Երևույթներ, ինչպիսիք են դիէլեկտրական զգայունությունը և թույլատրելիությունը, հանդիպում են ոչ միայն ֆիզիկայում, այլև առօրյա կյանքում: Այս առումով անհրաժեշտ է որոշել այդ երեւույթների նշանակությունը գիտության մեջ, դրանց ազդեցությունն ու կիրառումը առօրյա կյանքում։
Լարվածության որոշում
Ինտենսիվությունը ֆիզիկայում վեկտորային մեծություն է, որը հաշվարկվում է ուսումնասիրվող դաշտի կետում տեղադրված մեկ դրական լիցքի վրա ազդող ուժից։ Դիէլեկտրիկը արտաքին էլեկտրաստատիկ դաշտում տեղադրվելուց հետո ձեռք է բերում դիպոլային մոմենտ, այլ կերպ ասած՝ բևեռացվում։ Դիէլեկտրիկում բևեռացումը քանակականորեն նկարագրելու համար օգտագործվում է բևեռացում՝ վեկտորային ֆիզիկական ինդեքս, որը հաշվարկվում է որպես դիէլեկտրիկի ծավալային արժեքի դիպոլային պահ։
Ինտենսիվության վեկտորը երկու դիէլեկտրիկների միջև դեմքով անցնելուց հետո ենթարկվում է կտրուկ փոփոխությունների՝ առաջացնելով միջամտություն էլեկտրաստատիկ դաշտերի հաշվարկման ժամանակ։ Այս առումով ներկայացվում է լրացուցիչ հատկանիշ՝ վեկտորըէլեկտրական տեղաշարժ.
Օգտագործելով թույլատրելիությունը՝ դուք կարող եք պարզել, թե քանի անգամ դիէլեկտրիկը կարող է թուլացնել արտաքին դաշտը: Դիէլեկտրիկների էլեկտրաստատիկ դաշտերը առավել ռացիոնալ բացատրելու համար օգտագործվում է էլեկտրական տեղաշարժի վեկտորը:
Հիմնական սահմանումներ
Միջավայրի բացարձակ թույլատրելիությունը գործակից է, որը ներառված է Կուլոնի օրենքի մաթեմատիկական նշումում և էլեկտրական դաշտի ուժգնության և էլեկտրական ինդուկցիայի միջև կապի հավասարման մեջ։ Բացարձակ թույլատրելիությունը կարող է ներկայացվել որպես միջավայրի հարաբերական թույլատրելիության և էլեկտրականության հաստատունի արտադրյալ:
Դիէլեկտրիկ զգայունությունը, որը կոչվում է նյութի բևեռացում, ֆիզիկական մեծություն է, որը կարող է բևեռացվել էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ: Դա նաև արտաքին էլեկտրական դաշտի գծային կապի գործակիցն է փոքր դաշտում դիէլեկտրիկի բևեռացման հետ։ Դիէլեկտրիկ զգայունության բանաձևը գրված է հետևյալ կերպ. X=na.
