Fenomena seperti suseptibilitas dan permitivitas dielektrik tidak hanya ditemukan dalam fisika, tetapi juga dalam kehidupan sehari-hari. Berkenaan dengan itu, perlu diketahui makna fenomena tersebut dalam ilmu pengetahuan, pengaruhnya dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Penentuan tegangan
Intensitas adalah besaran vektor dalam fisika, yang dihitung dari gaya yang mempengaruhi satu muatan positif yang ditempatkan pada titik bidang yang dipelajari. Setelah dielektrik ditempatkan di medan elektrostatik eksternal, ia memperoleh momen dipol, dengan kata lain, menjadi terpolarisasi. Untuk menggambarkan polarisasi secara kuantitatif dalam dielektrik, digunakan polarisasi - indeks fisik vektor yang dihitung sebagai momen dipol dari nilai volume dielektrik.
Vektor intensitas setelah melewati permukaan antara dua dielektrik mengalami perubahan mendadak, menyebabkan interferensi selama perhitungan medan elektrostatik. Dalam hal ini, karakteristik tambahan diperkenalkan - vektorperpindahan listrik.
Dengan menggunakan permitivitas, Anda dapat mengetahui berapa kali dielektrik dapat melemahkan medan eksternal. Untuk menjelaskan medan elektrostatik dalam dielektrik secara rasional, vektor perpindahan listrik digunakan.
Definisi dasar
Permitivitas mutlak suatu medium adalah koefisien yang termasuk dalam notasi matematika dari hukum Coulomb dan persamaan hubungan antara kuat medan listrik dan induksi listrik. Permitivitas mutlak dapat direpresentasikan sebagai produk dari permitivitas relatif medium dan konstanta listrik.
Suseptibilitas dielektrik, yang disebut polarisasi suatu zat, adalah kuantitas fisik yang dapat dipolarisasi di bawah pengaruh medan listrik. Ini juga merupakan koefisien koneksi linier medan listrik eksternal dengan polarisasi dielektrik dalam medan kecil. Rumus untuk suseptibilitas dielektrik ditulis sebagai: X=na.
Dalam kebanyakan kasus, dielektrik memiliki suseptibilitas dielektrik positif, sedangkan nilai ini tidak berdimensi.
Feroelektrik adalah fenomena fisik yang terdapat dalam kristal tertentu, yang disebut feroelektrik, pada nilai suhu tertentu. Ini terdiri dari munculnya polarisasi spontan dalam kristal bahkan tanpa medan listrik eksternal. Perbedaan antara ferroelektrik dan piroelektrik adalahbahwa pada rentang suhu tertentu modifikasi kristalnya berubah, dan polarisasi acak menghilang.
Petugas listrik di lapangan tidak berperilaku seperti konduktor, tetapi mereka memiliki karakteristik yang sama. Dielektrik berbeda dari konduktor karena tidak adanya pembawa muatan bebas. Mereka ada, tetapi dalam jumlah minimal. Dalam konduktor, elektron yang bergerak bebas dalam kisi kristal logam akan menjadi pembawa muatan yang serupa. Namun, elektron dalam dielektrik terikat pada atomnya sendiri dan tidak dapat bergerak dengan mudah. Setelah pengenalan dielektrik ke dalam medan dengan listrik, elektrisasi muncul di dalamnya, seperti konduktor. Perbedaan dari dielektrik adalah bahwa elektron tidak bergerak bebas di seluruh volume, seperti halnya dalam konduktor. Namun, di bawah pengaruh medan listrik eksternal, sedikit perpindahan muatan muncul dari dalam molekul zat: muatan positif akan dipindahkan ke arah medan, dan muatan negatif akan sebaliknya.
Dalam hal ini, permukaan memperoleh muatan tertentu. Prosedur munculnya muatan pada permukaan suatu zat di bawah pengaruh medan listrik disebut polarisasi dielektrik. Jika dalam dielektrik homogen dan nonpolar dengan konsentrasi molekul tertentu semua partikel adalah sama, maka polarisasinya juga akan sama. Dan dalam kasus suseptibilitas dielektrik dari dielektrik, nilai ini tidak berdimensi.
Biaya Terikat
Karena proses polarisasi, muatan tak terkompensasi muncul dalam volume zat dielektrik, yang disebut polarisasi atau terikat. partikel,memiliki muatan ini, hadir dalam muatan molekul dan, di bawah pengaruh medan listrik eksternal, dipindahkan dari posisi kesetimbangan tanpa meninggalkan molekul di mana mereka berada.
Muatan terikat dicirikan oleh kerapatan permukaan. Suseptibilitas dan permeabilitas dielektrik medium menentukan berapa kali gaya ikat dua muatan listrik dalam ruang kurang dari indikator yang sama dalam ruang hampa.
