ปรากฏการณ์เช่นความไวต่ออิเล็กทริกและการยอมจำนนนั้นไม่เพียงพบในฟิสิกส์ แต่ยังพบได้ในชีวิตประจำวันด้วย ในเรื่องนี้ จำเป็นต้องกำหนดความหมายของปรากฏการณ์เหล่านี้ในด้านวิทยาศาสตร์ อิทธิพล และการประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน
การกำหนดความตึงเครียด
ความเข้มเป็นปริมาณเวกเตอร์ในฟิสิกส์ ซึ่งคำนวณจากแรงที่ส่งผลต่อประจุบวกหนึ่งประจุที่วางอยู่ที่จุดสนามที่ศึกษา หลังจากที่ไดอิเล็กตริกถูกวางในสนามไฟฟ้าสถิตภายนอก มันจะได้รับโมเมนต์ไดโพล หรืออีกนัยหนึ่ง มันจะกลายเป็นโพลาไรซ์ เพื่ออธิบายเชิงปริมาณในไดอิเล็กตริก โพลาไรเซชันถูกใช้ - ดัชนีทางกายภาพของเวกเตอร์ที่คำนวณเป็นโมเมนต์ไดโพลของค่าปริมาตรของไดอิเล็กตริก
เวกเตอร์ความเข้มหลังจากผ่านหน้าระหว่างไดอิเล็กทริกสองตัวมีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน ทำให้เกิดการรบกวนระหว่างการคำนวณสนามไฟฟ้าสถิต ในเรื่องนี้มีการแนะนำคุณลักษณะเพิ่มเติม - vectorรางไฟฟ้า
การอนุญาติให้ประจุไฟฟ้า คุณสามารถหาได้ว่าไดอิเล็กตริกสามารถทำให้สนามภายนอกอ่อนแอลงได้กี่ครั้ง ในการอธิบายสนามไฟฟ้าสถิตในไดอิเล็กทริกอย่างมีเหตุผลที่สุด จะใช้เวกเตอร์การกระจัดไฟฟ้า
คำจำกัดความพื้นฐาน
ค่าการยอมให้สัมบูรณ์ของตัวกลางคือสัมประสิทธิ์ที่รวมอยู่ในสัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์ของกฎของคูลอมบ์และสมการความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของสนามไฟฟ้ากับการเหนี่ยวนำไฟฟ้า การอนุญาติแบบสัมบูรณ์สามารถแสดงเป็นผลคูณของค่าการยอมให้สัมพัทธ์ของตัวกลางและค่าคงที่ทางไฟฟ้า
อิเล็กทริกไว เรียกว่าโพลาไรซ์ได้ของสสาร เป็นปริมาณทางกายภาพที่สามารถโพลาไรซ์ได้ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า นอกจากนี้ยังเป็นค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อเชิงเส้นของสนามไฟฟ้าภายนอกกับโพลาไรซ์ของไดอิเล็กทริกในสนามขนาดเล็ก สูตรสำหรับความไวต่ออิเล็กทริกเขียนเป็น: X=na.
