hằng số điện môi là gì

Mọi chất hoặc cơ thể bao quanh chúng ta đều có những tính chất điện nhất định. Điều này là do cấu trúc phân tử và nguyên tử: sự hiện diện của các hạt tích điện ở trạng thái tự do hoặc liên kết lẫn nhau.

Khi không có điện trường ngoài tác dụng lên chất, các hạt này phân bố sao cho chúng cân bằng nhau và không tạo thêm điện trường trong toàn bộ thể tích. Trong trường hợp ứng dụng năng lượng điện bên ngoài bên trong các phân tử và nguyên tử, xảy ra sự phân phối lại điện tích, dẫn đến việc tạo ra điện trường bên trong của chính nó hướng vào điện trường bên ngoài.

Nếu vectơ của trường bên ngoài được áp dụng được ký hiệu là «E0» và vectơ bên trong «E '», thì tổng trường «E» sẽ là tổng năng lượng của hai đại lượng này.

Trong điện, người ta thường chia các chất thành:

• Dây điện;

• chất điện môi.

Sự phân loại này đã tồn tại trong một thời gian dài, mặc dù nó khá tùy tiện, vì nhiều cơ thể có các thuộc tính khác nhau hoặc kết hợp.

dây dẫn

Các sóng mang có điện tích tự do được sử dụng làm dây dẫn.Thông thường, các kim loại đóng vai trò là chất dẫn điện, vì trong cấu trúc của chúng luôn có các electron tự do có khả năng di chuyển trong toàn bộ thể tích của chất và đồng thời tham gia vào các quá trình nhiệt.

Khi một dây dẫn được cách ly khỏi tác động của điện trường bên ngoài, thì sự cân bằng của các điện tích dương và âm được tạo ra trong đó từ các mạng ion và các electron tự do. Trạng thái cân bằng này lập tức bị phá vỡ khi một dây dẫn trong điện trường — do năng lượng mà tại đó sự phân phối lại các hạt tích điện bắt đầu và các điện tích không cân bằng có giá trị dương và âm xuất hiện ở bề mặt bên ngoài.

Hiện tượng này thường được gọi là cảm ứng tĩnh điện... Các điện tích mà nó tích trên bề mặt kim loại gọi là điện tích cảm ứng.

Các điện tích cảm ứng được hình thành trong dây dẫn tạo thành một trường tự E ', bù cho tác dụng của E0 bên ngoài bên trong dây dẫn. Do đó, giá trị của trường tĩnh điện tổng, tổng được bù và bằng 0. Trong trường hợp này, điện thế của tất cả các điểm cả bên trong và bên ngoài đều như nhau.

Kết luận thu được cho thấy rằng bên trong vật dẫn, ngay cả khi được nối với trường bên ngoài, không có hiệu điện thế và không có trường tĩnh điện. Thực tế này được sử dụng trong che chắn — ứng dụng của phương pháp bảo vệ tĩnh điện cho người và thiết bị điện nhạy cảm với trường cảm ứng, đặc biệt là các dụng cụ đo lường chính xác và công nghệ vi xử lý.

Quần áo và giày dép được che chắn làm bằng vải có sợi dẫn điện, bao gồm cả mũ, được sử dụng trong điện để bảo vệ nhân viên làm việc trong điều kiện tăng điện áp do thiết bị điện áp cao tạo ra.

điện môi

Đây là tên của các chất có đặc tính cách điện. Chúng chỉ chứa các khoản phí kết nối, không phải quà tặng miễn phí. Tất cả chúng đều có các hạt dương và âm liên kết trong một nguyên tử trung tính, bị tước quyền tự do chuyển động. Chúng được phân phối bên trong chất điện môi và không di chuyển dưới tác động của trường ngoài E0 được áp dụng.

Tuy nhiên, năng lượng của nó vẫn gây ra những thay đổi nhất định trong cấu trúc của chất - bên trong các nguyên tử và phân tử, tỷ lệ các hạt tích cực và tiêu cực thay đổi, và trên bề mặt của chất xuất hiện các điện tích liên kết quá mức, không cân bằng, tạo thành một điện trường bên trong E'. Nó được định hướng chống lại sự căng thẳng được áp dụng từ bên ngoài.

Hiện tượng này được gọi là sự phân cực điện môi... Nó được đặc trưng bởi thực tế là bên trong chất xuất hiện một điện trường E, được hình thành do tác động của năng lượng bên ngoài E0, nhưng bị suy yếu do sự đối lập của năng lượng bên trong E '.

Các loại phân cực

Nó có hai loại bên trong điện môi:

1. định hướng;

2. điện tử.

