Діелектрики, поляризація і пробивна напруженість діелектриків

Речовини (тіла) з жалюгідною електропровідністю іменуються діелектриками або ізоляторами. До діелектриків відносяться гази, частина рідин (мінеральні масла, лики) і практично всі тверді матеріали, крім металів і вугілля.

Але при деяких умовах в діелектриках відбувається розщеплення молекул на іони (наприклад, під дією високої температури або в сильному полі), в даному випадку діелектрики втрачають свої ізолюючі властивості і стають провідниками.

Діелектрики володіють властивістю поляризуватися і в їх може бути довге існування електростатичного поля.

діелектрики

поляризація діелектриків

Якщо електричне поле створюється в вакуумі, то величина і напрямок вектора напруженості поля в даній точці залежать тільки від величини і місця розташування зарядів, що створюють поле. Якщо ж поле створюється в будь-якому діелектрику, то в молекулах останнього, відбуваються фізичні процеси, що впливають на електричне поле.

Під дією сил електричного поля електрони на орбітах зміщуються в напрямку, протилежному полю. В результаті раніше нейтральні молекули стають диполями з рівними зарядами ядра і електронів на орбітах. Це явище називається поляризацією діелектрика. При зникненні поля зникає і зміщення. Молекули знову стають електрично нейтральними.

Поляризовані молекули - диполі роблять свій електронний поле, напрямок якого обернено напрямку основного (зовнішнього) поля, тому додаткове поле, складаючись з головним, послаблює його.

Чим сильніше поляризується діелектрик, то менше виходить результуюче поле, тим менше стає його напруженість в кожній точці при тих же зарядах, що створюють основне поле, а як слід, діелектрична проникність ε такого діелектрика більше.

Якщо діелектрик знаходиться в змінному електронному поле, то зміщення електронів стає також змінним. Цей процес призводить до посилення руху частинок і, як слід, до нагрівання діелектрика.

Чим частіше змінюється електричне поле, тим сильніше гріється діелектрик. На практиці це явище вживається для нагріву вологих матеріалів з метою їх сушіння або отримання хімічних реакцій, що відбуваються при підвищеній температурі.

Пробивна напруженість діелектриків

При нормальних умовах діелектрик володіє незначною електропровідністю. Це властивість зберігається, поки напруженість електричного поля НЕ зросте до деякого граничного для кожного діелектрика значення.

У сильному електронному поле відбувається розщеплення молекул діелектрика на іони і тіло, яке в слабкому полі було діелектриком, стає провідником.

Напруженість електричного поля, при якій починається іонізація молекул діелектрика, називається пробивною напруженістю (електронної міцністю) діелектрика.

Величина напруженості електричного поля, яка допускається в діелектрику при його використанні в електронних установках, іменується допустимої напруженістю. Допустима напруженість зазвичай в кілька разів менше пробивний. Ставлення пробивний напруженості до допустимої визначає запас міцності.

пробій діелектрика

Найкращими непроводниками (діелектриками) є вакуум і гази, особливо при високому тиску.

Слід зазначити, що у газів і рідких діелектриків ізолюючі характеристики відновлюються при зниженні напруженості поля до величини, меншої пробивний напруженості.

У таблиці наведені значення пробивної напруженості (при нормальних умовах і в однорідному незмінному нулі) деяких найбільш поширених діелектриків.

Значення пробивної напруженості діелектриків

Школа для електрика