Los fenómenos como la susceptibilidad dieléctrica y la permitividad se encuentran no solo en la física, sino también en la vida cotidiana. Al respecto, es necesario determinar el significado de estos fenómenos en la ciencia, su influencia y aplicación en la vida cotidiana.
Determinación de la tensión
La intensidad es una cantidad vectorial en física, que se calcula a partir de la fuerza que actúa sobre una sola carga positiva colocada en el punto del campo en estudio. Después de que el dieléctrico se coloca en un campo electrostático externo, adquiere un momento dipolar, es decir, se polariza. Para describir cuantitativamente la polarización en un dieléctrico, se utiliza la polarización, un índice físico vectorial calculado como el momento dipolar del valor del volumen del dieléctrico.
El vector de intensidad después de pasar por la cara entre dos dieléctricos sufre cambios bruscos, provocando interferencias durante el cálculo de los campos electrostáticos. En este sentido, se introduce una característica adicional: el vectordesplazamiento eléctrico.
Usando la permitividad, puedes averiguar cuántas veces un dieléctrico puede debilitar un campo externo. Para explicar de manera más racional los campos electrostáticos en los dieléctricos, se utiliza el vector de desplazamiento eléctrico.
Definiciones básicas
La permitividad absoluta de un medio es un coeficiente que se incluye en la notación matemática de la ley de Coulomb y la ecuación de la relación entre la intensidad del campo eléctrico y la inducción eléctrica. La permitividad absoluta se puede representar como el producto de la permitividad relativa del medio y la constante de electricidad.
La susceptibilidad dieléctrica, denominada polarizabilidad de una sustancia, es una cantidad física que puede polarizarse bajo la influencia de un campo eléctrico. Es también el coeficiente de conexión lineal del campo eléctrico externo con la polarización del dieléctrico en un campo pequeño. La fórmula para la susceptibilidad dieléctrica se escribe como: X=na.
En la mayoría de los casos, los dieléctricos tienen una susceptibilidad dieléctrica positiva, mientras que este valor es adimensional.
La ferroelectricidad es un fenómeno físico presente en ciertos cristales, llamados ferroeléctricos, a determinados valores de temperatura. Consiste en la aparición de polarización espontánea en un cristal incluso sin campo eléctrico externo. La diferencia entre ferroeléctricos y piroeléctricos esque en ciertos rangos de temperatura cambia la modificación de sus cristales y desaparece la polarización aleatoria.
Los electricistas en el campo no se comportan como conductores, pero comparten características comunes. Un dieléctrico se diferencia de un conductor en la ausencia de portadores libres cargados. Están ahí, pero en cantidades mínimas. En un conductor, un electrón que se mueve libremente en la red cristalina de un metal se convertirá en un portador de carga similar. Sin embargo, los electrones en un dieléctrico están unidos a sus propios átomos y no pueden moverse con facilidad. Después de la introducción de dieléctricos en un campo con electricidad, aparece en él la electrización, como un conductor. La diferencia con un dieléctrico es que los electrones no se mueven libremente por todo el volumen, como ocurre en un conductor. Sin embargo, bajo la influencia de un campo eléctrico externo, surge un ligero desplazamiento de cargas desde el interior de la molécula de sustancia: una positiva se desplazará en la dirección del campo, y una negativa será viceversa.
En este sentido, la superficie adquiere cierta carga. El procedimiento para la aparición de una carga en la superficie de una sustancia bajo la influencia de campos eléctricos se denomina polarización dieléctrica. Si en un dieléctrico homogéneo y no polar con una determinada concentración de moléculas todas las partículas son iguales, entonces la polarización también será la misma. Y en el caso de la susceptibilidad dieléctrica del dieléctrico, este valor será adimensional.
Cargos vinculados
Debido al proceso de polarización, aparecen cargas no compensadas en el volumen de una sustancia dieléctrica, lo que se denomina polarización o enlace. partículas,que tienen estas cargas, están presentes en las cargas de las moléculas y, bajo la influencia de un campo eléctrico externo, se desplazan de la posición de equilibrio sin salir de la molécula en la que se encuentran.
Las cargas ligadas se caracterizan por la densidad superficial. La susceptibilidad dieléctrica y la permeabilidad del medio determinan cuántas veces la fuerza de unión de dos cargas eléctricas en el espacio es menor que el mismo indicador en el vacío.
