Что такое диэлектрики: Диэлектрики

Диэлектрики

Репетиторы ❯ Физика ❯ Диэлектрики

Автор: Оксана Ф., онлайн репетитор по физике

●

14.01.2012

●

Раздел: Физика

Все жидкие и твердые вещества по характеру действия на них электростатического поля делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Диэлектрики (изоляторы) – вещества, которые плохо проводят или совсем не проводят электрический ток. К диэлектрикам относят воздух, некоторые газы, стекло, пластмассы, различные смолы, многие виды резины.

Если поместить в электрическое поле нейтральные тела из таких материалов, как стекло, эбонит, можно наблюдать их притяжение как к положительно заряженным, так и к отрицательно заряженным телам, но значительно более слабое.

Однако при разделении таких тел в электрическом поле их части оказываются нейтральными, как и всё тело в целом.

Следовательно, в таких телах нет свободных электрически заряженных частиц, способных перемещаться в теле под действием внешнего электрического поля. Вещества, не содержащие свободных электрически заряженных частиц, называют диэлектриками или изоляторами.

Притяжение незаряженных тел из диэлектриков к заряженным телам объясняется их способностью к поляризации.

Поляризация – явление смещения связанных электрических зарядов внутри атомов, молекул или внутри кристаллов под действием внешнего электрического поля. Самый простой пример поляризации – действие внешнего электрического поля на нейтральный атом. Во внешнем электрическом поле сила, действующая на отрицательно заряженную оболочку, направлена противоположно силе, которая действует на положительное ядро. Под действием этих сил электронная оболочка несколько смещается относительно ядра и деформируется.

Атом остаётся в целом нейтральным, но центры положительного и отрицательного заряда в нём уже не совпадают. Такой атом можно рассматривать как систему из двух равных по модулю точечных зарядов противоположного знака, которую называют диполем.

Если поместить пластину из диэлектрика между двумя металлическими пластинами с зарядами противоположного знака, все диполи в диэлектрике под действием внешнего электрического поля оказываются обращёнными положительными зарядами к отрицательной пластине и отрицательными зарядами к положительно заряженной пластине. Пластина диэлектрика остаётся в целом нейтральной,

но её поверхности покрыты противоположными по знаку связанными зарядами.

В электрическом поле поляризационные заряды на поверхности диэлектрика создают электрическое поле, противоположно направленное внешнему электрическому полю. В результате этого напряжённость электрического поля в диэлектрике уменьшается, но не становиться равной нулю.

Отношение модуля напряжённости E₀ электрического поля в вакууме к модулю напряжённости Е электрического поля в однородном диэлектрике называется диэлектрической проницаемостью ɛ вещества:

ɛ =  Е₀ / Е

При взаимодействии двух точечных электрических зарядов в среде с диэлектрической проницаемостью ɛ в результате уменьшения напряжённости поля в ɛ раз кулоновская сила также убывает в ɛ раз:

F_э = k (q₁ · q₂ / ɛr²)

Диэлектрики способны ослаблять внешнее электрическое поле.

Это их свойство применяется в конденсаторах.

Конденсаторы – это электрические приборы для накопления электрических зарядов. Простейший конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, разделённым слоем диэлектрика. При сообщении пластинам равных по модулю и противоположных по знаку зарядов +q и –q между пластинами создаётся электрическое поле с напряжённостью Е. Вне пластин действие электрических полей, направленное противоположно заряженных пластин, взаимно компенсируется, напряжённость поля равна нулю. Напряжение U между пластинами прямо пропорционально заряду на одной пластине, поэтому отношение заряда q к напряжению U

C = q / U

является для конденсатора величиной постоянной при любых значениях заряда

q. Это отношение С называется электроёмкостью конденсатора.

Остались вопросы? Не знаете, что такое диэлектрики?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Остались вопросы?

Задайте свой вопрос и получите ответ от профессионального преподавателя.