Kerentanan dan permeabilitas udara relatif dari sebagian besar gas lain dalam kondisi standar mendekati satu (karena bidangnya kecil). Suseptibilitas dan permitivitas dielektrik relatif dalam feroelektrik adalah puluhan dan ratusan ribu pada permukaan separasi dari sepasang dielektrik dengan permitivitas dan kerentanan absolut yang berbeda dari zat, serta komponen kekuatan tangensial yang sama di antara mereka.
Di antara banyak situasi praktis, ada pertemuan dengan transisi arus dari benda logam ke dunia sekitarnya, sedangkan konduktivitas spesifik yang terakhir beberapa kali lebih kecil daripada konduktivitas benda ini. Situasi serupa dapat terjadi, misalnya, selama aliran arus melalui elektroda logam yang terkubur di dalam tanah. Elektroda baja sering digunakan. Jika tugasnya adalah menentukan kerentanan dielektrik kaca, maka tugasnya akan agak rumit oleh fakta bahwa zat ini memiliki sifat ion-relaksasi, karena itu sebagian kecilterlambat.
Pada batas sepasang dielektrik dengan permeabilitas yang berbeda dengan adanya medan eksternal, muatan polarisasi muncul dengan indeks yang berbeda dengan kerapatan permukaan yang berbeda. Ini adalah bagaimana kondisi baru untuk pembiasan garis medan selama transisi dari dielektrik ke yang lain.
Hukum pembiasan dalam hal garis arus dalam bentuknya dapat dianggap mirip dengan hukum pembiasan garis perpindahan di ambang dua dielektrik dalam medan elektrostatik.
Setiap benda dan zat di dunia sekitarnya memiliki sifat listrik tertentu. Alasannya terletak pada struktur molekul dan atom - keberadaan partikel bermuatan yang berada dalam keadaan saling berhubungan atau bebas.
Jika zat tersebut tidak terpengaruh oleh medan eksternal, maka bagian-bagian tersebut ditempatkan, saling menyeimbangkan, dalam total volume total, tanpa menciptakan medan listrik tambahan. Jika ada penerapan energi listrik dari luar, redistribusi muatan akan muncul di dalam molekul dan atom yang ada, yang akan menyebabkan munculnya medan internalnya sendiri, yang akan diarahkan ke luar.
Saat menetapkan bidang eksternal yang diterapkan sebagai E0, dan internal E', maka seluruh bidang E akan menjadi jumlah dari nilai-nilai ini.
Semua zat dalam listrik biasanya dibagi menjadi:
- konduktor;
- dielektrik.
Klasifikasi ini telah ada sejak lama, tetapi tidak sepenuhnya akurat, karena sains telah lama menemukan benda-benda baru atau gabungansifat-sifat materi.
Konduktor
Karena zat konduktif dapat menjadi media yang di dalamnya terdapat muatan bebas. Logam sering dianggap sebagai masalah seperti itu, karena strukturnya menyiratkan keberadaan konstan elektron bebas yang dapat bergerak di dalam seluruh rongga zat. Kerentanan dielektrik medium memungkinkan Anda untuk menjadi peserta dalam proses termal
Jika konduktor diisolasi dari pengaruh medan listrik eksternal, maka keseimbangan muncul di dalamnya antara muatan positif dan negatif. Keadaan ini segera menghilang ketika sebuah konduktor muncul dalam medan listrik, yang mendistribusikan kembali partikel bermuatan dengan energinya dan memicu munculnya muatan yang tidak seimbang dengan nilai positif dan negatif di permukaan luar
Fenomena ini disebut induksi elektrostatik. Muatan yang muncul di bawah aksinya pada permukaan logam disebut muatan induksi.
Muatan induktif yang muncul di konduktor menciptakan medannya sendiri, yang mengkompensasi pengaruh medan eksternal di dalam konduktor. Dalam hal ini, indikator medan elektrostatik total total akan dikompensasi dan sama dengan 0. Potensi setiap titik di dalam dan di luar adalah sama.
Hasil ini menunjukkan bahwa di dalam konduktor (bahkan dengan medan eksternal terhubung) tidak ada perbedaan potensial dan tidak ada medan elektrostatik. Fakta ini digunakan dalam perisai karena penggunaanmetode perlindungan elektro-optik seseorang dan peralatan listrik yang peka terhadap medan, terutama alat ukur presisi tinggi dan teknologi mikroprosesor.