La susceptibilidad relativa al aire y la permeabilidad de la mayoría de los otros gases en condiciones estándar es cercana a la unidad (debido al pequeño avión). La susceptibilidad y permitividad dieléctrica relativa en ferroeléctricos es de decenas y cientos de miles en la superficie de separación de un par de dieléctricos con diferente permitividad y susceptibilidad absolutas de la sustancia, así como componentes de fuerza tangencial iguales entre ellos.
Entre muchas situaciones prácticas, hay un encuentro con la transición de corriente de un cuerpo metálico al mundo circundante, mientras que la conductividad específica de este último es varias veces menor que la conductividad de este cuerpo. Pueden ocurrir situaciones similares, por ejemplo, durante el paso de corriente a través de electrodos metálicos enterrados en el suelo. A menudo se utilizan electrodos de acero. Si la tarea es determinar la susceptibilidad dieléctrica del vidrio, entonces la tarea se complicará un poco por el hecho de que esta sustancia tiene una propiedad de relajación de iones, por lo que un pequeñoretraso.
En el límite de un par de dieléctricos con diferentes permeabilidades en presencia de un campo externo, aparecen cargas de polarización con diferentes índices con diferentes densidades superficiales. Es así como se obtiene una nueva condición para la refracción de la línea de campo durante el paso de un dieléctrico a otro.
La ley de refracción en el caso de líneas de corriente en su forma puede considerarse similar a la ley de refracción de líneas de desplazamiento al borde de dos dieléctricos en campos electrostáticos.
Cada cuerpo y sustancia del mundo circundante tiene ciertas propiedades eléctricas. La razón de esto radica en la estructura molecular y atómica: la presencia de partículas cargadas que se encuentran en un estado interconectado o libre.
Si la sustancia no se ve afectada por un campo externo, dichas partes se ubican, equilibrándose entre sí, en el volumen total total, sin crear campos eléctricos adicionales. Si hay una aplicación de energía eléctrica desde el exterior, aparecerá una redistribución de cargas en el interior de las moléculas y átomos existentes, lo que dará lugar a la aparición de su propio campo interno, que estará dirigido hacia el exterior.
Al designar el campo externo aplicado como E0 y el interno E', entonces todo el campo E será la suma de estos valores.
Todas las sustancias de la electricidad suelen dividirse en:
- conductores;
- dieléctricos.
Esta clasificación existe desde hace mucho tiempo, pero no es del todo precisa, ya que la ciencia ha descubierto durante mucho tiempo cuerpos con nuevos o combinadospropiedades de la materia.
Conductores
Como sustancias conductoras pueden ser medios en los que hay cargas libres. Los metales a menudo se consideran tales materias, ya que su estructura implica la presencia constante de electrones libres que pueden moverse dentro de toda la cavidad de la sustancia. La susceptibilidad dieléctrica del medio le permite participar en el proceso térmico
Si el conductor está aislado de la influencia de un campo eléctrico externo, en su interior aparece un equilibrio entre las cargas positivas y negativas. Este estado desaparece inmediatamente cuando aparece un conductor en un campo eléctrico, que redistribuye las partículas cargadas con su energía y provoca la aparición de cargas desequilibradas con valor positivo y negativo en la superficie exterior
Este fenómeno se llama inducción electrostática. Las cargas que aparecieron bajo su acción sobre la superficie del metal se denominan cargas de inducción.
Las cargas inductivas que han surgido en el conductor crean su propio campo, que compensa la influencia del campo externo dentro del conductor. En este sentido, el indicador del campo electrostático total total será compensado e igual a 0. Los potenciales de cada punto interior y exterior son iguales.
Este resultado indica que dentro del conductor (incluso con un campo externo conectado) no hay diferencia de potencial ni campo electrostático. Este hecho se utiliza en el blindaje debido al usométodo de protección electro-óptica de una persona y equipo eléctrico sensible a campos, especialmente instrumentos de medición de alta precisión y tecnología de microprocesador.
También existe una conexión entre permitividad y susceptibilidad. Sin embargo, se puede expresar usando una fórmula. Entonces la relación entre la constante dieléctrica y la susceptibilidad dieléctrica tiene la siguiente notación: e=1+X.