Задать вопрос

Физика

Курсы физики для студентов нефизических специальностей

Физика

Курсы по физике 10 класс

Информатика и ИКТ

Курс ЕГЭ по информатике

Математика

Курсы по математике 10 класс

Математика

Курсы по алгебре 7 класс

Английский язык

Курсы по бизнес английскому

Высшая математика

Высшая математика для студентов технических специальностей

Диэлектрик | это.

.. Что такое Диэлектрик?

Иное название этого понятия — «изолятор»; см. также другие значения.

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 10

8 см⁻³. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ.

Содержание 1 Физические свойства 2 Параметры 3 Примеры 4 Использование 4.1 Пассивные свойства диэлектриков 4.2 Активные свойства диэлектриков 5 См. также 6 Ссылки

Физические свойства

Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10⁻⁵ Ом·м, а к диэлектрикам — материалы, у которых ρ > 10⁸ Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10⁻⁸ Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 10¹⁶ Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10⁻⁵—10⁸ Ом·м. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причём двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.

Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические высокочастотные свойства сочетаются с необходимыми физико-механическими параметрами. Такие материалы называют высокочастотными. Для понимания электрических, магнитных и механических свойств материалов, а также причин старения нужны знания их химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов.

Удельное сопротивление деионизированной воды (см. также: бидистиллят) — 10-20 МОм·см.

Параметры

Физическим параметром, который характеризует диэлектрик, является диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость может иметь дисперсию.

Примеры

К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стёкла, различные смолы, пластмассы, многие виды резины.

Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.

Использование

При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов.

Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.

Пассивные свойства диэлектриков

Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных ёмкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определённой ёмкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.

Активные свойства диэлектриков

Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.

См. также

• Трекингостойкость
• Материаловедение
• Кондуктометрия

Ссылки

• Электроизоляционные материалы (диэлектрики)
• Характеристики электроизоляционных материалов

Диэлектрики и поляризация — GeeksforGeeks

Вы заметили, сколько изоляторов сделаны из дерева, пластика или стекла? Но почему? Когда мы используем дерево или пластик, почему нас не ударяет током? Почему вы получаете сильные удары током только от металлических проводов? В этой главе мы рассмотрим диэлектрики, поляризацию, диэлектрическую проницаемость и многое другое. Мы также рассмотрим некоторые типичные приложения и примеры этих диэлектриков.

Что такое диэлектрик?

Непроводящие материалы известны как диэлектрики. Они являются изоляционными материалами и плохими проводниками электрического тока. Диэлектрические материалы могут сохранять электростатический заряд, теряя очень мало энергии в виде тепла. Слюда, пластмассы, стекло, фарфор и другие оксиды металлов являются примерами диэлектриков. Также важно отметить, что даже сухой воздух является диэлектриком.

Классификация диэлектриков

Диэлектрики бывают двух типов:

• Полярные молекулы: Полярные молекулы — это те типы диэлектриков, в которых вероятность столкновения положительных и отрицательных молекул равна нулю или равна нулю. Это потому, что все они асимметричны по форме. H ₂ O, CO ₂ , NO ₂ и другие газы являются примерами. В отсутствие электрического поля электрический дипольный момент этих молекул движется в непредсказуемом направлении. В результате средний дипольный момент равен 0. Если есть внешнее электрическое поле, молекулы будут собираться в том же направлении, что и электрическое поле.
• Неполярная молекула: В отличие от полярных молекул центр положительного и отрицательного заряда в неполярных молекулах не совпадает, т. е. равен нулю. В молекуле больше нет постоянного (или присущего) дипольного момента. Примеры включают O ₂ , N ₂ , H ₂ и другие.

Индуцированный электрический дипольный момент

Когда к неполярной молекуле приложено внешнее электрическое поле, все протоны движутся в том же направлении, что и электрическое поле, а электроны движутся в противоположном направлении. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока внутренние давления не будут уравновешены из-за существования электрического поля. Это приводит к образованию двух центров заряда. Мы называем их индуцированным электрическим диполем, потому что они поляризованы. Индуцированный электрический дипольный момент — это дипольный момент.

