Fenômenos como suscetibilidade dielétrica e permissividade são encontrados não apenas na física, mas também na vida cotidiana. Nesse sentido, é necessário determinar o significado desses fenômenos na ciência, sua influência e aplicação na vida cotidiana.
Determinação da tensão
Intensidade é uma grandeza vetorial em física, que é calculada a partir da força que afeta uma única carga positiva colocada no ponto do campo em estudo. Após o dielétrico ser colocado em um campo eletrostático externo, ele adquire um momento de dipolo, ou seja, torna-se polarizado. Para descrever quantitativamente a polarização em um dielétrico, a polarização é usada - um índice físico vetorial calculado como o momento dipolar do valor do volume do dielétrico.
O vetor de intensidade após passar pela face entre dois dielétricos sofre mudanças abruptas, causando interferência durante o cálculo dos campos eletrostáticos. A este respeito, uma característica adicional é introduzida - o vetordeslocamento elétrico.
Usando a permissividade, você pode descobrir quantas vezes um dielétrico pode enfraquecer um campo externo. Para explicar mais racionalmente campos eletrostáticos em dielétricos, o vetor de deslocamento elétrico é usado.
Definições básicas
A permissividade absoluta de um meio é um coeficiente que está incluído na notação matemática da lei de Coulomb e na equação da relação entre a intensidade do campo elétrico e a indução elétrica. A permissividade absoluta pode ser representada como o produto da permissividade relativa do meio e a constante de eletricidade.
Susceptibilidade dielétrica, chamada de polarizabilidade de uma substância, é uma quantidade física que pode ser polarizada sob a influência de um campo elétrico. É também o coeficiente de conexão linear do campo elétrico externo com a polarização do dielétrico em um pequeno campo. A fórmula para a suscetibilidade dielétrica é escrita como: X=na.
Na maioria dos casos, os dielétricos têm uma suscetibilidade dielétrica positiva, enquanto este valor é adimensional.
A ferroeletricidade é um fenômeno físico presente em certos cristais, chamados ferroelétricos, em determinados valores de temperatura. Consiste no aparecimento de polarização espontânea em um cristal mesmo sem um campo elétrico externo. A diferença entre ferroelétricos e piroelétricos éque em certas faixas de temperatura sua modificação de cristal muda e a polarização aleatória desaparece.
Eletricistas no campo não se comportam como condutores, mas compartilham características comuns. Um dielétrico difere de um condutor na ausência de portadores de carga livre. Eles estão lá, mas em quantidades mínimas. Em um condutor, um elétron movendo-se livremente na rede cristalina de um metal se tornará um portador de carga semelhante. No entanto, os elétrons em um dielétrico estão ligados a seus próprios átomos e não podem se mover facilmente. Após a introdução de dielétricos em um campo com eletricidade, a eletrização aparece nele, como um condutor. A diferença de um dielétrico é que os elétrons não se movem livremente por todo o volume, como acontece em um condutor. No entanto, sob a influência de um campo elétrico externo, um leve deslocamento de cargas surge de dentro da molécula da substância: uma positiva será deslocada na direção do campo e uma negativa será vice-versa.
A este respeito, a superfície adquire uma certa carga. O procedimento para o aparecimento de uma carga na superfície de uma substância sob a influência de campos elétricos é chamado de polarização dielétrica. Se em um dielétrico homogêneo e apolar com uma certa concentração de moléculas todas as partículas são iguais, então a polarização também será a mesma. E no caso da suscetibilidade dielétrica do dielétrico, este valor será adimensional.
Cobranças Vinculadas
Devido ao processo de polarização, cargas não compensadas aparecem no volume de uma substância dielétrica, chamada de polarização ou ligada. partículas,possuindo essas cargas, estão presentes nas cargas das moléculas e, sob a influência de um campo elétrico externo, são deslocadas da posição de equilíbrio sem deixar a molécula em que estão localizadas.
As cargas ligadas são caracterizadas pela densidade superficial. A suscetibilidade dielétrica e a permeabilidade do meio determinam quantas vezes a força de ligação de duas cargas elétricas no espaço é menor que o mesmo indicador no vácuo.
