Διηλεκτρικά και ηλεκτρική πόλωση

Διηλεκτρικό υλικό είναι το μη μεταλλικό υλικό που έχει υψηλή ειδική ειδική αντίσταση, αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας αντίστασης και μεγάλη αντίσταση μόνωσης.

Διηλεκτρικό

Το διηλεκτρικό είναι μια ουσία που πολώνεται όταν εκτίθεται σε ηλεκτρικό πεδίο. Τα φορτία που υπάρχουν στα μόρια απομακρύνονται το ένα από το άλλο λόγω της δράσης του εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο μειώνει την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου σε αυτό το μέσο. Τα μέταλλα έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Όταν ένας αγωγός συγκρατείται σε ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, ασκείται δύναμη από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που οφείλεται στο ηλεκτρικό πεδίο, παράγοντας μια κλίση δυναμικού στον αγωγό και λόγω αυτής της κλίσης, ένα επαγόμενο ηλεκτρικό πεδίο αντίθετο από το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο δημιουργειται. ηλεκτρικό πεδίο. Εξαιτίας αυτού του επαγόμενου ηλεκτρικού πεδίου, στην περίπτωση των ηλεκτροστατικών, το συνολικό ηλεκτρικό πεδίο είναι μηδέν στους περισσότερους αγωγούς.

Τύποι διηλεκτρικών

Υπάρχουν δύο τύποι διηλεκτρικών που είναι οι παρακάτω

1. Πολικό διηλεκτρικό
2. Μη πολικό διηλεκτρικό

• Πολικά διηλεκτρικά

Για το πολικό διηλεκτρικό έχουμε την εγγενή πολικότητα του μορίου. Με άλλα λόγια, το κέντρο μάζας του θετικού στοιχείου και το κέντρο μάζας του αρνητικού στοιχείου δεν συμπίπτουν. Ως εκ τούτου, έχει μια εγγενή διπολική ροπή και όταν συγκρατείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο προσανατολίζεται ανάλογα.

Τα H2O, CO2 είναι πολικά διηλεκτρικά.

• Μη – πολικά διηλεκτρικά

Για τα μη πολικά διηλεκτρικά δεν έχουμε την εγγενή πολικότητα του μορίου. Με άλλα λόγια, το κέντρο μάζας του θετικού στοιχείου και το κέντρο μάζας του αρνητικού στοιχείου συμπίπτουν. Ως εκ τούτου, δεν έχει εγγενή διπολική ροπή.

Τα H2, CH4 είναι μη πολικά διηλεκτρικά

Ηλεκτρική πόλωση

Όταν μια διηλεκτρική πλάκα τοποθετείται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, το μόριο φτάνει σε μια διπολική ροπή. Σε αυτή την περίπτωση, το διηλεκτρικό λέγεται ότι είναι πολωμένο. Η ηλεκτρική πόλωση ενός διηλεκτρικού υλικού ορίζεται ως η διπολική ροπή ανά μονάδα όγκου. Το P είναι το σύμβολο πόλωσης.

Διηλεκτρική σταθερά

Η διηλεκτρική σταθερά ορίζεται ως ο λόγος της ισχύος του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου προς την ισχύ της μειωμένης τιμής του πυκνωτή ηλεκτρικού πεδίου όταν ένα διηλεκτρικό διατηρείται μεταξύ των παράλληλων πλακών.

Η διηλεκτρική σταθερά δίνεται ως

ɛr =E0/E

Εδώ,

ɛr =Διηλεκτρική σταθερά

E0 =εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο

E =καθαρό ηλεκτρικό πεδίο

Όσο μεγαλύτερη είναι η διηλεκτρική σταθερά, τόσο περισσότερο φορτίο μπορεί να συγκρατηθεί. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή αυξάνεται κατά έναν συντελεστή διηλεκτρικής σταθεράς όταν ο χώρος μεταξύ των πλακών γεμίσει πλήρως με ένα διηλεκτρικό.

C =C0ɛr

C0 =χωρητικότητα πλακών χωρίς διηλεκτρικό 

Διηλεκτρική πόλωση

Η διηλεκτρική πόλωση προκύπτει όταν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται σε ένα διηλεκτρικό υλικό. Όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο, κινεί φορτία (τόσο θετικά όσο και αρνητικά). Ο κύριος στόχος της διηλεκτρικής πόλωσης είναι ο συνδυασμός μακροσκοπικών και μικροσκοπικών ιδιοτήτων.

