پدیده هایی مانند حساسیت دی الکتریک و گذردهی نه تنها در فیزیک، بلکه در زندگی روزمره نیز یافت می شود. در این راستا لازم است معنای این پدیده ها در علم، تأثیر و کاربرد آنها در زندگی روزمره مشخص شود.
تعیین تنش
شدت یک کمیت برداری در فیزیک است که از نیرویی که بر یک بار مثبت منفرد تأثیر می گذارد که در نقطه میدان مورد مطالعه قرار می گیرد، محاسبه می شود. پس از قرار گرفتن دی الکتریک در یک میدان الکترواستاتیک خارجی، یک گشتاور دوقطبی به دست می آورد، به عبارت دیگر، قطبی می شود. برای توصیف کمی قطبش در دی الکتریک، از پلاریزاسیون استفاده می شود - یک شاخص فیزیکی برداری که به عنوان گشتاور دوقطبی مقدار حجم دی الکتریک محاسبه می شود.
بردار شدت پس از عبور از صورت بین دو دی الکتریک دچار تغییرات ناگهانی می شود که باعث ایجاد تداخل در هنگام محاسبه میدان های الکترواستاتیک می شود. در این راستا، یک ویژگی اضافی - بردار معرفی شده استجابجایی الکتریکی.
با استفاده از گذردهی، می توانید بفهمید که یک دی الکتریک چند بار می تواند یک میدان خارجی را ضعیف کند. برای توضیح منطقی ترین میدان های الکترواستاتیک در دی الکتریک ها، از بردار جابجایی الکتریکی استفاده می شود.
تعاریف پایه
گذردهی مطلق یک محیط ضریبی است که در نماد ریاضی قانون کولن و معادله رابطه بین قدرت میدان الکتریکی و القای الکتریکی گنجانده شده است. گذردهی مطلق را می توان به عنوان حاصلضرب گذردهی نسبی محیط و ثابت الکتریسیته نشان داد.
حساسیت دی الکتریک که قطبش پذیری یک ماده نامیده می شود، یک کمیت فیزیکی است که می تواند تحت تأثیر میدان الکتریکی قطبی شود. همچنین ضریب اتصال خطی میدان الکتریکی خارجی با قطبش دی الکتریک در یک میدان کوچک است. فرمول حساسیت دی الکتریک به صورت زیر نوشته می شود: X=na.
در بیشتر موارد، دی الکتریک ها حساسیت دی الکتریک مثبت دارند، در حالی که این مقدار بدون بعد است.
فروالکتریک یک پدیده فیزیکی است که در کریستال های خاصی به نام فروالکتریک در مقادیر دمایی مشخص وجود دارد. این شامل ظاهر قطبی شدن خود به خود در یک کریستال حتی بدون میدان الکتریکی خارجی است. تفاوت فروالکتریک و پیرالکتریک در این استکه در محدوده‌های دمایی خاصی، اصلاح کریستالی آنها تغییر می‌کند و قطبش تصادفی ناپدید می‌شود.
برق در این زمینه مانند هادی ها رفتار نمی کنند، اما ویژگی های مشترکی دارند. یک دی الکتریک با یک هادی در نبود حامل های شارژ آزاد متفاوت است. آنها وجود دارند، اما در مقادیر کم. در یک رسانا، الکترونی که آزادانه در شبکه کریستالی یک فلز حرکت می کند، به حامل بار مشابهی تبدیل می شود. با این حال، الکترون های یک دی الکتریک به اتم های خود پیوند دارند و نمی توانند به راحتی حرکت کنند. پس از ورود دی الکتریک ها به یک میدان با الکتریسیته، الکتریسیته در آن مانند یک رسانا ظاهر می شود. تفاوت با دی الکتریک این است که الکترون ها مانند یک هادی آزادانه در سراسر حجم حرکت نمی کنند. با این حال، تحت تأثیر یک میدان الکتریکی خارجی، یک جابجایی جزئی بارها از داخل مولکول ماده ایجاد می شود: یک بار مثبت در جهت میدان جابه جا می شود و یک بار منفی برعکس.