Շատ դեպքերում դիէլեկտրիկները ունեն դրական դիէլեկտրիկ զգայունություն, մինչդեռ այս արժեքը չափազերծ է:
Ֆեռոէլեկտրականությունը ֆիզիկական երևույթ է, որը առկա է որոշակի բյուրեղներում, որոնք կոչվում են ֆերոէլեկտրիկներ, որոշակի ջերմաստիճանի արժեքներում: Այն բաղկացած է բյուրեղի մեջ ինքնաբուխ բևեռացման հայտնվելուց նույնիսկ առանց արտաքին էլեկտրական դաշտի: Ֆեռոէլեկտրիկների և պիրոէլեկտրիկների միջև տարբերությունն այն էոր որոշակի ջերմաստիճանի միջակայքում դրանց բյուրեղային մոդիֆիկացիան փոխվում է, և պատահական բևեռացումը անհետանում է։
Ոլորտի էլեկտրիկները իրենց դիրիժորների պես չեն պահում, բայց նրանք ունեն ընդհանուր հատկանիշներ: Դիէլեկտրիկը տարբերվում է հաղորդիչից ազատ լիցքավորված կրիչների բացակայությամբ: Նրանք կան, բայց նվազագույն քանակությամբ։ Հաղորդավարում մետաղի բյուրեղային ցանցում ազատ շարժվող էլեկտրոնը կդառնա նմանատիպ լիցքակիր: Այնուամենայնիվ, դիէլեկտրիկի էլեկտրոնները կապված են իրենց սեփական ատոմների հետ և չեն կարող հեշտությամբ շարժվել: Դիէլեկտրիկները էլեկտրական հոսանք ունեցող դաշտ ներմուծելուց հետո դրանում առաջանում է էլեկտրիզացում, ինչպես հաղորդիչ։ Դիէլեկտրիկից տարբերությունն այն է, որ էլեկտրոններն ազատորեն չեն շարժվում ծավալով, ինչպես դա անում է հաղորդիչում: Այնուամենայնիվ, արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ նյութի մոլեկուլի ներսից առաջանում է լիցքերի աննշան տեղաշարժ՝ դրականը տեղաշարժվելու է դաշտի ուղղությամբ, իսկ բացասականը՝ հակառակը։
Այս առումով մակերեսը ձեռք է բերում որոշակի լիցք։ Էլեկտրական դաշտերի ազդեցության տակ նյութի մակերեսի վրա լիցքի առաջացման կարգը կոչվում է դիէլեկտրական բևեռացում։ Եթե միատարր և ոչ բևեռային դիէլեկտրիկում՝ մոլեկուլների որոշակի կոնցենտրացիայով, բոլոր մասնիկները նույնն են, ապա բևեռացումը նույնպես կլինի նույնը։ Իսկ դիէլեկտրիկի դիէլեկտրիկ զգայունության դեպքում այս արժեքը կլինի անչափ։
Սահմանափակ վճարներ
Բևեռացման գործընթացի պատճառով դիէլեկտրիկ նյութի ծավալում առաջանում են չփոխհատուցված լիցքեր, որոնք կոչվում են բևեռացում կամ կապված: մասնիկներ,Ունենալով այս լիցքերը, առկա են մոլեկուլների լիցքերում և արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ տեղափոխվում են հավասարակշռության դիրքից՝ չհեռանալով մոլեկուլից, որում գտնվում են։
Կապված լիցքերը բնութագրվում են մակերեսի խտությամբ: Միջավայրի դիէլեկտրիկ զգայունությունը և թափանցելիությունը որոշում են, թե քանի անգամ է տիեզերքում երկու էլեկտրական լիցքերի կապող ուժը փոքր նույն ցուցանիշից վակուումում:
Այլ գազերի մեծ մասի օդային զգայունությունը և թափանցելիությունը ստանդարտ պայմաններում մոտ է միասնությանը (փոքր հարթության շնորհիվ): Դիէլեկտրիկների հարաբերական զգայունությունը և թույլատրելիությունը ֆերոէլեկտրիկներում տասնյակ և հարյուր հազարներ են՝ զույգ դիէլեկտրիկների տարանջատման մակերևույթի վրա, որոնք ունեն տարբեր բացարձակ թույլատրելիություն և նյութի զգայունություն, ինչպես նաև նրանց միջև հավասար շոշափող ուժի բաղադրիչներ:
Բազմաթիվ գործնական իրավիճակների մեջ հանդիպում է մետաղական մարմնից շրջապատող աշխարհ հոսանքի անցման հետ, մինչդեռ վերջինիս տեսակարար հաղորդունակությունը մի քանի անգամ պակաս է այս մարմնի հաղորդունակությունից։ Նմանատիպ իրավիճակներ կարող են առաջանալ, օրինակ, հողի մեջ թաղված մետաղական էլեկտրոդներով հոսանքի անցման ժամանակ։ Հաճախ օգտագործվում են պողպատե էլեկտրոդներ: Եթե խնդիրն է որոշել ապակու դիէլեկտրիկ զգայունությունը, ապա խնդիրը որոշ չափով կբարդանա նրանով, որ այս նյութը ունի իոն-հանգստացնող հատկություն, որի պատճառով փոքրուշացում.
