Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Презентация на тему: » Проводники и диэлектрики в электростатическом поле в электростатическом поле Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.» — Транскрипт:

1

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле в электростатическом поле Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

2

Проводники в электростатическом поле Проводники в электростатическом поле Диэлектрики в электростатическом поле Диэлектрики в электростатическом поле

3

— металлы; — жидкие растворы и расплавы электролитов; — плазма. Проводники – это вещества, в которых имеются свободные носители электрических зарядов. К проводникам относятся: Проводники в электростатическом поле Проводники в электростатическом поле

4

При внесении проводника в электростатическое поле свободные заряды в нем приходят в движение в направлении против силовых линий. В результате на одном конце проводника возникает избыток отрицательного заряда, на другом его недостаток, а значит избыток положительного заряда. В результате на одном конце проводника возникает избыток отрицательного заряда, на другом его недостаток, а значит избыток положительного заряда. Евнеш Проводники в электростатическом поле Проводники в электростатическом поле

5

Эти заряды создадут свое собственное электрическое поле, которое направлено против внешнего. Внутреннее поле ослабит внешнее. Свободные электроны будут продолжать двигаться и увеличивать внутреннее поле до тех пор, пока оно полностью не погасит внешнее. Е внеш Е внутр Проводники в электростатическом поле Проводники в электростатическом поле

6

Поле внутри проводника, помещенного в электростатическое поле, отсутствует. Поле внутри проводника, помещенного в электростатическое поле, отсутствует. Е внеш Е внутр Проводники в электростатическом поле Проводники в электростатическом поле

7

Проводники в электростатическом поле Проводники в электростатическом поле Электростатические свойства однородных металлических проводников. 1. При помещении проводника во внешнее электростатическое поле наблюдается явление электростатической индукции – появление на противоположных сторонах проводника электрических зарядов разных знаков. 2. Внутри проводника электрический заряд отсутствует; весь статический заряд проводника, полученный им при электризации, может располагаться только на его поверхности. 3. Электрические заряды распределяются по поверхности проводника так, что электростатическое поле оказывается сильнее на выступах проводника и слабее на его впадинах. 4. Если внутри проводника имеется полость, то в каждой точке этой полости напряженность электростатического поля равно нулю (теорема Фарадея). 5. Напряженность электростатического поля на внешней поверхности проводника направлена перпендикулярно к этой поверхности. 6. Во всех точках внутри проводника потенциал электростатического поля имеет одно и то же значение. 7. Если заряженный проводник имеет форму шара или сферы радиусом R, то напряженность и потенциал создаваемого им поля определяются выражениями:

8

Диэлектрики полярныенеполярные + + Диэлектрики – это материалы, в которых нет свободных электрических зарядов. К диэлектрикам относятся воздух, стекло, эбонит, слюда, фарфор, сухое дерево. Диэлектрики Диэлектрики в электростатическом поле Диэлектрики в электростатическом поле

9

полярныенеполярные Диэлектрики в электростатическом поле Диэлектрики в электростатическом поле

10

полярныенеполярные Диэлектрики в электростатическом поле Диэлектрики в электростатическом поле

11

Поляризация диэлектрика – это смещение в противоположные стороны разноименных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества. Диэлектрическая проницаемость среды – это физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль напряженности электрического поля внутри однородного диэлектрика меньше модуля напряженности поля в вакууме. Е0Е0 Е ε =ε =ε =ε = Диэлектрики в электростатическом поле Диэлектрики в электростатическом поле

Что такое проводники и диэлектрики

Проводники это вещества, имеющие в своей структуре массу свободных электрических зарядов, способных перемещаться под воздействием внешней силы по всему объёму материала.

К группе проводников в электростатическом поле относят металлы и их соединения, некоторые виды электротехнического угля, растворы солей (кислот, щелочей), ионизированные газы.

Лучшим проводящим материалом считается металл, например, золото, платина, медь, алюминий. К неметаллическим веществам, проводящим ток, относится углерод.

Проводник

Диэлектрики – вещества, противоположные по своим свойствам проводникам. При отсутствии нагревания заряженные частицы в нейтральном атоме тесно взаимосвязаны и не могут осуществлять движения в объеме материала. В связи с этим электрический ток в непроводнике протекать не может.

Диэлектрик

К материалам, непроводящим электрический ток, относят: керамику, резину, бумагу, стекло, фарфор, смолу, сухую древесину. Лучшим диэлектриком считается газ. Качества диэлектриков зависят от температуры и влажности среды, в которой они находятся.

Проводники и диэлектрики активно используют в электротехнической области. Пример – материалом, из которого производят провода (кабели), служат проводники, изготовленные из металла. Изолирующие оболочки для них производят из диэлектриков – полимеров.