Principio ESD
Con la ayuda del blindaje, en el sector energético se utilizan ropas y zapatos fabricados con materiales con propiedades conductoras, incluidos los sombreros, para la seguridad del personal que trabaja en condiciones de alta tensión provocadas por dispositivos de alta tensión. El campo electrostático no penetra en el interior del conductor, porque cuando el conductor se introduce en el campo eléctrico, será compensado por el campo que surge debido al movimiento de cargas libres.
Dieléctricos
Este nombre pertenece a sustancias que tienen cualidades aislantes. Contienen solo cargos interconectados, no gratuitos. Cada partícula positiva en ellos estará unida a una negativa dentro de un átomo con una carga neutra común sin libre movimiento. Se distribuyen desde el interior de los dieléctricos y no pueden cambiar de posición bajo la influencia de campos externos. Al mismo tiempo, la susceptibilidad dieléctrica de la sustancia y la energía resultante aún conllevan ciertos cambios en la estructura de la sustancia. Desde el interior del átomo y la molécula, la relación cambiaLas cargas positivas y negativas de la partícula, y las cargas interconectadas desequilibradas adicionales aparecen en la superficie de la sustancia, creando un campo eléctrico interno. Está dirigido hacia la tensión aplicada desde el exterior.
Este fenómeno se llama polarización dieléctrica. Puede caracterizarse por el hecho de que surge un campo eléctrico desde el interior de la sustancia, causado por la influencia de la energía externa, pero debilitado por la contrarrestación del campo interno.
Tipos de polarización
Dentro de los dieléctricos, se puede representar de dos tipos:
- orientación;
- electrónico.
El primer tipo también tiene un nombre adicional: polarización dipolar. Esta propiedad es inherente a los dieléctricos con centros desplazados en la carga positiva y negativa, que crean moléculas a partir de pequeños dipolos, una combinación neutra de un par de cargas. Este fenómeno es típico de un líquido, sulfuro de hidrógeno, transportado nitrógeno.
Sin la influencia de un campo eléctrico externo en estas sustancias, los dipolos moleculares se orientan aleatoriamente bajo la influencia de los cambios de temperatura existentes, cuando no aparece una carga eléctrica en el exterior del dieléctrico.
Esta imagen cambia bajo la acción de la energía aplicada desde el exterior, cuando los dipolos no cambian mucho su orientación y aparecen cargas ligadas macroscópicas no compensadas en la superficie, creando un campo con la dirección opuesta al campo aplicado desde el exterior.
Polarización electrónica, elásticamecanismo
Este fenómeno ocurre en los dieléctricos no polares, materiales de un tipo diferente con moléculas en las que no hay momento dipolar, que, bajo la acción de un campo externo, se deforma de modo que solo las cargas positivas se orientan en el dirección del vector de campo externo y cargas negativas - en la dirección opuesta.
Como resultado, cada molécula funciona como un dipolo eléctrico orientado a lo largo del eje del campo externo aplicado. De manera similar, aparece un campo propio en la superficie exterior, que tiene la dirección opuesta.
Polarización de un dieléctrico no polar
Para estas sustancias, el cambio de moléculas y la subsiguiente polarización por la influencia del campo exterior no depende de su movimiento bajo la influencia de la temperatura. El metano CH4 se puede utilizar como dieléctrico no polar. Los indicadores numéricos del campo interno para ambos dieléctricos cambiarán inicialmente en magnitud en proporción al cambio en el campo externo, y después de la saturación aparecen efectos de tipo no lineal. Aparecen cuando cada dipolo molecular se alinea a lo largo de las líneas de fuerza cerca de los dieléctricos polares, o se producen cambios en las sustancias no polares, causados por una fuerte deformación de los átomos y moléculas por una gran cantidad de energía aplicada desde el exterior. En casos prácticos, esto sucede muy raramente.
Constante dieléctrica
Entre los materiales aislantes, se otorga un papel importante a los indicadores eléctricos y una característica como la constante dieléctrica. Ambos son juzgados por dos características diferentes:
- valor absoluto;
- indicador relativo.
El término permitividad absoluta de una sustancia se refiere a la notación matemática de la ley de Coulomb. Con su ayuda, la relación entre el vector de inducción y la intensidad se describe en forma de coeficiente.