ในกรณีส่วนใหญ่ ไดอิเล็กตริกมีความไวต่อไดอิเล็กตริกเป็นบวก ในขณะที่ค่านี้ไม่มีมิติ
เฟอร์โรอิเล็กทริกเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่มีอยู่ในผลึกบางชนิดที่เรียกว่าเฟอร์โรอิเล็กทริก ณ ค่าอุณหภูมิที่แน่นอน ประกอบด้วยลักษณะของโพลาไรซ์ที่เกิดขึ้นเองในผลึกแม้ไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอก ความแตกต่างระหว่างเฟอร์โรอิเล็กทริกและไพโรอิเล็กทริกคือที่ในช่วงอุณหภูมิหนึ่งการเปลี่ยนแปลงการดัดแปลงคริสตัลและโพลาไรเซชันแบบสุ่มจะหายไป
ช่างไฟฟ้าในสนามไม่ประพฤติตัวเหมือนตัวนำ แต่มีลักษณะทั่วไปเหมือนกัน อิเล็กทริกแตกต่างจากตัวนำในกรณีที่ไม่มีตัวพาประจุฟรี พวกเขาอยู่ที่นั่น แต่ในปริมาณที่น้อยที่สุด ในตัวนำอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อย่างอิสระในโครงผลึกของโลหะจะกลายเป็นตัวพาประจุที่คล้ายกัน อย่างไรก็ตาม อิเล็กตรอนในไดอิเล็กตริกถูกผูกมัดกับอะตอมของตัวเองและไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ง่าย หลังจากการนำไดอิเล็กทริกเข้าสู่สนามด้วยไฟฟ้า การเกิดกระแสไฟฟ้าก็ปรากฏขึ้นในนั้น เหมือนเป็นตัวนำไฟฟ้า ความแตกต่างจากอิเล็กทริกคืออิเล็กตรอนไม่เคลื่อนที่อย่างอิสระตลอดปริมาตร เช่นเดียวกับในตัวนำ อย่างไรก็ตาม ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก การกระจัดเล็กน้อยของประจุเกิดขึ้นจากภายในโมเลกุลของสาร ประจุบวกจะถูกแทนที่ในทิศทางของสนาม และประจุลบจะกลับกัน
ในเรื่องนี้ พื้นผิวได้รับประจุบางอย่าง ขั้นตอนสำหรับการปรากฏตัวของประจุบนพื้นผิวของสารภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าเรียกว่าโพลาไรซ์ไดอิเล็กตริก หากในไดอิเล็กตริกที่เป็นเนื้อเดียวกันและไม่มีขั้วที่มีความเข้มข้นของโมเลกุลที่แน่นอน อนุภาคทั้งหมดเหมือนกัน โพลาไรเซชันก็จะเหมือนกัน และในกรณีของค่าความไวต่อไดอิเล็กตริกของไดอิเล็กตริก ค่านี้จะไร้มิติ
ภาระผูกพัน
เนื่องจากกระบวนการโพลาไรเซชัน ประจุที่ไม่ได้รับการชดเชยจึงปรากฏในปริมาตรของสารไดอิเล็กตริก ที่เรียกว่าโพลาไรเซชันหรือพันธะ อนุภาคมีประจุเหล่านี้อยู่ในประจุของโมเลกุลและภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก จะถูกแทนที่จากตำแหน่งสมดุลโดยไม่ทิ้งโมเลกุลที่พวกมันตั้งอยู่
ประจุที่ถูกผูกไว้มีลักษณะความหนาแน่นของพื้นผิว ความไวต่อไดอิเล็กตริกและการซึมผ่านของตัวกลางกำหนดจำนวนครั้งของแรงยึดเหนี่ยวของประจุไฟฟ้าสองประจุในอวกาศที่น้อยกว่าตัวบ่งชี้เดียวกันในสุญญากาศ
ความไวต่ออากาศสัมพัทธ์และการซึมผ่านของก๊าซอื่นๆ ส่วนใหญ่ภายใต้สภาวะมาตรฐานนั้นใกล้เคียงกับความเป็นน้ำหนึ่งใจเดียวกัน (เนื่องจากเครื่องบินขนาดเล็ก) ความอ่อนไหวของไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์และการยอมในเฟอร์โรอิเล็กทริกอยู่ที่พื้นผิวแยกของไดอิเล็กทริกคู่หนึ่งซึ่งมีค่าการยอมให้อนุญาตสัมบูรณ์สัมบูรณ์และความอ่อนไหวของสารที่แตกต่างกันหลายหมื่น รวมทั้งองค์ประกอบที่มีกำลังสัมผัสเท่ากันระหว่างกัน
