ما هو ثابت العزل

كل مادة أو جسم يحيط بنا له خصائص كهربائية معينة. ويرجع ذلك إلى التركيب الجزيئي والذري: وجود جسيمات مشحونة في حالة ارتباط متبادل أو حر.

عندما لا يعمل أي مجال كهربائي خارجي على المادة ، يتم توزيع هذه الجسيمات بطريقة توازن بعضها مع بعض ولا تخلق مجالًا كهربائيًا إضافيًا في الحجم الكلي بأكمله. في حالة التطبيق الخارجي للطاقة الكهربائية داخل الجزيئات والذرات ، يحدث إعادة توزيع للشحنات ، مما يؤدي إلى إنشاء مجال كهربائي داخلي خاص به موجه ضد المجال الخارجي.

إذا تم الإشارة إلى متجه المجال الخارجي المطبق على أنه «E0» ، والمتجه الداخلي «E» ، فسيكون إجمالي الحقل «E» هو مجموع طاقة هاتين الكميتين.

في الكهرباء ، من المعتاد تقسيم المواد إلى:

• الأسلاك.

• عوازل.

يوجد هذا التصنيف لفترة طويلة ، على الرغم من أنه تعسفي تمامًا ، نظرًا لأن العديد من الهيئات لها خصائص مختلفة أو مجتمعة.

الموصلات

يتم استخدام شركات النقل التي لديها رسوم مجانية كموصلات.في أغلب الأحيان ، تعمل المعادن كموصلات ، حيث أن الإلكترونات الحرة موجودة دائمًا في بنيتها ، والتي تكون قادرة على التحرك في جميع أنحاء حجم المادة وفي نفس الوقت تشارك في العمليات الحرارية.

عندما يتم عزل الموصل عن عمل المجالات الكهربائية الخارجية ، يتم إنشاء توازن بين الشحنات الموجبة والسالبة من المشابك الأيونية والإلكترونات الحرة. يتم تدمير هذا التوازن على الفور عندما موصل في مجال كهربائي - بسبب الطاقة التي يبدأ عندها إعادة توزيع الجسيمات المشحونة وتظهر الشحنات غير المتوازنة ذات القيم الموجبة والسالبة على السطح الخارجي.

تسمى هذه الظاهرة عادة بالحث الكهروستاتيكي ... تسمى الشحنات التي تشحنها على سطح المعادن بشحنات الحث.

تشكل الشحنات الاستقرائية المتكونة في الموصل مجالًا ذاتيًا E '، والذي يعوض عن تأثير E0 الخارجي داخل الموصل. لذلك ، يتم تعويض قيمة المجال الإلكتروستاتيكي الكلي وتساوي 0. في هذه الحالة ، تكون إمكانات جميع النقاط في الداخل والخارج متساوية.

يوضح الاستنتاج الذي تم الحصول عليه أنه داخل الموصل ، حتى مع وجود مجال خارجي متصل ، لا يوجد فرق جهد ولا مجالات كهروستاتيكية. يتم استخدام هذه الحقيقة في التدريع - تطبيق طريقة الحماية الكهروستاتيكية للأشخاص والمعدات الكهربائية الحساسة للمجالات المستحثة ، وخاصة أدوات القياس الدقيقة وتكنولوجيا المعالجات الدقيقة.

تُستخدم الملابس والأحذية المحمية المصنوعة من الأقمشة ذات الخيوط الموصلة ، بما في ذلك القبعات ، في الكهرباء لحماية الأفراد الذين يعملون في ظروف زيادة الجهد الناتج عن المعدات عالية الجهد.

عوازل

هذا هو اسم المواد التي لها خصائص عازلة. إنها تحتوي فقط على رسوم مترابطة ، وليست مجانية. جميعهم لديهم جسيمات موجبة وسالبة مقيدة في ذرة محايدة ، محرومة من حرية الحركة. يتم توزيعها داخل العازل ولا تتحرك تحت تأثير المجال الخارجي المطبق E0.

ومع ذلك ، لا تزال طاقتها تسبب تغييرات معينة في بنية المادة - داخل الذرات والجزيئات ، تتغير نسبة الجسيمات الموجبة والسالبة ، وعلى سطح المادة ، تظهر الشحنات المرتبطة المفرطة وغير المتوازنة ، وتشكل مجالًا كهربائيًا داخليًا E '. إنه موجه ضد التوتر المطبق من الخارج.

تسمى هذه الظاهرة الاستقطاب العازل ... وتتميز بحقيقة أن المجال الكهربائي E يظهر داخل المادة ، ويتكون بفعل الطاقة الخارجية E0 ، لكنه يضعف بمقاومة E الداخلية.

أنواع الاستقطاب

وهو من نوعين داخل العوازل:

1. التوجه.

2. الإلكترونية.