Свойства материалов

Лучшими считаются проводники, сырьем для производства которых послужило серебро, золото или платина. Повсеместное их использование ограничивается только большой стоимостью материала. Такие изделия нашли применение в оборонной и космической промышленности

В этих сферах важно обеспечение самого высокого качества оборудования, независимо от его стоимости

Гораздо шире область применения медных и алюминиевых материалов. Невысокая стоимость и отличные проводящие качества позволили использовать их во многих отраслях хозяйствования.

В диэлектриках повышение температуры может приводить к возникновению свободных электрических зарядов. Это электроны, оторвавшиеся от ядра из-за температурных колебаний. Обычно это небольшое количество свободных зарядов. Но существуют изоляторы, в которых это число достигает существенных размеров. В этом случае изоляционные качества диэлектрика ухудшаются.

Обратите внимание! Надежным считается диэлектрик, если возникающий в нём небольшой ток утечки не мешает работе всей системы. Лучшим диэлектриком считается абсолютный вакуум, а также полностью очищенная вода

Но таковых в природе не найти, а создать их искусственным путём очень сложно. Включение в жидкость любой примеси обеспечивает ей проводящие качества

Лучшим диэлектриком считается абсолютный вакуум, а также полностью очищенная вода. Но таковых в природе не найти, а создать их искусственным путём очень сложно. Включение в жидкость любой примеси обеспечивает ей проводящие качества.

Три опыта для демонстрации проводимости различных веществ

Рассмотрим три опыта, которые продемонстрируют нам то, как различные вещества могут по-разному пропускать электрические заряды.

Первый эксперимент

Возьмём два электрометра. Один из них зарядим, а второй, наоборот, разрядим. Разрядить электрометр с небольшим зарядом просто – достаточно прикоснуться к нему рукой: наша кожа является неплохим проводником, поэтому заряд с шара электрометра перейдёт к нам. Однако будьте ОСТОРОЖНЫ! Благодаря тому, что кожа является хорошим проводником, человек подвержен опасности при контакте с носителями большого электрического заряда.

Теперь возьмём провод на изолированной пластмассовой ручке (изолирует руку от металлической проволоки) – и прикоснёмся к шарам этих электрометров. При этом стрелка второго электрометра практически моментально отклонится от вертикального положения

Обратим внимание на то, как быстро произошло протекание заряда от одного электрометра к другому. Это говорит о том, что металлы – очень хорошие проводники

Необходимо отметить тот факт, что металлы тоже обладают разной проводимостью. Наиболее хорошо проводят электрические заряды такие металлы, как серебро, медь и алюминий.

Второй эксперимент

Сообщим дополнительный заряд первому электрометру и разрядим второй электрометр.

Теперь возьмём деревянную линейку и положим её на два электрометра. Что при этом произойдёт? Для чистоты эксперимента изолируем линейку от руки с помощью, к примеру, листа бумаги.

Мы видим, что стрелка второго электрометра отклоняется не так резко, как в первом эксперименте, а постепенно. Это означает, что электрические заряды по дереву тоже проходят, то есть дерево можно считать проводником. Но, естественно, его свойства проводимости отличаются от свойств металлов. Следовательно, можно говорить о том, что такие вещества, как дерево и металл, существенно отличаются своей проводимостью.

Третий эксперимент

В третьем эксперименте мы пронаблюдаем за тем, как ведут себя диэлектрики.

Для этого повторим эксперимент следующим образом: разрядим второй электрометр и сообщим дополнительный заряд первому электрометру.

Затем возьмём стеклянную палочку и потрём её о бумагу. В результате взаимодействия происходит разделение электрического заряда, то есть электризация. При этом само стекло не является проводником, то есть стекло плохо пропускает электрический заряд. Теперь приложим палочку к обоим электрометрам.

В данном случае мы наблюдаем следующее: после прикосновения палочки к шарам электрометров совершенно ничего не происходит. То есть второй электрометр остаётся незаряженным. Это означает, что стекло у нас не пропускает электрические заряды.

Немаловажным является тот факт, что важное значение для проводимости некоторых веществ имеет состояние окружающей среды. Например, если повышается влажность воздуха (о которой мы говорили в предыдущей теме), то в этом случае многие вещества будут вести себя, как проводники

Наглядной демонстрацией этого может служить молния. Ведь молния обычно наблюдается тогда, когда идёт дождь, то есть влажность максимальна. Соответственно, во влажном воздухе начинает проходить электрический заряд, то есть электрический заряд идёт по воздуху (газу). Хотя в обычной ситуации воздух не проводит электрический заряд. То есть воздух становится проводником именно в том случае, когда изменилась влажность. Можно и привести и другие примеры, подтверждающие влияние влажности на проводимость материалов.

На следующем уроке мы познакомимся с вопросами, связанными с зарядами: какие заряды существуют и существует ли минимальный электрический заряд.

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Фестиваль педагогических идей «открытый урок» (Источник).
2. Интернет-портал Works.tarefer.ru (Источник).
3. Уроки (Источник).