Loại đầu tiên có tên bổ sung là phân cực lưỡng cực. Nó vốn có trong các chất điện môi với các tâm bị dịch chuyển ở các điện tích âm và dương, tạo thành các phân tử gồm các lưỡng cực cực nhỏ - một bộ hai điện tích trung tính. Đây là đặc trưng của nước, nitơ điôxit, hydro sunfua.

Không có tác động của điện trường bên ngoài, các lưỡng cực phân tử của các chất đó được định hướng một cách hỗn loạn dưới tác động của các quá trình ở nhiệt độ hoạt động. Đồng thời, không có điện tích tại bất kỳ điểm nào của khối lượng bên trong và trên bề mặt bên ngoài của điện môi.

Hình ảnh này thay đổi dưới ảnh hưởng của năng lượng được áp dụng bên ngoài, khi các lưỡng cực thay đổi một chút hướng của chúng và các vùng của các điện tích liên kết vĩ mô không được bù xuất hiện trên bề mặt, tạo thành một trường E' có hướng ngược lại với E0 được áp dụng.

Với sự phân cực như vậy, nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến các quá trình, gây ra chuyển động nhiệt và tạo ra các yếu tố mất phương hướng.

Phân cực điện tử, cơ chế đàn hồi

Nó thể hiện ở chất điện môi không phân cực - vật liệu thuộc loại khác với các phân tử không có mô men lưỡng cực, dưới tác động của trường bên ngoài, bị biến dạng sao cho các điện tích dương được định hướng theo hướng của vectơ E0 và các điện tích âm được định hướng theo hướng ngược lại.

Kết quả là, mỗi phân tử hoạt động như một lưỡng cực điện được định hướng dọc theo trục của trường ứng dụng. Bằng cách này, chúng tạo ra trên bề mặt bên ngoài trường E 'với hướng ngược lại.

Trong các chất như vậy, sự biến dạng của các phân tử và do đó, sự phân cực do tác động của trường bên ngoài không phụ thuộc vào chuyển động của chúng dưới tác động của nhiệt độ. Mêtan CH4 có thể được coi là một ví dụ về chất điện môi không phân cực.

Giá trị bằng số của trường bên trong của hai loại điện môi trước tiên thay đổi về độ lớn theo tỷ lệ thuận với mức tăng của trường bên ngoài, sau đó, khi đạt đến độ bão hòa, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xuất hiện. Chúng phát sinh khi tất cả các lưỡng cực phân tử được sắp xếp dọc theo các đường sức của điện môi phân cực hoặc những thay đổi đã xảy ra trong cấu trúc của vật chất không phân cực, do sự biến dạng mạnh mẽ của các nguyên tử và phân tử bởi năng lượng lớn được cung cấp từ bên ngoài.

Trong thực tế, những trường hợp như vậy rất hiếm - thường thì sự cố hoặc hư hỏng của lớp cách điện xảy ra sớm hơn.

hằng số điện môi

Trong số các vật liệu cách điện, các đặc tính điện và các chỉ số như hằng số điện môi đóng một vai trò quan trọng. Nó có thể được đo bằng hai đặc điểm khác nhau:

1. giá trị tuyệt đối;

2. giá trị tương đối.

Thuật ngữ chất có hằng số điện môi tuyệt đối εa được sử dụng khi đề cập đến ký hiệu toán học của định luật Coulomb. Nó, ở dạng hệ số εα, kết nối các vectơ cảm ứng D và cường độ E.

Chúng ta hãy nhớ lại rằng nhà vật lý người Pháp Charles de Coulomb, sử dụng cân xoắn của chính mình, đã nghiên cứu các định luật về lực điện và lực từ giữa các vật thể tích điện nhỏ.

Việc xác định độ thấm tương đối của môi trường được sử dụng để mô tả đặc tính cách điện của một chất. Nó ước lượng tỉ số của lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong hai điều kiện khác nhau: trong chân không và trong môi trường công tác. Trong trường hợp này, các chỉ số chân không được lấy bằng 1 (εv = 1), trong khi đối với các chất thực, chúng luôn cao hơn, εr > 1.

Biểu thức số εr được biểu thị dưới dạng đại lượng không thứ nguyên được giải thích bằng hiệu ứng phân cực trong chất điện môi và được sử dụng để đánh giá các đặc tính của chúng.

Giá trị hằng số điện môi của từng phương tiện (ở nhiệt độ phòng)

Chất ε Chất ε Muối Segnet 6000 Kim cương 5,7 Rutile (trên trục quang học) 170 Nước 81 Polyetylen 2,3 Ethanol 26,8 Silicon 12,0 Mica 6 Cốc thủy tinh 5-16 Carbon dioxide 1,00099 NaCl 5,26 Hơi nước 1,0126 Benzen 2,322 Không khí (760 mmHg) 1,0005 7