Поляризуемость

Когда вещество подвергается воздействию электрического поля, оно склонно развивать электрический дипольный момент, пропорциональный приложенному полю. Поскольку материя состоит из элементарных частиц с электрическим зарядом, таких как протоны и электроны, она является свойством всей материи.

Отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные атомные ядра подвергаются воздействию противоположных сил и подвергаются разделению зарядов при воздействии электрического поля. Диэлектрическая проницаемость, а на высоких (оптических) частотах и ​​показатель преломления материала определяются его поляризуемостью.

Приложенное поле пропорционально индуцированному дипольному моменту и не зависит от температуры. Для одиночного полярного атома направление индуцированного дипольного момента (x) параллельно направлению электрического поля E. Поляризуемость связанной системы влияет на ее динамическую чувствительность к внешним полям.

Он также дает информацию о внутренней структуре молекулы. Поляризуемость твердого тела определяется как дипольный момент на единицу объема кристаллической ячейки:

P = ε ₀ α E

где α — атомная поляризуемость, а E — электрическое поле.

Единицей измерения в системе СИ является м3, а размеры равны объему.

Электрическая поляризация

Когда пластину диэлектрика помещают в электрическое поле, молекула приобретает дипольный момент. В таких случаях говорят, что диэлектрик поляризован. Электрическая поляризация диэлектрического вещества — это дипольный момент на единицу объема. P — это символ поляризации.

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение напряженности приложенного электрического поля к напряженности уменьшенного значения электрического поля конденсатора, когда диэлектрическая пластина помещается между параллельными пластинами. Формула выглядит следующим образом:

ε _r = E ₀ / E

, где E ₀ — приложенное электрическое поле, E — чистое поле, & ε _r — диэлектрическая проницаемость.

Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем большее количество заряда может удерживаться. Емкость конденсатора увеличивается на коэффициент диэлектрической проницаемости, когда зазор между пластинами полностью заполнен диэлектриком. C = ε _r C0, где C0 — емкость между пластинами без диэлектрика.

Электрическая прочность диэлектрика

Диэлектрическая прочность изоляционного материала — это наивысшая напряженность электрического поля, которую он может выдержать без потери своих изоляционных характеристик.

Диэлектрическая поляризация

Диэлектрическая поляризация возникает, когда внешнее электрическое поле воздействует на диэлектрическое вещество. При приложении электрического поля заряды (как положительные, так и отрицательные) смещаются. Основная цель диэлектрической поляризации состоит в том, чтобы соединить макроскопические и микроскопические характеристики.

В случае пьезоэлектрических кристаллов поляризация вызывается действием электрического поля или других внешних переменных, таких как механическое напряжение. Твердые материалы, собирающие электрический заряд, известны как пьезоэлектрические кристаллы.

Диэлектрик В пироэлектрических кристаллах поляризация может также возникать спонтанно, особенно в сегнетоэлектриках. Сегнетоэлектричество — это особенность некоторых материалов, в которых спонтанная электрическая поляризация может быть обращена вспять приложением электрического поля.

Формула для поляризации имеет следующий вид: 1) E

где P – поляризация, χ _e — восприимчивость, а E — электрическое поле.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Электрическое поле внутри конденсатора составляет 50 В/м, а диэлектрическая проницаемость = 4,5. Что такое поляризация?

Ответ:

Дано:

Диэлектрическая постоянная, ε _r = 4,5

Электрическое поле, E = 50 В/м

900 02 Восприимчивость, χ _e = ε _r − 1 = 4,5 − 1 = 3,5

Поляризация, P = χ _e E

= 3,5 × 50

= 175 Кл/м ²

Следовательно, поляризация равна 175 Кл/м ² .

Вопрос 2: Что такое диэлектрическая поляризация?

