Čo je elektrina? (S experimentom)

Ten Elektrický príspevok Je to parameter, ktorý kvantifikuje odozvu média na prítomnosť elektrického poľa. Je označený gréckym písmenom ε a jeho hodnotou pre prázdnotu, ktorá slúži ako referencia pre ostatné prostriedky, je nasledovná: ε_ani = 8 8541878176 x 10^-12  C² /N.m² 

Povaha média mu dáva osobitnú reakciu na elektrické polia. Týmto spôsobom teplota, vlhkosť, molekulová hmotnosť, geometria zložkových molekúl, mechanické napätie vo vnútri alebo že existuje určitý preferenčný smer v priestore, v ktorom je existencia poľa uľahčená.

postava 1. Vzduch sa stáva vodičom nad určitým napätím. Zdroj: Pixabay.

V druhom prípade sa hovorí, že materiál predstavuje Anizotropia. A keď nie je preferenčný žiadny smer, zvažuje sa materiál izotropný. Permeabilita akýchkoľvek homogénnych prostriedkov sa dá vyjadriť na základe priepustnosti vákua ε_ani Prostredníctvom výrazu:

ε = κε_ani

Kde K je relatívna priepustnosť materiálu, nazývaná sa tiež nazývaná Dielektrická konštanta, bezrozmerné množstvo, ktoré bolo experimentálne stanovené pre množstvo materiálov. Neskôr bude vysvetlený spôsob, ako vykonať toto meranie.

[TOC]

Dielektrický a kondenzátor

Dielektrikum je materiál, ktorý nevykonáva elektrinu dobre, takže sa dá použiť ako izolátor. To však nezabráni tomu, aby materiál reagoval na externé elektrické pole, čím sa vytvorí jeho vlastné.

V nasledujúcom texte budeme analyzovať reakciu izotropných dielektrických materiálov, ako je sklo, vosk, papier, porcelán a niektoré tuky, ktoré sa bežne používajú v elektronike.

Elektrické pole vonkajšie k dielektriku je možné vytvoriť medzi dvoma kovovými listami plochého kondenzátora s plakovým kondenzátorom.

Môže vám slúžiť: Théveninova veta: Čo pozostáva, aplikácie a príklady

Dielektrik, na rozdiel od ovládačov, ako je meď, chýbajú voľné zaťaženie, ktoré sa dajú presunúť vo vnútri materiálu. Molekuly, ktoré ich tvoria, sú elektricky neutrálne, ale záťaže sa môžu mierne pohybovať. Týmto spôsobom sa dajú modelovať ako elektrické dipóly.

Dipól je elektricky neutrálny, ale kladné zaťaženie je oddelené malú vzdialenosť od záporného zaťaženia. V rámci dielektrického materiálu a pri absencii vonkajšieho elektrického poľa sa dipóly zvyčajne distribuujú náhodne, ako je vidieť na obrázku 2.

Obrázok 2. V dielektrickom materiáli sú dipóly náhodne orientované. Zdroj: Self Made.

Dielektrika v externom elektrickom poli

Keď je dielektrika zavedená uprostred vonkajšieho poľa, napríklad ten, ktorý je vytvorený vo vnútri dvoch vodivých listov, dipóly sa reorganizujú a záťažy sa oddeľujú, čím sa vytvára vnútorné elektrické pole v materiáli v opačnom smere k vonkajšiemu smeru lúka.

Keď dôjde k tomuto vytesniu, hovorí sa, že materiál je Polarizovaný.

Obrázok 3. Polarizovaný dielektrický materiál. Zdroj: Self Made.

Táto indukovaná polarizácia spôsobuje sieťové alebo výsledné elektrické pole A Zníženie, účinok znázornený na obrázku 3, pretože vonkajšie pole a vnútorné pole generované uvedenou polarizáciou majú rovnaký smer, ale opačné zmysly. Veľkosť A Je daný:

E = e_ani - A_Jo

Vonkajšie pole prežíva redukciu vďaka interakcii s materiálom v faktore nazývanom K alebo dielektrická konštanta materiálu, makroskopická vlastnosť toho istého. Pokiaľ ide o túto sumu, výsledné alebo čisté pole je:

E = e_ani/κ

Dielektrická konštanta K je relatívny príspevok materiálu, bezrozmerné množstvo vždy väčšie ako 1 a rovná 1 vo vákuu.

