Des phénomènes tels que la susceptibilité diélectrique et la permittivité se retrouvent non seulement en physique, mais aussi dans la vie quotidienne. À cet égard, il est nécessaire de déterminer la signification de ces phénomènes dans la science, leur influence et leur application dans la vie quotidienne.
Détermination de la tension
L'intensité est une grandeur vectorielle en physique, qui est calculée à partir de la force qui affecte une seule charge positive placée au point du champ étudié. Après avoir placé le diélectrique dans un champ électrostatique externe, il acquiert un moment dipolaire, c'est-à-dire qu'il se polarise. Pour décrire quantitativement la polarisation dans un diélectrique, la polarisation est utilisée - un indice physique vectoriel calculé comme le moment dipolaire de la valeur volumique du diélectrique.
Le vecteur d'intensité après avoir traversé la face entre deux diélectriques subit des changements brusques, provoquant des interférences lors du calcul des champs électrostatiques. À cet égard, une caractéristique supplémentaire est introduite - le vecteurdéplacement électrique.
En utilisant la permittivité, vous pouvez savoir combien de fois un diélectrique peut affaiblir un champ externe. Afin d'expliquer le plus rationnellement les champs électrostatiques dans les diélectriques, le vecteur de déplacement électrique est utilisé.
Définitions de base
La permittivité absolue d'un milieu est un coefficient qui est inclus dans la notation mathématique de la loi de Coulomb et l'équation de la relation entre l'intensité du champ électrique et l'induction électrique. La permittivité absolue peut être représentée comme le produit de la permittivité relative du milieu et de la constante électrique.
La susceptibilité diélectrique, appelée polarisabilité d'une substance, est une grandeur physique qui peut être polarisée sous l'influence d'un champ électrique. C'est aussi le coefficient de liaison linéaire du champ électrique externe avec la polarisation du diélectrique dans un petit champ. La formule de la susceptibilité diélectrique s'écrit: X=na.
Dans la plupart des cas, les diélectriques ont une susceptibilité diélectrique positive, alors que cette valeur est sans dimension.
La ferroélectricité est un phénomène physique présent dans certains cristaux, appelés ferroélectriques, à certaines valeurs de température. Elle consiste en l'apparition d'une polarisation spontanée dans un cristal même sans champ électrique extérieur. La différence entre les ferroélectriques et les pyroélectriques estque dans certaines plages de température, leur modification cristalline change et la polarisation aléatoire disparaît.
Les électriciens sur le terrain ne se comportent pas comme des conducteurs, mais ils partagent des caractéristiques communes. Un diélectrique diffère d'un conducteur en l'absence de porteurs chargés libres. Ils sont là, mais en quantités minimes. Dans un conducteur, un électron se déplaçant librement dans le réseau cristallin d'un métal deviendra un porteur de charge similaire. Cependant, les électrons dans un diélectrique sont liés à leurs propres atomes et ne peuvent pas se déplacer facilement. Après l'introduction de diélectriques dans un champ avec de l'électricité, l'électrisation y apparaît, comme un conducteur. La différence avec un diélectrique est que les électrons ne se déplacent pas librement dans tout le volume, comme c'est le cas dans un conducteur. Cependant, sous l'influence d'un champ électrique externe, un léger déplacement de charges se produit de l'intérieur de la molécule de substance: une positive sera déplacée dans la direction du champ, et une négative sera vice versa.
À cet égard, la surface acquiert une certaine charge. La procédure d'apparition d'une charge à la surface d'une substance sous l'influence de champs électriques est appelée polarisation diélectrique. Si dans un diélectrique homogène et non polaire avec une certaine concentration de molécules, toutes les particules sont identiques, alors la polarisation sera également la même. Et dans le cas de la susceptibilité diélectrique du diélectrique, cette valeur sera sans dimension.
Frais liés
En raison du processus de polarisation, des charges non compensées apparaissent dans le volume d'une substance diélectrique, appelée polarisation ou liée. particules,ayant ces charges, sont présents dans les charges des molécules et, sous l'influence d'un champ électrique externe, sont déplacés de la position d'équilibre sans quitter la molécule dans laquelle ils se trouvent.
Les charges liées sont caractérisées par leur densité de surface. La susceptibilité diélectrique et la perméabilité du milieu déterminent combien de fois la force de liaison de deux charges électriques dans l'espace est inférieure au même indicateur dans le vide.