در این رابطه، سطح بار مشخصی پیدا می کند. روش ظاهر شدن بار روی سطح یک ماده تحت تأثیر میدان های الکتریکی را پلاریزاسیون دی الکتریک می گویند. اگر در یک دی الکتریک همگن و غیرقطبی با غلظت معینی از مولکول ها همه ذرات یکسان باشند، قطبش نیز یکسان خواهد بود. و در مورد حساسیت دی الکتریک دی الکتریک، این مقدار بی بعد خواهد بود.
هزینه های محدود
به دلیل فرآیند پلاریزاسیون، بارهای جبران نشده در حجم یک ماده دی الکتریک ظاهر می شود که پلاریزاسیون یا محدود نامیده می شود. ذرات،داشتن این بارها، در بارهای مولکول‌ها وجود دارد و تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی، بدون خروج از مولکولی که در آن قرار دارند، از موقعیت تعادلی خارج می‌شوند.
بارهای محدود با چگالی سطح مشخص می شوند. حساسیت دی الکتریک و نفوذپذیری محیط تعیین می کند که چند برابر نیروی اتصال دو بار الکتریکی در فضا کمتر از یک شاخص در خلاء باشد.
حساسیت نسبی هوا و نفوذپذیری بیشتر گازهای دیگر در شرایط استاندارد نزدیک به واحد است (به دلیل صفحه کوچک). حساسیت و گذردهی نسبی دی الکتریک در فروالکتریک ها ده ها و صدها هزار در سطح جداسازی یک جفت دی الکتریک با گذردهی مطلق و حساسیت ماده متفاوت و همچنین مولفه های مقاومت مماسی برابر بین آنها است.
در میان بسیاری از موقعیت های عملی، ملاقاتی با انتقال جریان از یک جسم فلزی به دنیای اطراف وجود دارد، در حالی که رسانایی ویژه دومی چندین برابر کمتر از رسانایی این جسم است. موقعیت‌های مشابهی می‌تواند رخ دهد، برای مثال، در هنگام عبور جریان از الکترودهای فلزی مدفون در زمین. اغلب از الکترودهای فولادی استفاده می شود. اگر وظیفه تعیین حساسیت دی الکتریک شیشه باشد، کار تا حدودی پیچیده خواهد شد زیرا این ماده دارای خاصیت آرام سازی یونی است، به همین دلیل مقدار کمیتاخیر.
در مرز یک جفت دی الکتریک با نفوذپذیری های مختلف در حضور میدان خارجی، بارهای پلاریزاسیون با شاخص های مختلف با چگالی سطحی متفاوت ظاهر می شوند. بدین ترتیب یک شرط جدید برای شکست خط میدان در حین انتقال از دی الکتریک به دی الکتریک دیگر به دست می آید.
قانون شکست در مورد خطوط جریان به شکل آن را می توان مشابه قانون شکست خطوط جابجایی در آستانه دو دی الکتریک در میدان های الکترواستاتیک در نظر گرفت.
هر جسم و ماده دنیای اطراف دارای خواص الکتریکی خاصی است. دلیل این امر در ساختار مولکولی و اتمی نهفته است - وجود ذرات باردار که در حالت به هم پیوسته یا آزاد هستند.
اگر ماده تحت تأثیر یک میدان خارجی قرار نگیرد، چنین قطعاتی بدون ایجاد میدان های الکتریکی اضافی، در مجموع حجم کل یکدیگر را متعادل می کنند. اگر انرژی الکتریکی از خارج استفاده شود، توزیع مجدد بارها در داخل مولکول ها و اتم های موجود ظاهر می شود که منجر به ظهور میدان داخلی خود می شود که به سمت خارج هدایت می شود.
هنگامی که فیلد خارجی اعمال شده را به عنوان E0 و E داخلی تعیین می کنیم، کل فیلد E حاصل جمع این مقادیر خواهد بود.