Ada juga hubungan antara permitivitas dan kerentanan. Namun, itu dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus. Jadi hubungan antara konstanta dielektrik dan suseptibilitas dielektrik memiliki notasi sebagai berikut: e=1+X.
prinsip ESD
Dengan bantuan pelindung, pakaian dan sepatu yang terbuat dari bahan dengan sifat konduktif, termasuk topi, digunakan di sektor energi untuk keselamatan personel yang bekerja dalam kondisi tegangan tinggi yang dipicu oleh perangkat bertegangan tinggi. Medan elektrostatik tidak menembus di dalam konduktor, karena ketika konduktor dimasukkan ke dalam medan listrik, akan dikompensasi oleh medan yang timbul karena pergerakan muatan bebas.
Dielektrik
Nama ini termasuk zat yang memiliki kualitas isolasi. Mereka hanya berisi biaya yang saling berhubungan, bukan yang gratis. Setiap partikel positif di dalamnya akan terikat pada partikel negatif di dalam atom dengan muatan netral yang sama tanpa gerakan bebas. Mereka didistribusikan dari dalam dielektrik dan tidak dapat mengubah posisinya di bawah pengaruh medan eksternal. Pada saat yang sama, kerentanan dielektrik zat dan energi yang dihasilkan masih memerlukan perubahan tertentu dalam struktur zat. Dari dalam atom dan molekul, rasio berubahmuatan positif dan negatif partikel, dan muatan ekstra tidak seimbang yang saling berhubungan muncul di permukaan zat, menciptakan medan listrik internal. Ini diarahkan pada tegangan yang diberikan dari luar.
Fenomena ini disebut polarisasi dielektrik. Hal ini dapat dicirikan oleh fakta bahwa medan listrik muncul dari dalam zat, yang disebabkan oleh pengaruh energi eksternal, tetapi dilemahkan oleh kontradiksi dari medan internal.
Jenis polarisasi
Di dalam dielektrik, dapat diwakili oleh dua jenis:
- orientasi;
- elektronik.
Tipe pertama juga memiliki nama tambahan - polarisasi dipol. Properti ini melekat pada dielektrik dengan pusat-pusat yang dipindahkan pada muatan positif dan negatif, yang menciptakan molekul dari dipol kecil - kombinasi netral dari sepasang muatan. Fenomena ini khas untuk cairan, hidrogen sulfida, membawa nitrogen.
Tanpa pengaruh medan listrik eksternal dalam zat ini, dipol molekul diorientasikan secara acak di bawah pengaruh perubahan suhu yang ada, ketika muatan listrik tidak muncul di bagian luar dielektrik.
Gambar ini berubah di bawah aksi energi yang diterapkan dari luar, ketika dipol tidak banyak berubah orientasinya dan muatan terikat makroskopik yang tidak terkompensasi muncul di permukaan, menciptakan medan dengan arah yang berlawanan dengan medan yang diterapkan dari luar.
Polarisasi elektronik, elastismekanisme
Fenomena ini terjadi pada dielektrik non-polar - bahan dari jenis yang berbeda dengan molekul di mana tidak ada momen dipol, yang, di bawah aksi medan eksternal, berubah bentuk sehingga hanya muatan positif yang berorientasi pada arah vektor medan eksternal, dan muatan negatif - dalam arah yang berlawanan.
Akibatnya, setiap molekul berfungsi sebagai dipol listrik yang berorientasi sepanjang sumbu medan eksternal yang diterapkan. Dengan cara yang sama, bidang sendiri muncul di permukaan luar, yang memiliki arah yang berlawanan.
Polarisasi dielektrik non-polar
Untuk zat-zat ini, perubahan molekul dan polarisasi berikutnya dari pengaruh medan luar tidak bergantung pada pergerakannya di bawah pengaruh suhu. Metana CH4 dapat digunakan sebagai dielektrik nonpolar. Indikator numerik medan internal untuk kedua dielektrik awalnya akan berubah besarnya sebanding dengan perubahan medan eksternal, dan setelah saturasi, efek jenis nonlinier muncul. Mereka muncul ketika setiap dipol molekul berbaris di sepanjang garis gaya di dekat dielektrik polar, atau perubahan zat non-polar terjadi, yang disebabkan oleh deformasi kuat atom dan molekul dari sejumlah besar energi yang diterapkan dari luar. Dalam kasus praktis, ini sangat jarang terjadi.
Konstanta Dielektrik
Di antara bahan isolasi, peran serius diberikan pada indikator listrik dan karakteristik seperti konstanta dielektrik. Keduanya dinilai berdasarkan dua karakteristik yang berbeda:
- nilai mutlak;
- indikator relatif.
Istilah permitivitas mutlak suatu zat mengacu pada notasi matematika dari hukum Coulomb. Dengan bantuannya, hubungan antara vektor induksi dan intensitas digambarkan dalam bentuk koefisien.
