Por que os dielétricos não conduzem corrente

Para responder à pergunta «por que um dielétrico não conduz eletricidade?» sobre o aparecimento e existência de corrente elétrica… E então vamos comparar como condutores e dielétricos se comportam em relação a encontrar uma resposta para esta pergunta.

Atual

A corrente elétrica é chamada de movimento ordenado, isto é, direcionado, de partículas carregadas campo elétrico… Assim, primeiro, a existência de uma corrente elétrica requer a presença de partículas carregadas livres capazes de se mover de maneira direcionada. Em segundo lugar, é necessário um campo elétrico para conduzir essas cargas. E, claro, deve haver um certo espaço em que ocorre esse movimento de partículas carregadas, chamado de corrente elétrica.

Partículas carregadas livres são abundantes em condutores: em metais, em eletrólitos, em plasma. Em um condutor de cobre, por exemplo, são elétrons livres, em um eletrólito - íons, por exemplo, íons de ácido sulfúrico (hidrogênio e óxido de enxofre) em uma bateria de chumbo-ácido, em plasma - íons e elétrons, são eles que movem durante uma descarga elétrica em um gás ionizado.

Metal

Por exemplo, vamos pegar dois pedaços de fio de cobre e usá-los para conectar uma pequena lâmpada a uma bateria. O que vai acontecer? A luz começará a brilhar, o que significa que um corrente elétrica direta… Entre as pontas dos fios existe agora uma diferença de potencial criada pela bateria, o que significa que um campo elétrico começou a atuar dentro do fio.

O campo elétrico força os elétrons das camadas externas dos átomos de cobre a se moverem na direção do campo - de átomo para átomo, de átomo para o próximo átomo, e assim por diante ao longo da cadeia, porque os elétrons das camadas externas do metal os átomos são muito menos fortemente ligados aos núcleos do que os elétrons mais próximos dos núcleos das órbitas dos elétrons. De onde o elétron foi deixado, outro elétron sai do terminal negativo da bateria, ou seja, os elétrons se movem livremente ao longo da cadeia metálica, trocando facilmente sua pertença aos átomos.

Eles parecem se formar ao longo da rede cristalina do metal na direção em que são empurrados, tentando acelerar, o campo elétrico (do menos para o mais da fonte EMF constante), enquanto os elétrons se agarram aos átomos da rede cristalina ao longo de todo o seu caminho.

Alguns elétrons no decorrer de seu movimento se dividem em átomos (devido ao fato de que o movimento térmico vibra toda a estrutura dos átomos junto com os elétrons), como resultado do aquecimento do condutor - é assim que ele se manifesta resistência elétrica dos fios.

Elétrons livres em um metal

O estudo de metais usando raios X, bem como outros métodos, mostrou que os metais têm uma estrutura cristalina.Isso significa que eles consistem em átomos ou moléculas dispostas de uma certa maneira no espaço (em ordem, íons) que criam a alternância correta em todas as três dimensões.

Nessas condições, os átomos dos elementos estão localizados tão próximos uns dos outros que seus elétrons externos pertencem a esse átomo no mesmo grau que aos vizinhos, pelo que o grau de ligação do elétron a cada átomo individual está praticamente ausente.

Dependendo do tipo de metal, pelo menos um dos elétrons de cada átomo, às vezes dois elétrons e, em alguns casos, até três elétrons estão livres em termos de seus movimentos no metal, sob a influência de forças impostas externamente.

Dielétrico

O que há em um dielétrico? Se em vez de fios de cobre você pegasse plástico, papel ou algo parecido? Não haverá eletricidade, nenhuma luz acenderá. Por que? A estrutura do dielétrico é tal que consiste em moléculas neutras que, mesmo sob a ação de um campo elétrico, não liberam seus elétrons em um movimento ordenado — simplesmente não podem. Não há elétrons de condução livre em um dielétrico, como em um metal.

Os elétrons externos no átomo de qualquer molécula dielétrica são compactados, além disso, eles participam das ligações internas da molécula, enquanto as moléculas de tal substância são geralmente eletricamente neutras. Tudo o que as moléculas dielétricas podem fazer é polarizar.

Sob a ação de um campo elétrico aplicado a eles, as cargas elétricas associadas de cada molécula simplesmente se deslocarão ligeiramente da posição de equilíbrio, enquanto cada partícula carregada permanecerá em seu próprio átomo. Este fenômeno é chamado de deslocamento de carga polarização dielétrica.

Como resultado da polarização, surgem cargas na superfície de um dielétrico polarizado dessa maneira por um campo elétrico aplicado a ele, que tende a reduzir o campo elétrico externo que causou a polarização com seu campo elétrico. A capacidade de um dielétrico de enfraquecer um campo elétrico externo dessa maneira é chamada constante dielétrica.