همه مواد موجود در الکتریسیته معمولاً به: تقسیم می شوند
- رسانا؛
- دی الکتریک.
این طبقه بندی برای مدت طولانی وجود داشته است، اما کاملاً دقیق نیست، زیرا علم مدتهاست اجسام جدید یا ترکیبی را کشف کرده است.خواص ماده.
رسانا
به عنوان مواد رسانا می توانند رسانه ای باشند که در آن هزینه های رایگان وجود دارد. فلزات اغلب چنین موادی در نظر گرفته می شوند، زیرا ساختار آنها مستلزم حضور مداوم الکترون های آزاد است که می توانند در کل حفره ماده حرکت کنند. حساسیت دی الکتریک محیط به شما امکان می دهد در فرآیند حرارتی شرکت کنید
اگر رسانا از تأثیر میدان الکتریکی خارجی جدا شده باشد، در داخل آن تعادلی بین بارهای مثبت و منفی ظاهر می شود. این حالت بلافاصله با ظاهر شدن یک رسانا در میدان الکتریکی ناپدید می شود که ذرات باردار را با انرژی خود بازتوزیع می کند و ظاهر بارهای نامتعادل با مقادیر مثبت و منفی را در سطح بیرونی تحریک می کند
این پدیده القای الکترواستاتیک نامیده می شود. بارهایی که تحت تأثیر آن بر روی سطح فلز ظاهر می شوند، بارهای القایی نامیده می شوند.
بارهای القایی که در هادی به وجود آمده اند میدان خود را ایجاد می کنند که تأثیر میدان خارجی را در داخل هادی جبران می کند. در این راستا، نشانگر کل میدان الکترواستاتیکی جبران شده و برابر با 0 خواهد بود. پتانسیل هر نقطه در داخل و خارج برابر است.
این نتیجه نشان می دهد که در داخل هادی (حتی با یک میدان خارجی متصل شده) هیچ تفاوتی در پتانسیل ها و هیچ میدان الکترواستاتیکی وجود ندارد. این واقعیت به دلیل استفاده در حفاظ استفاده می شودروش حفاظت الکترواپتیکی از افراد و تجهیزات الکتریکی حساس به میدان ها، به ویژه ابزارهای اندازه گیری با دقت بالا و فناوری ریزپردازنده.
همچنین ارتباطی بین اجازه پذیری و حساسیت وجود دارد. با این حال، می توان آن را با استفاده از یک فرمول بیان کرد. بنابراین رابطه بین ثابت دی الکتریک و حساسیت دی الکتریک دارای نماد زیر است: e=1+X.
اصل ESD
با کمک محافظ، لباس ها و کفش های ساخته شده از مواد با خاصیت رسانایی، از جمله کلاه، در بخش انرژی برای ایمنی پرسنل کار در شرایط تنش بالا که توسط دستگاه های ولتاژ بالا تحریک می شود، استفاده می شود. میدان الکترواستاتیک به داخل هادی نفوذ نمی کند، زیرا وقتی هادی وارد میدان الکتریکی می شود، با میدانی که در اثر حرکت بارهای آزاد ایجاد می شود، جبران می شود.
دی الکتریک
این نام متعلق به موادی است که خاصیت عایق دارند. آنها فقط شامل هزینه های به هم پیوسته هستند، نه هزینه های رایگان. هر ذره مثبت در آنها به یک ذره منفی در داخل یک اتم با بار خنثی مشترک بدون حرکت آزاد متصل می شود. آنها از داخل دی الکتریک ها توزیع می شوند و نمی توانند موقعیت خود را تحت تأثیر میدان های خارجی تغییر دهند. در عین حال، حساسیت دی الکتریک ماده و انرژی حاصل از آن همچنان تغییرات خاصی در ساختار ماده دارد. از داخل اتم و مولکول، نسبت تغییر می کندبارهای مثبت و منفی ذره و بارهای به هم پیوسته نامتعادل اضافی روی سطح ماده ظاهر می شوند و میدان الکتریکی داخلی ایجاد می کنند. به سمت کشش اعمال شده از بیرون هدایت می شود.