Արտաքին դաշտի առկայության դեպքում տարբեր թափանցելիությամբ զույգ դիէլեկտրիկների սահմանի վրա բևեռացման լիցքեր են առաջանում տարբեր ինդեքսներով՝ տարբեր մակերեսային խտություններով։ Այսպես է ստացվում դաշտի գծի բեկման նոր պայման՝ դիէլեկտրիկից մյուսին անցնելու ժամանակ։
Հոսանքի գծերի դեպքում բեկման օրենքը իր ձևով կարելի է համարել էլեկտրաստատիկ դաշտերում երկու դիէլեկտրիկների շեմին գտնվող տեղաշարժման գծերի բեկման օրենքին:
Շրջապատող աշխարհի յուրաքանչյուր մարմին և նյութ ունի որոշակի էլեկտրական հատկություններ: Դրա պատճառը մոլեկուլային և ատոմային կառուցվածքում է՝ լիցքավորված մասնիկների առկայություն, որոնք գտնվում են փոխկապակցված կամ ազատ վիճակում։
Եթե նյութի վրա չի ազդում արտաքին դաշտը, ապա այդպիսի մասերը տեղակայվում են միմյանց հավասարակշռելով ընդհանուր ընդհանուր ծավալում՝ առանց լրացուցիչ էլեկտրական դաշտեր ստեղծելու։ Եթե դրսից էլեկտրական էներգիայի կիրառում լինի, գոյություն ունեցող մոլեկուլների և ատոմների ներսում կհայտնվի լիցքերի վերաբաշխում, ինչը կհանգեցնի սեփական ներքին դաշտի ի հայտ գալուն, որն ուղղված կլինի դեպի դրս։
Երբ կիրառվող արտաքին դաշտը նշանակեք որպես E0, իսկ ներքին E', ապա ամբողջ E դաշտը կլինի այս արժեքների գումարը:
Էլեկտրականության բոլոր նյութերը սովորաբար բաժանվում են՝
- դիրիժորներ;
- դիէլեկտրիկներ.
Այս դասակարգումը գոյություն ունի երկար ժամանակ, բայց լիովին ճշգրիտ չէ, քանի որ գիտությունը վաղուց հայտնաբերել է մարմիններ նոր կամ համակցվածնյութի հատկությունները.
Դիրիժորներ
Որպես հաղորդիչ նյութեր կարող են լինել կրիչները, որոնցում կան անվճար վճարներ: Մետաղները հաճախ համարվում են այդպիսի նյութեր, քանի որ դրանց կառուցվածքը ենթադրում է ազատ էլեկտրոնների մշտական առկայություն, որոնք կարող են շարժվել նյութի ամբողջ խոռոչի ներսում: Միջավայրի դիէլեկտրիկ զգայունությունը թույլ է տալիս մասնակից լինել ջերմային գործընթացին
Եթե հաղորդիչը մեկուսացված է արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցությունից, ապա դրա ներսում հավասարակշռություն է առաջանում դրական և բացասական լիցքերի միջև։ Այս վիճակն անմիջապես անհետանում է, երբ էլեկտրական դաշտում հայտնվում է հաղորդիչ, որն իր էներգիայով վերաբաշխում է լիցքավորված մասնիկները և դրսևորում է արտաքին մակերևույթի վրա դրական և բացասական արժեքներով անհավասարակշիռ լիցքերի տեսք:
Այս երեւույթը կոչվում է էլեկտրաստատիկ ինդուկցիա։ Այն լիցքերը, որոնք հայտնվել են մետաղի մակերևույթի վրա դրա գործողության արդյունքում, կոչվում են ինդուկցիոն լիցքեր։
