Przeczytaj
Warto przeczytać
Co to jest dielektryk? Pojęcie dielektryka możemy zdefiniować na podstawie oporu właściwego (rezystywności) tego materiału. Opór właściwy definiujemy jako opór elektryczny przewodnika wykonanego z jednorodnego materiału o przekroju poprzecznym równym jeden metr kwadratowy i długości równej jeden metr. Jednak w tym materiale istotniejsze będzie powiązanie oporu właściwego materiału z natężeniem pola elektrycznego. Wewnątrz materiału, przez który przepływa prąd o gęstości istnieje pole o natężeniu . W przypadku materiału jednorodnego i izotropowego opór właściwy możemy zapisać jako stosunek wartości obu tych wektorów:
W układzie SI jednostką oporu właściwego jest omega∙m (om razy metr).
Opór właściwy jest wartością stałą, charakteryzująca dany materiał. Im wyższa jest wartość oporu właściwego, tym gorzej dany materiał przewodzi prąd. Przyjmuje się, że oporność właściwa dielektryków jest większa niż 10Indeks górny 77omegam, natomiast dobre przewodniki mają wartość oporu właściwego rzędu 10Indeks górny -8-8-10Indeks górny -6-6omegam.
Przewodzenie prądu to „przenoszenie” ładunków elektrycznych przez nośniki. Takimi nośnikami są między innymi elektrony. W metalach, na przykład, elektrony walencyjne odrywają się od poszczególnych atomów i pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego przemieszczają się w tym metalu przenosząc ładunki ujemne. W metalu następuje zatem przepływ prądu. Metal jest dobrym przewodnikiem.
W izolatorach natomiast ładunki są względnie nieruchome.
Ponieważ dielektryki mają bardzo duże wartości oporu elektrycznego (zwykle rzędu giga omów) to, aby uzyskać nawet niewielkie natężenie prądu, należałoby przyłożyć wysokie napięcie rzędu gigawoltów. To pociągnęłoby za sobą zniszczenie dielektryka.
Widzimy więc, że przewodzenie prądu przez dielektryki nie jest możliwe.
Dielektryki mają bardzo ciekawe właściwości. Umieszczone w zewnętrznym polu elektrycznym ulegają polaryzacji elektrycznej. Polega ona na tym, że wewnątrz dielektryka powstaje pole elektryczne zorientowane przeciwnie niż zewnętrzne pole, które wywołało polaryzację.
Skąd się ona bierze? Dlaczego wewnątrz dielektryka powstaje pole elektryczne? Odpowiedzi poszukajmy w budowie cząsteczkowej dielektryków.
Wyróżniamy dwa typy dielektryków: polarne i niepolarne.
Dielektryki polarne to takie, których cząsteczki są trwałymi dipolamidipolami. Dipol to układ dwóch różnoimiennych ładunków elektrycznych o takiej samej wartości oddalonych od siebie na odległość .
Wielkością charakteryzującą dipole jest moment dipolowy . Moment dipolowy definiujemy jako iloczyn wartości ładunku oraz wektora mającego wartość równą odległości między ładunkami, kierunek prostej łączącej ładunki i zwrot od ładunku ujemnego do dodatniego:
Jednostką momentu dipolowego jest iloczyn kulomba i metra (C · m).
W dielektrykach polarnych cząsteczki mają własny moment dipolowy.
Przykładem dielektryków polarnych jest kwas solny (HCl) o momencie dipolowym równym = 3,70 · 10Indeks górny -30-30 C·m oraz woda (HIndeks dolny 22O) o momencie dipolowym równym = 6,15 · 10Indeks górny -30-30 C·m.
Jeśli taki dipol umieścimy w zewnętrznym polu elektrycznym o natężeniu , to będzie działać na niego moment siły :
Moment sił będzie więc powodował obrót dipola tak, by jego oś ustawiona była wzdłuż linii pola, tak jak pokazano na Rys. 3.
Moment ten zaniknie, gdy wektory i staną się równoległe.
Dielektryki niepolarne nie mają własnego momentu dipolowego (ich moment dipolowy jest równy zero). Jednak możemy moment wyidukować umieszczając taki atom lub cząsteczkę w zewnętrznym polu elektrycznym. W takim przypadku następuje rozsunięcie dodatnich ładunków (jąder) oraz ujemnych (elektronów).
Przykładem dielektryków niepolarnych jest wodór (HIndeks dolny 22) oraz metan (CHIndeks dolny 44). Bez pola mają one zerowy moment dipolowy.
Dielektrykami są ponadto: gazy szlachetne, olej transformatorowy, parafina, asfalt, papier, suche drewno, kalafonia, ebonit, teflon, bakelit, szkło, porcelana.
Słowniczek
(ang. electric dipole) – układ dwóch różnoimiennych ładunków elektrycznych o takiej samej wartości ładunku.