ในหลายสถานการณ์ในทางปฏิบัติ มีการประชุมเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสจากตัวโลหะไปสู่โลกรอบข้าง ในขณะที่ค่าการนำไฟฟ้าเฉพาะของตัวหลังนั้นน้อยกว่าค่าการนำไฟฟ้าของร่างกายนี้หลายเท่า สถานการณ์ที่คล้ายคลึงกันอาจเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น ระหว่างกระแสผ่านอิเล็กโทรดโลหะที่ฝังอยู่ในพื้นดิน มักใช้อิเล็กโทรดเหล็ก ถ้างานคือการกำหนดความไวของอิเล็กทริกของแก้วงานจะค่อนข้างซับซ้อนโดยข้อเท็จจริงที่ว่าสารนี้มีคุณสมบัติในการปลดปล่อยไอออนเนื่องจากมีขนาดเล็กความล่าช้า
บนขอบเขตของไดอิเล็กทริกที่มีการซึมผ่านต่างกันในบริเวณที่มีสนามภายนอก ประจุโพลาไรเซชันปรากฏขึ้นพร้อมดัชนีต่างๆ ที่มีความหนาแน่นของพื้นผิวต่างกัน นี่คือวิธีรับเงื่อนไขใหม่สำหรับการหักเหของเส้นสนามระหว่างการเปลี่ยนจากไดอิเล็กทริกเป็นอย่างอื่น
กฎการหักเหของแสงในกรณีของเส้นปัจจุบันในรูปแบบนี้ถือได้ว่าคล้ายกับกฎการหักเหของเส้นการกระจัดบนขอบของไดอิเล็กทริกสองตัวในสนามไฟฟ้าสถิต
แต่ละร่างกายและสารของโลกรอบข้างมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าบางอย่าง สาเหตุของสิ่งนี้อยู่ในโครงสร้างโมเลกุลและอะตอม - การมีอยู่ของอนุภาคที่มีประจุซึ่งอยู่ในสถานะที่เชื่อมต่อถึงกันหรือเป็นอิสระ
หากสารไม่ได้รับผลกระทบจากสนามภายนอก ชิ้นส่วนดังกล่าวจะตั้งอยู่โดยสมดุลกันในปริมาตรรวมทั้งหมด โดยไม่ต้องสร้างสนามไฟฟ้าเพิ่มเติม หากมีการประยุกต์ใช้พลังงานไฟฟ้าจากภายนอก การกระจายประจุใหม่จะปรากฏขึ้นภายในโมเลกุลและอะตอมที่มีอยู่ ซึ่งจะนำไปสู่การปรากฏตัวของสนามภายในของตัวเอง ซึ่งจะพุ่งไปด้านนอก
เมื่อกำหนดฟิลด์ภายนอกที่ใช้เป็น E0 และ E' ภายใน ฟิลด์ E ทั้งหมดจะเป็นผลรวมของค่าเหล่านี้
สารทั้งหมดในไฟฟ้ามักจะถูกแบ่งออกเป็น:
- ตัวนำ;
- ไดอิเล็กทริก.
การจำแนกประเภทนี้มีมานานแล้วแต่ไม่ถูกต้องทั้งหมด เนื่องจากวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวัตถุใหม่หรือรวมกันมาช้านานคุณสมบัติของสสาร
คอนดักเตอร์
สารนำไฟฟ้าสามารถเป็นสื่อได้โดยมีค่าธรรมเนียมฟรี โลหะมักถูกมองว่าเป็นเรื่องดังกล่าว เนื่องจากโครงสร้างของมันบ่งบอกถึงการมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระอย่างต่อเนื่องซึ่งสามารถเคลื่อนที่ภายในโพรงทั้งหมดของสารได้ ความไวต่อไดอิเล็กตริกของตัวกลางช่วยให้คุณมีส่วนร่วมในกระบวนการระบายความร้อน
หากตัวนำถูกแยกออกจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก ความสมดุลจะปรากฏขึ้นข้างในนั้นระหว่างประจุบวกและประจุลบ สถานะนี้จะหายไปทันทีเมื่อตัวนำปรากฏในสนามไฟฟ้า ซึ่งกระจายอนุภาคที่มีประจุด้วยพลังงานของมัน และกระตุ้นการปรากฏตัวของประจุที่ไม่สมดุลด้วยค่าบวกและลบบนพื้นผิวด้านนอก
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต ประจุที่ปรากฏภายใต้การกระทำบนพื้นผิวโลหะเรียกว่าประจุเหนี่ยวนำ
