¿Qué es la constante dieléctrica?

Cada sustancia o cuerpo que nos rodea tiene ciertas propiedades eléctricas. Esto se debe a la estructura molecular y atómica: la presencia de partículas cargadas en un estado libre o enlazado entre sí.

Cuando ningún campo eléctrico externo actúa sobre la sustancia, estas partículas se distribuyen de tal manera que se equilibran entre sí y no crean un campo eléctrico adicional en todo el volumen total. En el caso de aplicación externa de energía eléctrica en el interior de las moléculas y átomos, se produce una redistribución de cargas, lo que conduce a la creación de un campo eléctrico interno propio dirigido contra el externo.

Si el vector del campo externo aplicado se denota como «E0», y el interno como «E», entonces el campo total «E» será la suma de la energía de estas dos cantidades.

En electricidad, se acostumbra dividir las sustancias en:

• alambres;

• dieléctricos

Esta clasificación existe desde hace mucho tiempo, aunque es bastante arbitraria, ya que muchos cuerpos tienen propiedades diferentes o combinadas.

Conductores

Los transportistas que tienen cargas gratuitas se utilizan como conductores.Muy a menudo, los metales actúan como conductores, ya que los electrones libres siempre están presentes en su estructura, que pueden moverse por todo el volumen de la sustancia y, al mismo tiempo, participan en los procesos térmicos.

Cuando un conductor está aislado de la acción de campos eléctricos externos, se crea un equilibrio de cargas positivas y negativas a partir de redes de iones y electrones libres. Este equilibrio se destruye inmediatamente cuando un conductor en un campo eléctrico — debido a la energía a la que comienza la redistribución de partículas cargadas y aparecen cargas desequilibradas con valores positivos y negativos en la superficie exterior.

Este fenómeno suele denominarse inducción electrostática... Las cargas que carga en la superficie de los metales se denominan cargas de inducción.

Las cargas inductivas formadas en el conductor forman un campo propio E', que compensa el efecto del E0 externo en el interior del conductor. Por lo tanto, el valor del campo electrostático total total se compensa y es igual a 0. En este caso, los potenciales de todos los puntos, tanto dentro como fuera, son los mismos.

La conclusión obtenida muestra que en el interior del conductor, incluso con un campo externo conectado, no hay diferencia de potencial ni campos electrostáticos. Este hecho se utiliza en el blindaje: la aplicación de un método de protección electrostática de personas y equipos eléctricos sensibles a campos inducidos, especialmente instrumentos de medición de precisión y tecnología de microprocesadores.

La ropa y el calzado blindados hechos de telas con hilos conductores, incluidos los sombreros, se utilizan en electricidad para proteger al personal que trabaja en condiciones de mayor voltaje creado por equipos de alto voltaje.

Dieléctricos

Este es el nombre de sustancias que tienen propiedades aislantes. Solo contienen tarifas interconectadas, no regalos. Todos tienen partículas positivas y negativas unidas en un átomo neutro, privado de libertad de movimiento. Están distribuidos dentro del dieléctrico y no se mueven bajo la acción del campo externo aplicado E0.

Sin embargo, su energía todavía causa ciertos cambios en la estructura de la sustancia: dentro de los átomos y moléculas, la proporción de partículas positivas y negativas cambia, y en la superficie de la sustancia, aparecen cargas asociadas excesivas y desequilibradas, formando un campo eléctrico interno. E'. Está dirigido contra la tensión aplicada desde el exterior.

Este fenómeno se denomina polarización dieléctrica... Se caracteriza por el hecho de que en el interior de la sustancia aparece un campo eléctrico E, formado por la acción de la energía exterior E0, pero debilitado por la oposición de la interior E'.

Tipos de polarización

Es de dos tipos dentro de los dieléctricos:

1. orientación;

2. electrónico.