La susceptibilité à l'air et la perméabilité relatives de la plupart des autres gaz dans des conditions standard sont proches de l'unité (en raison du petit avion). La susceptibilité et la permittivité diélectriques relatives dans les ferroélectriques sont des dizaines et des centaines de milliers sur la surface de séparation d'une paire de diélectriques avec différentes permittivités et susceptibilités absolues de la substance, ainsi que des composantes de résistance tangentielle égales entre eux.
Parmi de nombreuses situations pratiques, il y a une rencontre avec la transition du courant d'un corps métallique vers le monde environnant, alors que la conductivité spécifique de ce dernier est plusieurs fois inférieure à la conductivité de ce corps. Des situations similaires peuvent se produire, par exemple, lors du passage du courant à travers des électrodes métalliques enterrées dans le sol. Des électrodes en acier sont souvent utilisées. Si la tâche consiste à déterminer la susceptibilité diélectrique du verre, la tâche sera quelque peu compliquée par le fait que cette substance a une propriété de relaxation des ions, grâce à laquelle une petiteretard.
À la frontière d'une paire de diélectriques de perméabilités différentes en présence d'un champ extérieur, des charges de polarisation apparaissent avec des indices différents avec des densités de surface différentes. C'est ainsi qu'une nouvelle condition de réfraction de la ligne de champ lors du passage d'un diélectrique à un autre est obtenue.
La loi de réfraction dans le cas des lignes de courant dans sa forme peut être considérée comme similaire à la loi de réfraction des lignes de déplacement au bord de deux diélectriques dans des champs électrostatiques.
Chaque corps et substance du monde environnant a certaines propriétés électriques. La raison en est la structure moléculaire et atomique - la présence de particules chargées qui sont dans un état interconnecté ou libre.
Si la substance n'est pas affectée par un champ externe, alors ces parties sont situées, s'équilibrant, dans le volume total total, sans créer de champs électriques supplémentaires. S'il y a une application d'énergie électrique de l'extérieur, une redistribution des charges apparaîtra à l'intérieur des molécules et des atomes existants, ce qui conduira à l'apparition de son propre champ interne, qui sera dirigé vers l'extérieur.
Lorsque vous désignez le champ externe appliqué comme E0 et interne E', alors le champ entier E sera la somme de ces valeurs.
Toutes les substances dans l'électricité sont généralement divisées en:
- conducteurs;
- diélectriques.
Cette classification existe depuis longtemps, mais n'est pas tout à fait exacte, car la science a depuis longtemps découvert des corps avec des corps nouveaux ou combinéspropriétés de la matière.
Conducteurs
Comme les substances conductrices peuvent être des supports dans lesquels il y a des charges gratuites. Les métaux sont souvent considérés comme de telles matières, car leur structure implique la présence constante d'électrons libres qui peuvent se déplacer à l'intérieur de toute la cavité de la substance. La susceptibilité diélectrique du milieu vous permet de participer au processus thermique
Si le conducteur est isolé de l'influence d'un champ électrique externe, un équilibre apparaît à l'intérieur entre les charges positives et négatives. Cet état disparaît immédiatement lorsqu'un conducteur apparaît dans un champ électrique, qui redistribue les particules chargées avec son énergie et provoque l'apparition de charges déséquilibrées de valeur positive et négative sur la surface extérieure
Ce phénomène est appelé induction électrostatique. Les charges qui apparaissent sous son action à la surface du métal sont appelées charges d'induction.
Les charges inductives apparues dans le conducteur créent leur propre champ, qui compense l'influence du champ externe à l'intérieur du conducteur. À cet égard, l'indicateur du champ électrostatique total total sera compensé et égal à 0. Les potentiels de chaque point à l'intérieur et à l'extérieur sont égaux.
Ce résultat indique qu'à l'intérieur du conducteur (même avec un champ externe connecté) il n'y a pas de différence de potentiel ni de champ électrostatique. Ce fait est utilisé dans le blindage en raison de l'utilisationméthode de protection électro-optique d'une personne et d'équipements électriques sensibles aux champs, en particulier les instruments de mesure de haute précision et la technologie à microprocesseur.
Il existe également un lien entre la permittivité et la susceptibilité. Cependant, il peut être exprimé à l'aide d'une formule. Ainsi, la relation entre la constante diélectrique et la susceptibilité diélectrique a la notation suivante: e=1+X.