ประจุอุปนัยที่เกิดขึ้นในตัวนำสร้างสนามของตัวเอง ซึ่งชดเชยอิทธิพลของสนามภายนอกภายในตัวนำ ในเรื่องนี้ ตัวบ่งชี้ของสนามไฟฟ้าสถิตทั้งหมดจะถูกชดเชยและเท่ากับ 0 ศักยภาพของแต่ละจุดภายในและภายนอกมีค่าเท่ากัน
ผลลัพธ์นี้บ่งชี้ว่าภายในตัวนำ (แม้จะเชื่อมต่อกับสนามภายนอก) ไม่มีความแตกต่างในด้านศักย์ไฟฟ้าและไม่มีสนามไฟฟ้าสถิต ข้อเท็จจริงนี้ใช้ในการป้องกันเนื่องจากการใช้งานวิธีการป้องกันไฟฟ้าแสงของบุคคลและอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไวต่อสนาม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำสูงและเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์
นอกจากนี้ยังมีความเชื่อมโยงระหว่างการอนุญาติและความอ่อนไหว อย่างไรก็ตาม สามารถแสดงโดยใช้สูตรได้ ดังนั้นความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและความไวต่อไดอิเล็กตริกจึงมีสัญกรณ์ดังต่อไปนี้: e=1+X.
หลักการ ESD
เสื้อผ้าและรองเท้าที่ทำจากวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ารวมถึงหมวกถูกนำมาใช้ในภาคพลังงานเพื่อความปลอดภัยของบุคลากรที่ทำงานในสภาวะที่มีความตึงเครียดสูงที่เกิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง สนามไฟฟ้าสถิตจะไม่ทะลุเข้าไปในตัวนำ เพราะเมื่อตัวนำถูกนำเข้าสู่สนามไฟฟ้า จะถูกชดเชยด้วยสนามที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนตัวของประจุไฟฟ้าฟรี
ไดอิเล็กทริก
ชื่อนี้เป็นของสารที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวน มีค่าธรรมเนียมที่เชื่อมต่อถึงกันเท่านั้น ไม่ใช่ค่าธรรมเนียมฟรี อนุภาคบวกแต่ละตัวในนั้นจะถูกผูกมัดกับประจุลบภายในอะตอมที่มีประจุเป็นกลางทั่วไปโดยไม่มีการเคลื่อนไหวอย่างอิสระ พวกมันถูกแจกจ่ายจากภายในไดอิเล็กทริกและไม่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอก ในเวลาเดียวกัน ความไวต่อไดอิเล็กตริกของสารและพลังงานที่เกิดขึ้นยังคงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในโครงสร้างของสาร จากภายในอะตอมและโมเลกุล อัตราส่วนจะเปลี่ยนไปประจุบวกและประจุลบของอนุภาค และประจุที่เชื่อมต่อถึงกันที่ไม่สมดุลพิเศษปรากฏบนพื้นผิวของสาร ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าภายใน มันมุ่งตรงไปยังความตึงเครียดที่เกิดขึ้นจากภายนอก
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพลาไรซ์ไดอิเล็กตริก สังเกตได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นจากภายในสารซึ่งเกิดจากอิทธิพลของพลังงานภายนอก แต่ถูกทำให้อ่อนลงจากการตอบโต้ของสนามภายใน
ประเภทของโพลาไรซ์
ภายในไดอิเล็กตริก สามารถแสดงได้สองประเภท:
- ปฐมนิเทศ;
- อิเล็กทรอนิกส์