این پدیده پلاریزاسیون دی الکتریک نامیده می شود. می توان آن را با این واقعیت مشخص کرد که یک میدان الکتریکی از داخل ماده ایجاد می شود که در اثر تأثیر انرژی خارجی ایجاد می شود، اما در اثر مقابله با میدان داخلی ضعیف می شود.
انواع پلاریزاسیون
داخل دی الکتریک، می توان آن را با دو نوع نشان داد:
- گرایش;
- الکترونیک.
نوع اول یک نام اضافی نیز دارد - قطبش دوقطبی. این ویژگی در دی الکتریک ها با مراکز جابجا شده در بار مثبت و منفی است که مولکول هایی را از دوقطبی های کوچک ایجاد می کند - ترکیبی خنثی از یک جفت بار. این پدیده برای یک مایع، سولفید هیدروژن، نیتروژن حمل شده معمول است.
بدون تأثیر میدان الکتریکی خارجی در این مواد، دوقطبی های مولکولی به طور تصادفی تحت تأثیر تغییرات دمایی موجود، زمانی که بار الکتریکی در خارج دی الکتریک ظاهر نمی شود، جهت گیری می کنند.
این تصویر تحت تأثیر انرژی اعمال شده از خارج تغییر می کند، زمانی که دوقطبی ها جهت خود را زیاد تغییر نمی دهند و بارهای محدود ماکروسکوپی جبران نشده روی سطح ظاهر می شوند و میدانی با جهت مخالف میدان اعمال شده از خارج ایجاد می کنند.
قطبش الکترونیکی، الاستیکمکانیسم
این پدیده در دی‌الکتریک‌های غیرقطبی رخ می‌دهد - موادی از نوع متفاوت با مولکول‌هایی که در آنها گشتاور دوقطبی وجود ندارد، که تحت تأثیر یک میدان خارجی، تغییر شکل می‌دهند به طوری که فقط بارهای مثبت در جهت گیری می‌شوند. جهت بردار میدان خارجی، و بارهای منفی - در جهت مخالف.
در نتیجه، هر مولکول به عنوان یک دوقطبی الکتریکی جهت گیری در امتداد محور میدان خارجی اعمال شده عمل می کند. به روشی مشابه، یک میدان خود در سطح بیرونی ظاهر می شود که جهت مخالف دارد.
قطبش یک دی الکتریک غیر قطبی
برای این مواد، تغییر مولکول‌ها و قطبش متعاقب آن از تأثیر میدان بیرون به حرکت آنها تحت تأثیر دما بستگی ندارد. متان CH4 را می توان به عنوان دی الکتریک غیرقطبی استفاده کرد. اندیکاتورهای عددی میدان داخلی برای هر دو دی الکتریک در ابتدا به نسبت تغییر میدان خارجی تغییر می کنند و پس از اشباع، اثراتی از نوع غیر خطی ظاهر می شوند. آنها زمانی ظاهر می شوند که هر دوقطبی مولکولی در امتداد خطوط نیرو در نزدیکی دی الکتریک های قطبی قرار می گیرند، یا تغییراتی در مواد غیرقطبی رخ می دهد که ناشی از تغییر شکل شدید اتم ها و مولکول ها از مقدار زیادی انرژی اعمال شده از خارج است. در موارد عملی، این به ندرت اتفاق می افتد.
ثابت دی الکتریک
در بین مواد عایق، نقش جدی به نشانگرهای الکتریکی و مشخصه ای مانند ثابت دی الکتریک داده می شود. هر دو با دو ویژگی متفاوت قضاوت می شوند:
- مقدار مطلق؛
- شاخص نسبی.
اصطلاح گذردهی مطلق یک ماده به نماد ریاضی قانون کولن اشاره دارد. با کمک آن، رابطه بین بردار القاء و شدت در قالب یک ضریب توصیف می شود.