Հաղորդիչում առաջացած ինդուկտիվ լիցքերը ստեղծում են իրենց սեփական դաշտը, որը փոխհատուցում է հաղորդիչի ներսում արտաքին դաշտի ազդեցությունը։ Այս առումով ընդհանուր էլեկտրաստատիկ դաշտի ցուցիչը կփոխհատուցվի և կհավասարվի 0-ի: Ներսում և դրսում յուրաքանչյուր կետի պոտենցիալները հավասար են:
Այս արդյունքը ցույց է տալիս, որ հաղորդիչի ներսում (նույնիսկ միացված արտաքին դաշտի դեպքում) պոտենցիալների տարբերություն և էլեկտրաստատիկ դաշտ չկա: Այս փաստը օգտագործվում է վահանավորման մեջ օգտագործման շնորհիվդաշտերի նկատմամբ զգայուն մարդու և էլեկտրական սարքավորումների էլեկտրաօպտիկական պաշտպանության մեթոդ, հատկապես բարձր ճշգրտության չափիչ գործիքներ և միկրոպրոցեսորային տեխնոլոգիա։
Կա նաև կապ թույլատրելիության և զգայունության միջև: Այնուամենայնիվ, այն կարող է արտահայտվել բանաձևի միջոցով. Այսպիսով, դիէլեկտրական հաստատունի և դիէլեկտրական զգայունության միջև կապն ունի հետևյալ նշումը՝ e=1+X։
ESD սկզբունք
Պաշտպանության օգնությամբ հաղորդիչ հատկություններով նյութերից, այդ թվում՝ գլխարկներից պատրաստված հագուստն ու կոշիկները օգտագործվում են էներգետիկ ոլորտում՝ բարձր լարման սարքերով հրահրված բարձր լարվածության պայմաններում աշխատող անձնակազմի անվտանգության ապահովման համար։ Էլեկտրաստատիկ դաշտը չի թափանցում հաղորդիչի ներսում, քանի որ երբ հաղորդիչը մտցվում է էլեկտրական դաշտ, այն կփոխհատուցվի այն դաշտով, որն առաջանում է ազատ լիցքերի շարժման պատճառով։
Դիէլեկտրիկներ
Այս անվանումը պատկանում է մեկուսիչ հատկություններ ունեցող նյութերին։ Դրանք պարունակում են միայն փոխկապակցված վճարներ, ոչ անվճար: Դրանցում առկա յուրաքանչյուր դրական մասնիկ առանց ազատ շարժման կկապվի ատոմի ներսում ընդհանուր չեզոք լիցքով բացասական մասնիկի հետ: Նրանք բաշխված են դիէլեկտրիկների ներսից և չեն կարող փոխել իրենց դիրքը արտաքին դաշտերի ազդեցության տակ։ Միևնույն ժամանակ, նյութի դիէլեկտրիկ զգայունությունը և ստացված էներգիան դեռևս որոշակի փոփոխություններ են առաջացնում նյութի կառուցվածքում: Ատոմի և մոլեկուլի ներսից հարաբերակցությունը փոխվում էմասնիկի դրական և բացասական լիցքերն ու հավելյալ անհավասարակշիռ փոխկապակցված լիցքերը հայտնվում են նյութի մակերեսին՝ ստեղծելով ներքին էլեկտրական դաշտ։ Այն ուղղված է դրսից կիրառվող լարվածությանը։
Այս երեւույթը կոչվում է դիէլեկտրական բեւեռացում։ Այն կարող է բնութագրվել նրանով, որ էլեկտրական դաշտը առաջանում է նյութի ներսից՝ առաջանում է արտաքին էներգիայի ազդեցությամբ, բայց թուլանում է ներքին դաշտի հակազդեցությամբ։
Բևեռացման տեսակները
Դիէլեկտրիկների ներսում այն կարող է ներկայացվել երկու տեսակի՝
- կողմնորոշում;
- էլեկտրոնային.
