird.
Elektronische Polarisation, elastischMechanismus
Dieses Phänomen tritt in unpolaren Dielektrika auf - Materialien einer anderen Art mit Molekülen, in denen es kein Dipolmoment gibt, die sich unter Einwirkung eines äußeren Feldes so verformen, dass nur positive Ladungen im Richtung des äußeren Feldvektors und negative Ladungen - in die entgegengesetzte Richtung.
Infolgedessen fungiert jedes Molekül als elektrischer Dipol, der entlang der Achse des angelegten externen Feldes ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise erscheint auf der Außenfläche ein eigenes Feld, das die entgegengesetzte Richtung hat.
Polarisation eines unpolaren Dielektrikums
Bei diesen Stoffen ist die Veränderung der Moleküle und die nachfolgende Polarisation durch den Einfluss des äußeren Feldes nicht von ihrer Bewegung unter dem Einfluss der Temperatur abhängig. Als unpolares Dielektrikum kann Methan CH4 verwendet werden. Die numerischen Indikatoren des internen Felds für beide Dielektrika ändern sich zunächst in ihrer Größe proportional zur Änderung des externen Felds, und nach der Sättigung treten Effekte nichtlinearer Art auf. Sie treten auf, wenn jeder molekulare Dipol entlang der Kraftlinien in der Nähe von polaren Dielektrika aufgereiht wird oder wenn Änderungen in unpolaren Substanzen auftreten, verursacht durch eine starke Verformung von Atomen und Molekülen durch eine große Menge an Energie, die von außen zugeführt wird. In praktischen Fällen kommt dies äußerst selten vor.
Dielektrizitätskonstante
Unter den Isoliermaterialien spielen elektrische Indikatoren und Eigenschaften wie die Dielektrizitätskonstante eine wichtige Rolle. Beide werden nach zwei unterschiedlichen Merkmalen beurteilt:
- Absolutwert;
- relativer Indikator.
Der Begriff absolute Dielektrizitätskonstante eines Stoffes bezieht sich auf die mathematische Notation des Coulombschen Gesetzes. Mit seiner Hilfe wird der Zusammenhang zwischen Induktionsvektor und Intensität in Form eines Koeffizienten beschrieben.