Η πόλωση δίνεται ως

P =ɛo(ɛr – 1)E

Επαγόμενη ηλεκτρική διπολική ροπή

Όταν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται σε ένα μη πολικό μόριο, όλα τα πρωτόνια κινούνται στην ίδια κατεύθυνση με το ηλεκτρικό πεδίο και τα ηλεκτρόνια κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται εκτός εάν οι εσωτερικές πιέσεις εξισωθούν λόγω της παρουσίας ηλεκτρικού πεδίου. Αυτό δημιουργεί δύο κέντρα φόρτισης. Τα ονομάζουμε επαγόμενα ηλεκτρικά δίπολα καθώς είναι πολωμένα.

Διηλεκτρικό υλικό

Ως διηλεκτρικό υλικό ορίζεται ένα μη μεταλλικό υλικό που έχει υψηλή ειδική αντίσταση, αρνητικό συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας και υψηλή αντίσταση μόνωσης. Ο άλλος τρόπος ορισμού του διηλεκτρικού υλικού είναι ότι είναι ένα μη αγώγιμο υλικό που αποθηκεύει ηλεκτρικά φορτία.

• Το διηλεκτρικό υλικό μπορεί να είναι στερεό, υγρό και αέριο.
• Το κεραμικό, το πλαστικό, το γυαλί είναι στερεά διηλεκτρικά.
• Το απεσταγμένο νερό είναι ένα υγρό διηλεκτρικό.
• Το άζωτο και το ήλιο, ο ξηρός αέρας είναι αέρια διηλεκτρικά.

Ιδιότητες διηλεκτρικού υλικού

Υπάρχουν οι ακόλουθες ιδιότητες του διηλεκτρικού υλικού που τις παρουσιάζουν.

1. Τα διηλεκτρικά υλικά έχουν πολύ μεγάλο ενεργειακό κενό.
2. Τα διηλεκτρικά υλικά έχουν αρνητικό συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας και υψηλή αντίσταση μόνωσης.
3. Η ειδική αντίσταση ενός διηλεκτρικού υλικού είναι υψηλή.
4. Η έλξη είναι πολύ ισχυρή μεταξύ των ηλεκτρονίων και του γονικού πυρήνα.
5. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του διηλεκτρικού υλικού είναι πολύ χαμηλή επειδή δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια που μπορούν να μεταφέρουν ρεύμα.

Χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας με διηλεκτρικό γεμάτο μεταξύ των πλακών

Τα φορτία θωρακίζονται στις δύο πλάκες από τη μικρή διπολική ροπή του υλικού. Ως αποτέλεσμα αυτού, η επίδραση της διηλεκτρικής ουσίας είναι αλλαγές που τοποθετούνται μεταξύ των δύο πλακών. Η διαπερατότητα ενός υλικού αντιπροσωπεύεται από τη σχετική διαπερατότητα k.

Η χωρητικότητα της παράλληλης πλάκας όταν γεμίζεται διηλεκτρικό δίνεται ως

C =ɛA/d =kɛoA/d

Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας αυξάνεται βάζοντας ένα διηλεκτρικό μεταξύ των δύο πλακών και η τιμή της διαπερατότητας k είναι μεγαλύτερη από 1 (ένα).

Συμπέρασμα 

Το διηλεκτρικό είναι μια ουσία που πολώνεται όταν εκτίθεται σε ηλεκτρικό πεδίο.

Υπάρχουν δύο τύποι διηλεκτρικών που είναι οι παρακάτω

1. Πολικό διηλεκτρικό
2. Μη πολικό διηλεκτρικό

Τα H2O, CO2 είναι πολικά διηλεκτρικά.

Τα H2, CH4  είναι μη πολικά διηλεκτρικά

Η ηλεκτρική πόλωση ενός διηλεκτρικού υλικού ορίζεται ως η διπολική ροπή ανά μονάδα όγκου.

Η διηλεκτρική σταθερά δίνεται ως

ɛr =E0/E

Το διηλεκτρικό υλικό είναι ένα μη αγώγιμο υλικό που αποθηκεύει ηλεκτρικά φορτία.

Το διηλεκτρικό υλικό μπορεί να είναι στερεό, υγρό και αέριο.

Το κεραμικό, το πλαστικό, το γυαλί είναι στερεά διηλεκτρικά.

Το απεσταγμένο νερό είναι ένα υγρό διηλεκτρικό.

Το άζωτο και το ήλιο, ο ξηρός αέρας είναι αέρια διηλεκτρικά.

Η ειδική αντίσταση ενός διηλεκτρικού υλικού είναι υψηλή.

Ο κύριος στόχος της διηλεκτρικής πόλωσης είναι ο συνδυασμός μακροσκοπικών και μικροσκοπικών ιδιοτήτων.

Η πόλωση δίνεται ως

P =ɛo(ɛr – 1)E