Môže vám slúžiť: Nepravidelná galaxia: Tvorba, charakteristiky, typy, príklady

κ = ε/ε_ani

Alebo ε = κε_ani ako je opísané na začiatku. Jednotky ε sú rovnaké ako jednotky ε_ani: C² /N.m² m.

Meranie elektrického príspevku

Účinok vloženia dielektriku medzi dosky kondenzátora je umožniť ďalšie ukladanie zaťaženia, to znamená zvýšenie kapacity. Túto skutočnosť objavil Michael Faraday v 19. storočí.

Je možné zmerať dielektrickú konštantu materiálu pomocou paralelného kondenzátora s plochým plakom takto: keď je medzi doskami iba vzduch, je možné preukázať, že kapacita je daná:

C_ani = ε_ani. A/d

Kde C_ani Je to kapacita kondenzátora, Do Je to oblasť dosiek a d je vzdialenosť medzi nimi. Ale pri vkladaní dielektriku sa kapacita zvyšuje v faktore K, ako je vidieť v predchádzajúcej časti, a potom je nová kapacita C C úmerná originálu:

C = κε_ani. A/d = ε. A/d

Dôvodom konečnej a počiatočnej kapacity je dielektrická konštanta materiálu alebo relatívny príspevok:

κ = c /c_ani 

A absolútny elektrický príspevok príslušného materiálu je známy prostredníctvom:

ε = ε_ani .  (C / c_ani)

Opatrenia sa dajú ľahko vykonať, ak je k dispozícii multimeter schopný merať kapacitu. Alternatívou je meranie napätia VO medzi kondenzačnými doskami bez dielektriku a izolované zo zdroja. Potom sa zavedie dielektrika a pozoruje sa zníženie napätia, ktorého hodnota bude V.

Potom κ = v_ani / V

Experiment na meranie elektrického príspevku vzduchu

-Materiál

- Ploché platne kondenzátor paralelné nastaviteľné oddelenie.

- Mikrometrická alebo vernier skrutka.

Môže vám slúžiť: Mechanické vlny: Charakteristiky, vlastnosti, vzorce, typy

- Multimeter, ktorý má funkciu merania kapacity.

- Grafový papier.

-Postup

- Vyberte si oddelenie d Medzi kondenzačné dosky a pomocou multimetra merali kapacitu C_ani. Zaregistrujte dátový pár do tabuľky hodnôt.

- Opakujte predchádzajúci postup pre najmenej 5 separácií od dosiek.

- Nájdite kvocient (A/d) Pre každé merané merania.

- Vďaka výrazu C_ani = ε_ani. A/d Je známe, že C_ani Je úmerný kvocientu (A/d). Graf na milimetrovom papieri každá hodnota C_ani s ich príslušnou hodnotou A/d.

- Vizuálne upravte najlepšiu čiaru a určte svoj sklon. Alebo nájdite sklon lineárnou regresiou. Hodnota sklonu je príspevok vzduchu.

Dôležitý

Oddelenie medzi doskami by nemalo prekročiť asi 2 mm, pretože rovnica pre kapacitu paralelného kondenzátora s plochou doskou je nekonečné platne. Je to však pomerne dobrý prístup, pretože strana dosiek je vždy oveľa väčšia ako oddelenie medzi nimi.

Tento experiment určuje príspevok vzduchu, ktorý je celkom blízko k vákuu. Dielektrická konštanta vákua je K = 1, zatiaľ čo suchý vzduch je K = 1.00059.

Odkazy

1. Dielektrický. Dielektrická konštanta. Získané z: elektrikári.Cl.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Fyzická séria pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 5 elektrická interakcia. Druhý. Vydanie. 213-215.
3. Laboratori d'Elektricitat i magnetizme (UPC). Relatívny príspevok materiálu. Získané z: elaula.je.
4. Monge, m. Dielektrický. Elektrostatické pole. University Carlos III z Madridu. Získané z: OCW.Uc3m.je.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14^th. Edimatizovať. 797 - 806.