Ответ:

Когда к материалу приложено внешнее электрическое поле, для описания его поведения используется термин диэлектрическая поляризация. Внешнее электрическое поле вызывает появление дипольного момента в изоляционном материале, известное как диэлектрическая поляризация.

Когда ток взаимодействует с диэлектрическим (изолирующим) веществом, диэлектрический материал изменяет распределение своего заряда, при этом положительные заряды выравниваются с электрическим полем, а отрицательные заряды выравниваются с электрическим полем. Важные компоненты схемы, такие как конденсаторы, могут быть изготовлены с использованием этой реакции.

Вопрос 3: Относительная диэлектрическая проницаемость полистирола составляет 3,5. Какая поляризация возникает, если на лист полистирола толщиной 1,5 мм подается напряжение 240 В?

Ответ:

Учитывая, что

Диэлектрическая проницаемость 0 = 8,85 × 10 ⁻¹² C/V м

Толщина, d = 1,5 мм = 1,5 × 10 ⁻³ м

Напряжение, В = 240 В

Электрическое поле, E = В/d

                        = 240 / (1,5 × 10 9 0170 -3 ) ^В/м

                       = 1,6 × 10 ⁵ В/м

Поляризация, P = ε ₀ (ε _r — 1) E

                      = 8,85 × 10 ⁻¹² × (3,5 – 1) × 1,5 × 10 ⁵ Кл/м ²

                       = 3,32 × 10 ⁻⁶ Кл/м ²

Следовательно, поляризация в полистироле равна 3,32 × 10 ⁻⁶ Кл/м ² .

Вопрос 4: Объясните изоляторы и их свойства?

Ответ:

Изоляторы — это материалы, затрудняющие свободное протекание электрических зарядов. В атомах таких веществ электроны внешней оболочки прочно связаны с ядром. Эти химические вещества обладают высоким сопротивлением прохождению электричества, поскольку в них отсутствуют свободные носители заряда. Стекло, алмаз, фарфор, пластик, нейлон, дерево, слюда и другие неметаллы являются изоляторами.

Свойства:

• Изоляторы имеют плохую проводимость и высокое сопротивление.
• Их атомы содержат электроны, которые прочно связаны и не мигрируют по всему веществу.
• Ток не может свободно течь, потому что электроны стоят неподвижно и не могут свободно двигаться.

Вопрос 5: Что такое диэлектрические материалы?

Ответ:

Диэлектрические материалы — это изоляционные материалы, плохо проводящие электрический ток. Когда диэлектрик помещается в электрическое поле, он показывает электрический диполь, что означает, что положительно и отрицательно заряженные объекты разделены на молекулярном или атомном уровне. Они используются в конденсаторах, линиях электропередач и основаниях выключателей с электрической изоляцией, а также в розетках для освещения.

Значение, определение, применение и часто задаваемые вопросы

Диэлектрик — это материал, обладающий изолирующими свойствами. Это вещество, которое обладает способностью передавать электрическую силу без проводимости.

Мы видим много видов электрических и поляризованных материалов, которые обладают каким-то комбинированным свойством. Читая эту статью, вы столкнетесь со многими терминами, связанными с диэлектриком и его применением в современных жизненных ситуациях. Вы также познакомитесь с безразмерными величинами и числами, описывающими поведение электрических изоляторов под действием электрического поля. Итак, прыгаем вниз!

Что такое диэлектрик?

В приведенном выше тексте мы поняли, как определить диэлектрик, т. Е. Диэлектрик, также известный как диэлектрический материал, является электрическим изолятором. Когда на него действует внешнее электрическое поле, он поляризуется. Кроме того, они очень плохие проводники электричества.

Теперь определим диэлектрическую проницаемость:

Диэлектрическая проницаемость – это отношение диэлектрической проницаемости вещества к диэлектрической проницаемости свободного пространства. Далее, это выражается в степени, в которой какой-либо элемент напрягается электрическим потоком. Это становится электрическим эквивалентом относительной магнитной проницаемости.