Principe ESD
À l'aide de blindage, des vêtements et des chaussures en matériaux à propriétés conductrices, y compris des chapeaux, sont utilisés dans le secteur de l'énergie pour la sécurité du personnel travaillant dans des conditions de haute tension provoquées par des appareils à haute tension. Le champ électrostatique ne pénètre pas à l'intérieur du conducteur, car lorsque le conducteur est introduit dans le champ électrique, il sera compensé par le champ résultant du mouvement des charges libres.
Diélectriques
Ce nom appartient aux substances qui ont des qualités isolantes. Ils ne contiennent que des charges interconnectées, pas des charges gratuites. Chaque particule positive en eux sera liée à une particule négative à l'intérieur d'un atome avec une charge neutre commune sans mouvement libre. Ils sont répartis depuis l'intérieur des diélectriques et ne peuvent pas changer de position sous l'influence de champs extérieurs. Dans le même temps, la susceptibilité diélectrique de la substance et l'énergie qui en résulte entraînent encore certains changements dans la structure de la substance. De l'intérieur de l'atome et de la molécule, le rapport changedes charges positives et négatives de la particule, et des charges interconnectées déséquilibrées supplémentaires apparaissent à la surface de la substance, créant un champ électrique interne. Il est dirigé vers la tension appliquée de l'extérieur.
Ce phénomène est appelé polarisation diélectrique. Elle peut être caractérisée par le fait qu'un champ électrique surgit de l'intérieur de la substance, provoqué par l'influence de l'énergie externe, mais affaibli par la contre-action du champ interne.
Types de polarisation
À l'intérieur des diélectriques, il peut être représenté par deux types:
- orientation;
- électronique.
Le premier type a également un nom supplémentaire - polarisation dipolaire. Cette propriété est inhérente aux diélectriques avec des centres déplacés à la charge positive et négative, qui créent des molécules à partir de petits dipôles - une combinaison neutre d'une paire de charges. Ce phénomène est typique pour un liquide, le sulfure d'hydrogène, transporté d'azote.
Sans l'influence d'un champ électrique externe dans ces substances, les dipôles moléculaires sont orientés de manière aléatoire sous l'influence des changements de température existants, lorsqu'une charge électrique n'apparaît pas à l'extérieur du diélectrique.
Cette image change sous l'action de l'énergie appliquée de l'extérieur, lorsque les dipôles ne changent pas beaucoup d'orientation et que des charges liées macroscopiques non compensées apparaissent à la surface, créant un champ de sens opposé au champ appliqué de l'extérieur.
Polarisation électronique, élastiquemécanisme
Ce phénomène se produit dans les diélectriques non polaires - des matériaux d'un type différent avec des molécules dans lesquelles il n'y a pas de moment dipolaire, qui, sous l'action d'un champ externe, se déforme de sorte que seules les charges positives sont orientées dans le direction du vecteur de champ externe et charges négatives - dans la direction opposée.
En conséquence, chaque molécule fonctionne comme un dipôle électrique orienté le long de l'axe du champ externe appliqué. De la même manière, un champ propre apparaît sur la surface extérieure, qui a la direction opposée.
Polarisation d'un diélectrique non polaire
Pour ces substances, le changement de molécules et la polarisation subséquente sous l'influence du champ extérieur ne dépendent pas de leur mouvement sous l'influence de la température. Le méthane CH4 peut être utilisé comme diélectrique non polaire. Les indicateurs numériques du champ interne pour les deux diélectriques changeront initialement d'amplitude proportionnellement à la variation du champ externe, et après saturation, des effets de type non linéaire apparaissent. Ils apparaissent lorsque chaque dipôle moléculaire est aligné le long des lignes de force près des diélectriques polaires, ou lorsque des changements dans les substances non polaires se produisent, causés par une forte déformation des atomes et des molécules à partir d'une grande quantité d'énergie appliquée de l'extérieur. Dans les cas pratiques, cela se produit extrêmement rarement.
Constante diélectrique
Parmi les matériaux isolants, un rôle important est accordé aux indicateurs électriques et à une caractéristique telle que la constante diélectrique. Les deux sont jugés par deux caractéristiques différentes:
- valeur absolue;
- indicateur relatif.
Le terme permittivité absolue d'une substance fait référence à la notation mathématique de la loi de Coulomb. Avec son aide, la relation entre le vecteur d'induction et l'intensité est décrite sous la forme d'un coefficient.