النوع الأول له اسم إضافي هو استقطاب ثنائي القطب. إنه متأصل في العوازل ذات المراكز المتحولة عند الشحنات السالبة والموجبة ، والتي تشكل جزيئات من ثنائيات الأقطاب المجهرية - مجموعة محايدة من شحنتين. هذه هي خاصية الماء وثاني أكسيد النيتروجين وكبريتيد الهيدروجين.

بدون عمل مجال كهربائي خارجي ، يتم توجيه ثنائيات الأقطاب الجزيئية لهذه المواد بطريقة فوضوية تحت تأثير العمليات عند درجة حرارة التشغيل. في الوقت نفسه ، لا توجد شحنة كهربائية في أي نقطة من الحجم الداخلي وعلى السطح الخارجي للعزل الكهربائي.

تتغير هذه الصورة تحت تأثير الطاقة المطبقة خارجيًا ، عندما تغير ثنائيات الأقطاب اتجاهها قليلاً وتظهر مناطق الشحنات المقيدة العيانية غير المعوضة على السطح ، وتشكل الحقل E 'مع اتجاه معاكس لـ E0 المطبقة.

مع هذا الاستقطاب ، يكون لدرجة الحرارة تأثير كبير على العمليات ، مما يتسبب في الحركة الحرارية وخلق عوامل مربكة.

الاستقطاب الإلكتروني ، آلية مرنة

يتجلى في عوازل غير قطبية - مواد من نوع مختلف مع جزيئات خالية من عزم ثنائي القطب ، والتي ، تحت تأثير مجال خارجي ، يتم تشويهها بحيث يتم توجيه الشحنات الموجبة في اتجاه متجه E0 ، و يتم توجيه الشحنات السالبة في الاتجاه المعاكس.

نتيجة لذلك ، يعمل كل جزيء كثنائي قطب كهربائي موجه على طول محور المجال المطبق. وبهذه الطريقة ، ينشئون على السطح الخارجي مجالهم E 'بالاتجاه المعاكس.

في مثل هذه المواد ، لا يعتمد تشوه الجزيئات وبالتالي الاستقطاب الناتج عن تأثير مجال خارجي على حركتها تحت تأثير درجة الحرارة. يمكن الاستشهاد بالميثان CH4 كمثال على عازل غير قطبي.

القيمة العددية للحقل الداخلي لنوعين من العوازل تتغير أولاً في الحجم بالتناسب المباشر مع زيادة المجال الخارجي ، وبعد ذلك ، عند الوصول إلى التشبع ، تظهر التأثيرات غير الخطية. تنشأ عندما يتم ترتيب جميع ثنائيات الأقطاب الجزيئية على طول خطوط قوة العوازل القطبية أو حدثت تغييرات في بنية المادة غير القطبية ، بسبب التشوه القوي للذرات والجزيئات بواسطة الطاقة الكبيرة المطبقة من الخارج.

في الممارسة العملية ، مثل هذه الحالات نادرة - عادة ما يحدث فشل أو فشل العزل في وقت سابق.

ثابت العزل

من بين المواد العازلة ، تلعب الخصائص الكهربائية ومؤشرات مثل ثابت العزل دورًا مهمًا ... ويمكن قياسه بخاصيتين مختلفتين:

1. القيمة المطلقة ؛

2. القيمة النسبية.

يستخدم مصطلح المواد الثابتة العازلة المطلقة εa عند الإشارة إلى التدوين الرياضي لقانون كولوم. إنه ، في شكل معامل εα ، يربط نواقل الحث D والشدة E.

دعونا نتذكر أن الفيزيائي الفرنسي شارل دي كولوم ، باستخدام ميزان الالتواء الخاص به ، حقق في قوانين القوى الكهربائية والمغناطيسية بين الأجسام الصغيرة المشحونة.

يستخدم تحديد النفاذية النسبية للوسيط لوصف خصائص العزل للمادة. يقدّر نسبة قوة التفاعل بين شحنتين نقطتين تحت حالتين مختلفتين: في الفراغ وفي بيئة العمل. في هذه الحالة ، يتم أخذ مؤشرات الفراغ على أنها 1 (εv = 1) ، بينما بالنسبة للمواد الحقيقية تكون دائمًا أعلى ، εr> 1.

يظهر التعبير العددي εr ككمية بدون أبعاد مفسرة بتأثير الاستقطاب في المواد العازلة ويستخدم لتقييم خصائصها.

قيم ثابتة عازلة للوسائط الفردية (في درجة حرارة الغرفة)

المادة ε المادة ε ملح Segnet 6000 ألماس 5.7 روتيل (على المحور البصري) 170 ماء 81 بولي إيثيلين 2.3 إيثانول 26.8 سيليكون 12.0 ميكا 6 كوب زجاجي 5-16 ثاني أكسيد الكربون 1.00099 كلوريد الصوديوم 5.26 بخار مائي 1.0126 بنزين 2.322 هواء (760 مم زئبق) 1.00057