ประเภทแรกยังมีชื่อเพิ่มเติม - โพลาไรซ์ไดโพล คุณสมบัตินี้มีอยู่ในไดอิเล็กตริกที่มีจุดศูนย์กลางเคลื่อนที่ที่ประจุบวกและประจุลบ ซึ่งสร้างโมเลกุลจากไดโพลขนาดเล็ก ซึ่งเป็นส่วนผสมที่เป็นกลางของประจุคู่หนึ่ง ปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องปกติสำหรับของเหลว ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และไนโตรเจน
โดยไม่ได้รับอิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกในสารเหล่านี้ ไดโพลโมเลกุลจะถูกสุ่มวางแบบสุ่มภายใต้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่มีอยู่ เมื่อประจุไฟฟ้าไม่ปรากฏที่ด้านนอกของไดอิเล็กตริก
รูปภาพนี้เปลี่ยนไปภายใต้การกระทำของพลังงานที่จ่ายจากภายนอก เมื่อไดโพลไม่เปลี่ยนทิศทางมากนัก และประจุที่ถูกผูกไว้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ไม่ได้รับการชดเชยปรากฏขึ้นบนพื้นผิว สร้างสนามที่มีทิศทางตรงกันข้ามกับสนามที่ใช้จากภายนอก
โพลาไรซ์อิเล็กทรอนิกส์ ยางยืดกลไก
ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในไดอิเล็กทริกแบบไม่มีขั้ว - วัสดุประเภทต่าง ๆ ที่มีโมเลกุลซึ่งไม่มีโมเมนต์ไดโพล ซึ่งภายใต้การกระทำของสนามภายนอก จะถูกเปลี่ยนรูปเพื่อให้มีเพียงประจุบวกเท่านั้นที่ถูกวางในทิศทาง ทิศทางของเวกเตอร์สนามภายนอกและประจุลบ - ในทิศทางตรงกันข้าม
ด้วยเหตุนี้ แต่ละโมเลกุลจึงทำหน้าที่เป็นไดโพลไฟฟ้าที่จัดวางตามแนวแกนของสนามภายนอกที่ใช้ ในทำนองเดียวกัน เขตข้อมูลของตัวเองจะปรากฏบนพื้นผิวด้านนอกซึ่งมีทิศทางตรงกันข้าม
โพลาไรเซชันของไดอิเล็กตริกไม่มีขั้ว
สำหรับสารเหล่านี้ การเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลและโพลาไรซ์ที่ตามมาจากอิทธิพลของสนามภายนอกไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของพวกมันภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ มีเทน CH4 สามารถใช้เป็นไดอิเล็กทริกแบบไม่มีขั้ว ตัวบ่งชี้ที่เป็นตัวเลขของสนามภายในสำหรับไดอิเล็กทริกทั้งสองจะเริ่มเปลี่ยนขนาดตามสัดส่วนการเปลี่ยนแปลงในฟิลด์ภายนอก และหลังจากอิ่มตัว ผลกระทบของประเภทไม่เชิงเส้นจะปรากฏขึ้น จะปรากฏขึ้นเมื่อแต่ละไดโพลของโมเลกุลเรียงตัวกันตามแนวแรงใกล้กับไดอิเล็กตริกแบบมีขั้ว หรือการเปลี่ยนแปลงของสารที่ไม่มีขั้วเกิดขึ้น ซึ่งเกิดจากการเสียรูปอย่างแรงของอะตอมและโมเลกุลจากพลังงานจำนวนมากที่ใช้จากภายนอก ในทางปฏิบัติ สิ่งนี้เกิดขึ้นน้อยมาก
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก
ในบรรดาวัสดุฉนวนนั้น ตัวชี้วัดไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งและมีลักษณะเฉพาะเช่นค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ทั้งคู่ถูกตัดสินโดยลักษณะที่แตกต่างกันสองอย่าง:
- ค่าสัมบูรณ์;
- ตัวบ่งชี้สัมพัทธ์
การอนุญาตแบบสัมบูรณ์ของสารหมายถึงสัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์ของกฎของคูลอมบ์ ด้วยความช่วยเหลือของมัน ความสัมพันธ์ระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำและความเข้มถูกอธิบายไว้ในรูปแบบของสัมประสิทธิ์