Итак, что такое диэлектрический материал? Диэлектрическая частица является изолятором.

Итак, что такое определение диэлектрика?

Обратите внимание:

Электрические заряды не проходят через материалы, поскольку они реагируют, когда подвергаются воздействию электрического проводника; однако они смещаются со своего положения и значения, что приводит к диэлектрической поляризации. Поскольку материал поляризован, положительные заряды смещаются в сторону поля, а отрицательные заряды удаляются от поля.

Например, если поле движется по оси x, отрицательные заряды направляются к отрицательной оси x. Это, в свою очередь, создает внутреннее электрическое поле, которое минимизирует общую площадь внутри диэлектрика. В случае, если в диэлектрике есть молекулы со слабой связью, они не только поляризуются, но и переориентируются, позволяя выровнять оси симметрии относительно поля.

Понятие диэлектрической проницаемости 

С ростом диэлектрической проницаемости также резко возрастает плотность электрического потока. Однако остальные факторы не меняются. Это позволяет элементу из материала любого размера, например, металлическим пластинам, поддерживать электрический заряд в течение длительного периода времени, тем самым удерживая значительное количество заряда. Кроме того, вещества, обладающие высокой диэлектрической проницаемостью, применяются для создания высокоценных конденсаторов.

Вы не можете желать высокой диэлектрической проницаемости из-за его собственных свойств. Честно говоря, эти вещества будут разрушаться более естественным образом, когда они находятся под воздействием сильного электрического поля. Это не похоже на случай с материалами, имеющими низкую диэлектрическую проницаемость.

Например, сухой воздух обладает низкой диэлектрической проницаемостью; однако это лучший пример диэлектрических материалов для конденсаторов. Таким образом, он широко используется в мощных радиочастотных передатчиках. В случае если воздух внутри наткнется на пробой диэлектрика, все равно последствия не фатальные и временные. Если снять избыточное электрическое поле, воздух возвращается в свое нормальное состояние. Существуют также определенные твердые диэлектрические вещества, такие как стекло и полиэтилен, которые могут выдержать необратимые повреждения.

Что такое диэлектрический материал?

Мы знаем, что диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение емкости, индуцированной двумя металлическими пластинами в присутствии изолятора, к емкости того же места с вакуумом или воздухом.

Когда материал используется для любой изоляции, необходимо иметь низкую диэлектрическую проницаемость.

Формула диэлектрической проницаемости выглядит следующим образом:

\[k=\frac{C\epsilon _0A}{d}\]and\[k=\frac{C_0}{C}\]

(изображение будет скоро выложу)

Здесь:

C = емкость, используемая в материале в качестве диэлектрического конденсатора

C0 = емкость, когда вакуум используется в качестве диэлектрика

T = толщина образца

A = площадь пластины

ε0 = Диэлектрическая проницаемость свободного пространства (8,85 x 10⁻¹² Ф/м, т. е. фарад на метр)

Применение диэлектрической проницаемости

Это явление электрических свойств является безразмерным измерением. Стандартными тестами для измерения диэлектрических пластмасс являются ICE 60250, ASTM D150 и еще несколько методов.

Эти методы включают:

Сначала образец помещается между двумя металлическими пластинами. Здесь берется значение емкости. Затем значение снова измеряется без образца между двумя электродами. Диэлектрическая проницаемость есть не что иное, как просто значение их отношений.

• Здесь тест может быть применен в диапазоне значений частоты, фактически в диапазоне 10 Гц и 2 МГц.

• Образец здесь должен быть больше и плоский, чем круглый электрод диаметром 50 мм.

Диэлектрический материал используется для разделения проводящих пластин конденсатора. Этот изоляционный материал в значительной степени определяет свойства компонента. Диэлектрическая проницаемость материала определяет количество электричества, которое конденсатор может накапливать при подаче напряжения.

Диэлектрический материал поляризуется под воздействием электрического поля. Когда возникает поляризация, мощная электрическая площадь уменьшается.