Առաջին տեսակն ունի նաև լրացուցիչ անվանում՝ դիպոլային բևեռացում։ Այս հատկությունը բնորոշ է դրական և բացասական լիցքերի վրա տեղաշարժված կենտրոններով դիէլեկտրիկներին, որոնք ստեղծում են մոլեկուլներ փոքր դիպոլներից՝ զույգ լիցքերի չեզոք համակցություն: Այս երևույթը բնորոշ է հեղուկ ջրածնի սուլֆիդին, տեղափոխվող ազոտին։
Առանց այս նյութերի արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցության, մոլեկուլային դիպոլները պատահականորեն կողմնորոշվում են առկա ջերմաստիճանի փոփոխությունների ազդեցության տակ, երբ էլեկտրական լիցք չի հայտնվում դիէլեկտրիկի արտաքին մասում:
Այս պատկերը փոխվում է դրսից կիրառվող էներգիայի ազդեցությամբ, երբ դիպոլները շատ չեն փոխում իրենց կողմնորոշումը, և մակերեսի վրա հայտնվում են չփոխհատուցված մակրոսկոպիկ կապակցված լիցքեր՝ ստեղծելով դրսից կիրառվող դաշտի հակառակ ուղղությամբ դաշտ։
Էլեկտրոնային բևեռացում, առաձգականմեխանիզմ
Այս երևույթը տեղի է ունենում ոչ բևեռային դիէլեկտրիկներում՝ տարբեր տեսակի նյութերում մոլեկուլներով, որոնցում չկա դիպոլային մոմենտ, որը արտաքին դաշտի ազդեցությամբ դեֆորմացվում է այնպես, որ միայն դրական լիցքերն են կողմնորոշվում։ արտաքին դաշտի վեկտորի ուղղությունը, իսկ բացասական լիցքերը՝ հակառակ ուղղությամբ։
Արդյունքում յուրաքանչյուր մոլեկուլ գործում է որպես էլեկտրական դիպոլ՝ ուղղված կիրառական արտաքին դաշտի առանցքի երկայնքով։ Նմանապես արտաքին մակերեսի վրա հայտնվում է սեփական դաշտ, որն ունի հակառակ ուղղություն։
Ոչ բևեռային դիէլեկտրիկի բևեռացում
Այս նյութերի համար մոլեկուլների փոփոխությունը և դրան հաջորդող բևեռացումը դրսում դաշտի ազդեցությամբ կախված չէ ջերմաստիճանի ազդեցության տակ նրանց տեղաշարժից: Մեթան CH4-ը կարող է օգտագործվել որպես ոչ բևեռային դիէլեկտրիկ: Ներքին դաշտի թվային ցուցիչները երկու դիէլեկտրիկների համար սկզբում մեծությամբ կփոխվեն արտաքին դաշտի փոփոխությանը համամասնորեն, իսկ հագեցումից հետո հայտնվում են ոչ գծային տիպի ազդեցություններ: Դրանք հայտնվում են, երբ յուրաքանչյուր մոլեկուլային դիպոլ շարվում է բևեռային դիէլեկտրիկների մոտ ուժի գծերի երկայնքով, կամ տեղի են ունենում ոչ բևեռային նյութերի փոփոխություններ, որոնք առաջանում են դրսից կիրառվող մեծ քանակությամբ էներգիայից ատոմների և մոլեկուլների ուժեղ դեֆորմացիայից: Գործնական դեպքերում դա տեղի է ունենում չափազանց հազվադեպ։
Դիէլեկտրիկ հաստատուն
Մեկուսիչ նյութերի շարքում լուրջ դեր է հատկացվում էլեկտրական ցուցիչներին և այնպիսի հատկանիշին, ինչպիսին է դիէլեկտրական հաստատունը: Երկուսն էլ գնահատվում են երկու տարբեր հատկանիշներով.
- բացարձակ արժեք;
- հարաբերական ցուցանիշ։
Նյութի բացարձակ թույլատրելիություն տերմինը վերաբերում է Կուլոնի օրենքի մաթեմատիկական նշումին: Նրա օգնությամբ ինդուկցիոն վեկտորի և ինտենսիվության հարաբերությունը նկարագրվում է գործակցի տեսքով։
