Чем отличаются диэлектрики от проводников?
Проводники — вещества, со свободными электрическими зарядами, способными направленно перемещаться под воздействием внешнего электрического поля. Такими особенностями обладают:
Главное свойство материалов: свободные заряды — электроны у твёрдых проводников и ионы у растворов и расплавов, перемещаясь по всему объёму проводника проводят электрический ток. Под воздействием приложенного к проводнику электрического напряжения создаётся ток проводимости. Удельное сопротивление и электропроводимость — основные показатели материала.
В результате поляризации, заряды на поверхности диэлектрика стремятся уменьшить электрическое поле. Это свойство электроизоляционных материалов называется диэлектрической проницаемостью диэлектрика.
Проводники и диэлектрики в электрическом поле. физика, уроки
- удельное электрическое сопротивление — характеризует способность вещества препятствовать прохождению электрического тока;
- температурный коэффициент сопротивления — величина, характеризующая изменение показателя в зависимости от температуры;
- теплопроводность — количество тепла, проходящее в единицу времени через слой материала;
- контактная разность потенциалов — происходит при соприкосновении двух разнородных металлов, применяется в термопарах для измерения температуры;
- временное сопротивление разрыву и относительное удлинение при растяжении — зависит от вида металла.
Что такое проводник
Вещество, в котором присутствуют свободные носители зарядов, называют проводником. Движение свободных носителей называют тепловым. Основной характеристикой проводника является его сопротивление (R) или проводимость (G) – величина обратная сопротивлению.
К таким веществам можно отнести металлы, но если говорить о неметаллах то, например, углерод – отличный проводник, нашел применение в скользящих контактах, например, щетки электродвигателя. Влажная почва, растворы солей и кислот в воде, тело человека – тоже проводит ток, но их электропроводность зачастую меньше, чем у меди или алюминия, например.
Металлы являются отличными проводниками, как раз таки благодаря большому числу свободных носителей зарядов в их структуре. Под воздействием электрического поля заряды начинают перемещаться, а также перераспределяться, наблюдается явление электростатической индукции.
Диэлектрики в электростатическом поле
Различия в строении проводников и диэлектриков приводят к их разному поведению в электростатическом поле. Электрическое поле способно существовать внутри диэлектрика. Понять процесс формирования незаряженным диэлектриком электрического поля помогает изучение электрических свойств нейтральных атомов и молекул.
Существующие в физике диэлектрики можно разделить на следующие виды:
Рисунок 3. Диэлектрики в электростатическом поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Полярные будут состоять из таких молекул, центры распределения положительных и отрицательных зарядов у которых совпадать не будут. Неполярные состоят из атомов или молекул, чьи центры распределения положительных и отрицательных оказываются совпадающими.
Молекулы, таким образом, у этих видов также разные. К полярным диэлектрикам принадлежат: вода, спирты, и др., к неполярным можно отнести водород, инертные газы, кислород, бензол, полиэтилен и др.
Во вторую большую группу веществ, различаемых, согласно их электрическим свойствам, включены диэлектрики (изоляторы), то есть специальные вещества, которые не проводят электрический ток. К диэлектрикам относят: разновидности пластмасс, керамики, кристаллы солей, сухую древесину.
Резкая граница между проводниками и изоляторами отсутствует, поскольку в той или иной степени все вещества обладают способностью к проведению электрического тока, однако в большинстве случаев можно пренебречь плохой проводимостью веществ, при этом считая их идеальными изоляторами.
В диэлектриках, в отличие от проводников, возникновение индуцированных зарядов может наблюдаться не просто на поверхности, но и внутри их объема. Существуют несколько механизмов диэлектрической поляризации.
Таким образом, механизмы поляризации полярных диэлектриков и неполярных будут различны при сравнении. Дипольные моменты молекул (в отсутствие внешнего поля) будут хаотически ориентированными, по этой причине в любом объеме диэлектрика, содержащем довольно большое число молекул, суммарный дипольный момент оказывается равнозначным нулевому значению.
В рамках внешнего электрического поля на молекулы оказывает непосредственное воздействие вращающий момент, что заставляет молекулы начинают ориентироваться таким образом, что вектор дипольного момента начинает выстраивается вдоль вектора напряженности внешнего поля.
Таким образом, диэлектрик и каждая из его частей приобретает индуцированный дипольный момент, а такой механизм поляризации будет называться ориентационным. В полном объеме ориентации всех молекул оказывает препятствие тепловое хаотическое движение, что объясняет лишь частичную ориентацию молекул диэлектрика по внешнему полю.
Электростатика диэлектриков
Диэлектрическая проницаемость
Таким образом, во всех диэлектриках, помещенных в электростатическое поле, происходит уменьшение напряженности этого поля. Степень ослабления поля зависит от свойств диэлектрика. Для характеристики электрических свойств диэлектриков вводится особая величина, называемая диэлектрической проницаемостью.
- Диэлектрическая проницаемость ε — это физическая величина, равная отношению модуля напряженности электрического поля E0 в вакууме к модулю напряженности электростатического поля Ε внутри однородного диэлектрика
Диэлектрическая проницаемость некоторых веществ приведены в таблице 1.
Диэлектрическая проницаемость
| Вещество | ε | Вещество | ε |
|---|---|---|---|
| Бензин | 2,0 | Масло | 2,5 |
| Вакуум, воздух | 1,0 | Парафин | 2,0 |
| Вода дистиллированная | 81 | Резина | 4,5 |
| Дерево сухое | 2,9 | Спирт | 26 |
| Капрон | 4,3 | Стекло | 7,0 |
| Керосин | 2,1 | Фарфор | 5,6 |
| Лед | 70 | Эбонит | 3,1 |
В диэлектриках при расчете кулоновских сил, напряженностей и потенциалов полей необходимо учитывать ослабление электрического поля в ε раз. Например,
Диэлектрическая проницаемость
| Вещество | ε | Вещество | ε |
|---|---|---|---|
| Бензин | 2,0 | Масло | 2,5 |
| Вакуум, воздух | 1,0 | Парафин | 2,0 |
| Вода дистиллированная | 81 | Резина | 4,5 |
| Дерево сухое | 2,9 | Спирт | 26 |
| Капрон | 4,3 | Стекло | 7,0 |
| Керосин | 2,1 | Фарфор | 5,6 |
| Лед | 70 | Эбонит | 3,1 |
Проводники и диэлектрики в электрическом поле — КиберПедия
- Заряды, которые образуются на поверхности диэлектрика, помещенного в электрическое поле, называются связанными.
- Смещение связанных положительных и отрицательных зарядов диэлектрика в противоположные стороны под действием приложенного внешнего электростатического поля называют поляризацией.
- Поляризация диэлектрика, в результате которой происходит смещение электронных оболочек, называется электронной поляризацией.
