O que é constante dielétrica

Cada substância ou corpo que nos rodeia tem certas propriedades elétricas. Isso se deve à estrutura molecular e atômica: a presença de partículas carregadas em um estado mutuamente ligado ou livre.

Quando nenhum campo elétrico externo atua sobre a substância, essas partículas são distribuídas de forma que se equilibram e não criam um campo elétrico adicional em todo o volume total. No caso de aplicação externa de energia elétrica no interior das moléculas e átomos, ocorre uma redistribuição de cargas, o que leva à criação de um campo elétrico interno próprio dirigido contra o externo.

Se o vetor do campo externo aplicado for denotado como «E0», e o interno «E '», então o campo total «E» será a soma da energia dessas duas quantidades.

Em eletricidade, costuma-se dividir as substâncias em:

• fios;

• dielétricos.

Essa classificação existe há muito tempo, embora seja bastante arbitrária, pois muitos corpos têm propriedades diferentes ou combinadas.

Condutores

As operadoras que possuem cargas gratuitas são usadas como condutores.Na maioria das vezes, os metais atuam como condutores, pois em sua estrutura sempre estão presentes elétrons livres, que podem se mover por todo o volume da substância e ao mesmo tempo participar de processos térmicos.

Quando um condutor é isolado da ação de campos elétricos externos, um equilíbrio de cargas positivas e negativas é criado nele a partir de redes iônicas e elétrons livres. Este equilíbrio é imediatamente destruído quando um condutor em um campo elétrico — devido à energia com que começa a redistribuição das partículas carregadas e cargas desequilibradas com valores positivos e negativos aparecem na superfície externa.

Esse fenômeno é geralmente chamado de indução eletrostática... As cargas que ele carrega na superfície dos metais são chamadas de cargas de indução.

Cargas indutivas formadas no condutor formam um autocampo E', que compensa o efeito do E0 externo dentro do condutor. Portanto, o valor do campo eletrostático total é compensado e igual a 0. Nesse caso, os potenciais de todos os pontos internos e externos são os mesmos.

A conclusão obtida mostra que dentro do condutor, mesmo com um campo externo conectado, não há diferença de potencial e nem campos eletrostáticos. Este fato é utilizado na blindagem — a aplicação de um método de proteção eletrostática de pessoas e equipamentos elétricos sensíveis a campos induzidos, especialmente instrumentos de medição de precisão e tecnologia de microprocessadores.

Roupas e calçados blindados feitos de tecidos com fios condutores, incluindo chapéus, são usados ​​em eletricidade para proteger o pessoal que trabalha em condições de alta tensão gerada por equipamentos de alta tensão.

Dielétricos

Este é o nome de substâncias que possuem propriedades isolantes. Eles contêm apenas taxas interconectadas, não brindes. Todos eles têm partículas positivas e negativas ligadas em um átomo neutro, privado de liberdade de movimento. Eles são distribuídos dentro do dielétrico e não se movem sob a ação do campo externo aplicado E0.

No entanto, sua energia ainda causa certas mudanças na estrutura da substância - dentro dos átomos e moléculas, a proporção de partículas positivas e negativas muda e, na superfície da substância, aparecem cargas associadas excessivas e desequilibradas, formando um campo elétrico interno E'. É dirigido contra a tensão aplicada de fora.

Esse fenômeno é chamado de polarização dielétrica... Caracteriza-se pelo fato de um campo elétrico E aparecer dentro da substância, formado pela ação da energia externa E0, mas enfraquecido pela oposição do E interno.

Tipos de polarização

É de dois tipos dentro de dielétricos:

1. orientação;

2. eletrônico.

O primeiro tipo tem o nome adicional de polarização dipolo. É inerente a dielétricos com centros deslocados em cargas negativas e positivas, que formam moléculas de dipolos microscópicos - um conjunto neutro de duas cargas. Isso é característico da água, dióxido de nitrogênio, sulfeto de hidrogênio.

Sem a ação de um campo elétrico externo, os dipolos moleculares dessas substâncias são orientados de maneira caótica sob a influência de processos na temperatura de operação. Ao mesmo tempo, não há carga elétrica em nenhum ponto do volume interno e na superfície externa do dielétrico.

Essa imagem muda sob a influência da energia aplicada externamente, quando os dipolos mudam ligeiramente sua orientação e regiões de cargas macroscópicas descompensadas aparecem na superfície, formando um campo E' com direção oposta ao E0 aplicado.

Com essa polarização, a temperatura tem grande influência nos processos, causando movimentação térmica e criando fatores de desorientação.

Polarização eletrônica, mecanismo elástico

Manifesta-se em dielétricos apolares - materiais de tipo diferente com moléculas desprovidas de momento de dipolo, que, sob a influência de um campo externo, são deformados de forma que as cargas positivas sejam orientadas na direção do vetor E0 e as cargas negativas são orientadas na direção oposta.

Como resultado, cada uma das moléculas atua como um dipolo elétrico orientado ao longo do eixo do campo aplicado. Desta forma, eles criam na superfície externa seu campo E 'com a direção oposta.

Em tais substâncias, a deformação das moléculas e, portanto, a polarização devido à ação de um campo externo não depende de seu movimento sob a influência da temperatura. O metano CH4 pode ser citado como um exemplo de dielétrico apolar.

O valor numérico do campo interno dos dois tipos de dielétricos primeiro muda de magnitude em proporção direta ao aumento do campo externo e, então, quando a saturação é atingida, aparecem efeitos não lineares. Eles surgem quando todos os dipolos moleculares estão dispostos ao longo das linhas de força dos dielétricos polares ou ocorreram mudanças na estrutura da matéria apolar, devido à forte deformação de átomos e moléculas por grande energia aplicada de fora.

Na prática, esses casos são raros - geralmente a falha ou falha do isolamento ocorre antes.

A constante dielétrica

Entre os materiais isolantes, um papel importante é desempenhado pelas características elétricas e indicadores como a constante dielétrica... Pode ser medido por duas características diferentes:

1. valor absoluto;

2. valor relativo.

O termo substâncias constantes dielétricas absolutas εa é usado quando se refere à notação matemática da lei de Coulomb. Ele, na forma do coeficiente εα, conecta os vetores de indução D e intensidade E.

Lembremos que o físico francês Charles de Coulomb, usando sua própria balança de torção, investigou as leis das forças elétricas e magnéticas entre pequenos corpos carregados.

A determinação da permeabilidade relativa de um meio é usada para caracterizar as propriedades isolantes de uma substância. Ele estima a razão da força de interação entre duas cargas pontuais em duas condições diferentes: no vácuo e em um ambiente de trabalho. Neste caso, os índices de vácuo são tomados como 1 (εv = 1), enquanto para substâncias reais eles são sempre maiores, εr> 1.

A expressão numérica εr é apresentada como uma quantidade adimensional explicada pelo efeito da polarização em dielétricos e é utilizada para avaliar suas características.

Valores constantes dielétricas de meios individuais (à temperatura ambiente)

Substância ε Substância ε Sal Segnet 6000 Diamante 5,7 Rutilo (no eixo óptico) 170 Água 81 Polietileno 2,3 Etanol 26,8 Silício 12,0 Mica 6 Copo de vidro 5-16 Dióxido de carbono 1,00099 NaCl 5,26 Vapor aquoso 1,0126 Benzeno 2,322 Ar (760 mmHg) 1,0 0057