A suscetibilidade relativa ao ar e a permeabilidade da maioria dos outros gases sob condições padrão é próxima da unidade (devido ao pequeno avião). A suscetibilidade e permissividade dielétrica relativa em ferroelétricos é de dezenas e centenas de milhares na superfície de separação de um par de dielétricos com permissividade e suscetibilidade absolutas diferentes da substância, bem como componentes de força tangencial iguais entre eles.
Entre muitas situações práticas, há um encontro com a transição da corrente de um corpo metálico para o mundo circundante, enquanto a condutividade específica deste último é várias vezes menor que a condutividade desse corpo. Situações semelhantes podem ocorrer, por exemplo, durante a passagem de corrente através de eletrodos metálicos enterrados no solo. Muitas vezes, eletrodos de aço são usados. Se a tarefa é determinar a suscetibilidade dielétrica do vidro, a tarefa será um pouco complicada pelo fato de essa substância ter uma propriedade de relaxamento de íons, devido à qual um pequenoatraso.
Na fronteira de um par de dielétricos com diferentes permeabilidades na presença de um campo externo, aparecem cargas de polarização com diferentes índices com diferentes densidades superficiais. É assim que se obtém uma nova condição para a refração da linha de campo durante a transição de um dielétrico para outro.
A lei de refração no caso de linhas de corrente em sua forma pode ser considerada semelhante à lei de refração de linhas de deslocamento na beira de dois dielétricos em campos eletrostáticos.
Cada corpo e substância do mundo circundante tem certas propriedades elétricas. A razão para isso está na estrutura molecular e atômica - a presença de partículas carregadas que estão em um estado interconectado ou livre.
Se a substância não for afetada por um campo externo, então tais partes estão localizadas, equilibrando-se entre si, no volume total total, sem criar campos elétricos adicionais. Se houver uma aplicação de energia elétrica de fora, uma redistribuição de cargas aparecerá dentro das moléculas e átomos existentes, o que levará ao aparecimento de seu próprio campo interno, que será direcionado para o exterior.
Ao designar o campo externo aplicado como E0, e interno E', então todo o campo E será a soma desses valores.
Todas as substâncias na eletricidade são geralmente divididas em:
- condutores;
- dielétricos.
Esta classificação existe há muito tempo, mas não é totalmente precisa, uma vez que a ciência há muito tempo descobriu corpos com corpos novos ou combinadospropriedades da matéria.
Condutores
Como substâncias condutoras podem ser meios nos quais há cargas livres. Os metais são frequentemente considerados tais assuntos, pois sua estrutura implica a presença constante de elétrons livres que podem se mover dentro de toda a cavidade da substância. A suscetibilidade dielétrica do meio permite que você participe do processo térmico
Se o condutor está isolado da influência de um campo elétrico externo, então aparece um equilíbrio dentro dele entre cargas positivas e negativas. Este estado desaparece imediatamente quando um condutor aparece em um campo elétrico, que redistribui partículas carregadas com sua energia e provoca o aparecimento de cargas desequilibradas com valor positivo e negativo na superfície externa
Esse fenômeno é chamado de indução eletrostática. As cargas que aparecem sob sua ação na superfície do metal são chamadas de cargas de indução.
As cargas indutivas que surgem no condutor criam seu próprio campo, que compensa a influência do campo externo dentro do condutor. Neste sentido, o indicador do campo eletrostático total total será compensado e igual a 0. Os potenciais de cada ponto dentro e fora são iguais.
Este resultado indica que dentro do condutor (mesmo com um campo externo conectado) não há diferença de potencial e nenhum campo eletrostático. Este fato é utilizado na blindagem devido ao usométodo de proteção eletro-óptica de uma pessoa e equipamentos elétricos sensíveis a campos, especialmente instrumentos de medição de alta precisão e tecnologia de microprocessador.