El primer tipo tiene el nombre adicional de polarización dipolar. Es inherente a los dieléctricos con centros desplazados en las cargas negativas y positivas, que forman moléculas de dipolos microscópicos, un conjunto neutro de dos cargas. Esto es característico del agua, dióxido de nitrógeno, sulfuro de hidrógeno.

Sin la acción de un campo eléctrico externo, los dipolos moleculares de tales sustancias se orientan de manera caótica bajo la influencia de procesos a la temperatura de funcionamiento. Al mismo tiempo, no hay carga eléctrica en ningún punto del volumen interior y en la superficie exterior del dieléctrico.

Esta imagen cambia bajo la influencia de la energía aplicada externamente, cuando los dipolos cambian ligeramente su orientación y aparecen regiones de cargas ligadas macroscópicas no compensadas en la superficie, formando un campo E' con una dirección opuesta a la E0 aplicada.

Con tal polarización, la temperatura tiene una gran influencia en los procesos, provocando movimiento térmico y creando factores de desorientación.

Polarización electrónica, mecanismo elástico

Se manifiesta en dieléctricos no polares: materiales de un tipo diferente con moléculas desprovistas de un momento dipolar que, bajo la influencia de un campo externo, se deforman de modo que las cargas positivas se orientan en la dirección del vector E0 y las cargas negativas están orientadas en dirección opuesta.

Como resultado, cada una de las moléculas actúa como un dipolo eléctrico orientado a lo largo del eje del campo aplicado. De esta manera, crean en la superficie exterior su campo E' con la dirección opuesta.

En tales sustancias, la deformación de las moléculas y por lo tanto la polarización debida a la acción de un campo externo no depende de su movimiento bajo la influencia de la temperatura. El metano CH4 se puede citar como ejemplo de un dieléctrico no polar.

El valor numérico del campo interno de los dos tipos de dieléctricos primero cambia de magnitud en proporción directa al aumento del campo externo y luego, cuando se alcanza la saturación, aparecen efectos no lineales. Surgen cuando todos los dipolos moleculares están dispuestos a lo largo de las líneas de fuerza de los dieléctricos polares o se han producido cambios en la estructura de la materia no polar, debido a la fuerte deformación de los átomos y moléculas por la gran energía aplicada desde el exterior.

En la práctica, estos casos son raros; por lo general, la falla o la falla del aislamiento ocurren antes.

la constante dielectrica

Entre los materiales aislantes, las características eléctricas y los indicadores como la constante dieléctrica juegan un papel importante. Se puede medir por dos características diferentes:

1. valor absoluto;

2. valor relativo.

El término sustancias de constante dieléctrica absoluta εa se utiliza cuando se hace referencia a la notación matemática de la ley de Coulomb. Este, en forma de coeficiente εα, conecta los vectores de inducción D e intensidad E.

Recordemos que el físico francés Charles de Coulomb, utilizando su propia balanza de torsión, investigó las leyes de las fuerzas eléctricas y magnéticas entre pequeños cuerpos cargados.

La determinación de la permeabilidad relativa de un medio se utiliza para caracterizar las propiedades aislantes de una sustancia. Estima la relación de la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales en dos condiciones diferentes: en el vacío y en un entorno de trabajo. En este caso, los índices de vacío se toman como 1 (εv = 1), mientras que para las sustancias reales siempre son mayores, εr > 1.

La expresión numérica εr se muestra como una cantidad adimensional explicada por el efecto de la polarización en los dieléctricos y se utiliza para evaluar sus características.

Valores de constante dieléctrica de medios individuales (a temperatura ambiente)

Sustancia ε Sustancia ε Sal de Segnet 6000 Diamante 5,7 Rutilo (en el eje óptico) 170 Agua 81 Polietileno 2,3 Etanol 26,8 Silicio 12,0 Mica 6 Vaso de precipitados 5-16 Dióxido de carbono 1,00099 NaCl 5,26 Vapor acuoso 1,0126 Benceno 2,322 Aire (760 mmHg) 1 .00057