Existe também uma conexão entre permissividade e suscetibilidade. No entanto, pode ser expresso usando uma fórmula. Assim, a relação entre a constante dielétrica e a suscetibilidade dielétrica tem a seguinte notação: e=1+X.
princípio ESD
Com a ajuda de blindagens, roupas e calçados feitos de materiais com propriedades condutivas, incluindo chapéus, são usados no setor de energia para a segurança do pessoal que trabalha em condições de alta tensão provocadas por dispositivos de alta tensão. O campo eletrostático não penetra no interior do condutor, pois quando o condutor é introduzido no campo elétrico, ele será compensado pelo campo que surge devido ao movimento das cargas livres.
Dielétricos
Este nome pertence a substâncias que possuem qualidades isolantes. Eles contêm apenas cargas interconectadas, não gratuitas. Cada partícula positiva neles estará ligada a uma negativa dentro de um átomo com uma carga neutra comum sem movimento livre. Eles são distribuídos de dentro dos dielétricos e não podem mudar de posição sob a influência de campos externos. Ao mesmo tempo, a suscetibilidade dielétrica da substância e a energia resultante ainda acarretam certas mudanças na estrutura da substância. De dentro do átomo e da molécula, a proporção mudacargas positivas e negativas da partícula, e cargas extras interconectadas desequilibradas aparecem na superfície da substância, criando um campo elétrico interno. É direcionado para a tensão aplicada de fora.
Esse fenômeno é chamado de polarização dielétrica. Pode ser caracterizado pelo fato de que um campo elétrico surge de dentro da substância, causado pela influência da energia externa, mas enfraquecido pela ação contrária do campo interno.
Tipos de polarização
Dentro de dielétricos, pode ser representado por dois tipos:
- orientação;
- eletrônico.
O primeiro tipo também tem um nome adicional - polarização dipolar. Essa propriedade é inerente aos dielétricos com centros deslocados na carga positiva e negativa, que criam moléculas a partir de pequenos dipolos - uma combinação neutra de um par de cargas. Este fenômeno é típico para um líquido, sulfeto de hidrogênio, carregado de nitrogênio.
Sem a influência de um campo elétrico externo nessas substâncias, os dipolos moleculares são orientados aleatoriamente sob a influência das mudanças de temperatura existentes, quando uma carga elétrica não aparece na parte externa do dielétrico.
Esta imagem muda sob a ação da energia aplicada de fora, quando os dipolos não mudam muito sua orientação e cargas macroscópicas não compensadas aparecem na superfície, criando um campo com direção oposta ao campo aplicado de fora.
Polarização eletrônica, elásticamecanismo
Esse fenômeno ocorre em dielétricos apolares - materiais de um tipo diferente com moléculas nas quais não há momento de dipolo, que, sob a ação de um campo externo, é deformado de modo que apenas cargas positivas são orientadas no direção do vetor de campo externo e cargas negativas - na direção oposta.
Como resultado, cada molécula funciona como um dipolo elétrico orientado ao longo do eixo do campo externo aplicado. De forma semelhante, um campo próprio aparece na superfície externa, que tem direção oposta.
Polarização de um dielétrico não polar
Para essas substâncias, a mudança das moléculas e a subsequente polarização pela influência do campo externo não depende de seu movimento sob a influência da temperatura. O metano CH4 pode ser usado como dielétrico apolar. Os indicadores numéricos do campo interno para ambos os dielétricos mudarão inicialmente em magnitude na proporção da mudança no campo externo e, após a saturação, aparecerão efeitos do tipo não linear. Eles aparecem quando cada dipolo molecular está alinhado ao longo das linhas de força perto dos dielétricos polares, ou ocorrem mudanças em substâncias apolares, causadas por uma forte deformação de átomos e moléculas de uma grande quantidade de energia aplicada de fora. Em casos práticos, isso acontece muito raramente.
Constante Dielétrica
Entre os materiais isolantes, um papel importante é dado aos indicadores elétricos e uma característica como constante dielétrica. Ambos são julgados por duas características diferentes:
- valor absoluto;
- indicador relativo.
O termo permissividade absoluta de uma substância refere-se à notação matemática da lei de Coulomb. Com sua ajuda, a relação entre o vetor de indução e a intensidade é descrita na forma de um coeficiente.