Домашнее задание

1. П. 27, вопросы 1–4. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
2. Каким свойством должны обладать нити, на которых подвешиваются заряженные тела при экспериментах по электричеству?
3. Почему стрелка электроскопа отклоняется, когда электроскоп заряжают? Зависит ли отклонение от знака заряда?
4. Как можно опытным путём отличить проводник от диэлектрика?

§ 5. Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Как нам уже известно, проводник представляет собой тело, которое содержит большое число свободных электронов, заряды которых компенсируются положительными зарядами ядер атомов. Если металлический проводник поместить в электрическое поле (рис. 12), то под влиянием сил поля свободные электроны проводника придут в движение в сторону, противоположную направлению сил поля. В результате этого на одной стороне проводника возникает избыточный отрицательный заряд, а на другой стороне проводника — избыточный положительный заряд.

Рис. 12. Проводник в электрическом поле

Разделение зарядов в проводнике под влиянием внешнего электрического поля называется электризацией через влияние, или электростатической индукцией, а заряды на проводнике — индуцированными зарядами.

Индуцированные заряды проводника создают добавочное электрическое поле, направление которого противоположно внешнему полю.

Результирующее электрическое поле внутри проводника уменьшается, а вместе с ним уменьшаются силы, действующие на перераспределение зарядов. Движение зарядов в проводнике прекратится, когда напряженность поля, вызванного индуцированными зарядами проводника ε_п, станет равной напряженности внешнего поля ε_вн, а результирующая напряженность поля внутри проводника будет равна нулю.

Как было указано выше, диэлектрик отличается от проводника отсутствием свободных электронов (точнее, весьма малым количеством свободных электронов). Электроны атомов диэлектрика прочно связаны с ядром атома.

Диэлектрик, внесенный в электрическое поле, так же как и проводник, электризуется через влияние. Однако между электризацией проводника и диэлектрика имеется существенная разница. Если в проводнике под влиянием сил электрического поля свободные электроны передвигаются по всему объему проводника, то в диэлектрике свободного перемещения электрических зарядов произойти не может. Но в пределах каждой молекулы диэлектрика возникает смещение положительного заряда вдоль направления электрического поля и отрицательного заряда в обратном направлении. В результате на поверхности диэлектрика возникнут электрические заряды.

Рассматриваемое явление называется поляризацией диэлектрика.

Различают диэлектрики двух классов. У диэлектриков первого класса молекула в нейтральном состоянии имеет положительный и отрицательный заряды, настолько близко расположенные один к другому, что действие их взаимно компенсируется. Под влиянием электрического поля положительные и отрицательные заряды в пределах молекулы несколько смещаются один относительно другого, образуя диполь* (рис. 13).

* ()

Рис. 13. Электрические заряды молекул диэлектрика: а — без внешнего поля, б — при наличии поля

У диэлектриков второго класса молекулы и в отсутствие электрического поля образуют диполи. Такие диэлектрики называются полярными. К ним относятся вода, аммиак, эфир, ацетон и т. д. У таких диэлектриков при отсутствии электрического поля диполи в пространстве расположены хаотически, и вследствие этого результирующее электрическое поле вокруг полярного диэлектрика равно нулю. Под действием внешнего электрического поля молекулы (а стало быть, и диполи) стремятся повернуться так, чтобы их оси совпали с направлением внешнего поля. С устранением электрического поля поляризация диэлектрика исчезает. Таким образом, поляризация представляет собой упругое смещение электрических зарядов в веществе диэлектрика.

При некоторой определенной величине напряженности электрического поля смещение зарядов достигает предельной величины, после чего происходит разрушение — пробой диэлектрика, в результате которого диэлектрик теряет свои изолирующие свойства и становится токопроводящим.

Напряженность электрического поля, при которой наступает пробой диэлектрика, называется пробивной напряженностью ε_пр. Напряженность поля, допускаемая при работе диэлектрика ε_доп, должна быть меньше пробивной напряженности. Отношение

называется запасом прочности.

Приведем значения пробивной напряженности (в кв/мм) для некоторых диэлектриков:

Зависимость сопротивления проводника от частоты тока

При воздействии электрического тока индукция магнитного поля происходит внутри прямолинейного проводника и в окружающем его пространстве. Магнитные линии образуют концентрические окружности.

Распределение переменного тока по сечению

Если проводник с током условно разбить на несколько параллельных друг другу нитей тока, то можно установить, что, чем ближе токовая нить находится к оси проводника, тем больший замыкающийся внутри магнитный поток её охватывает. Индуктивность нити и индуктивное сопротивление находятся в пропорциональной зависимости от магнитного потока, с нею связанного.

В связи с этим в нитях с переменным током, находящихся внутри проводящего вещества, возникает большее индуктивное сопротивление, чем в нитях, находящихся снаружи. Образуется неравномерность тока по сечению, возрастающая от оси к поверхности проводника, чем и объясняется увеличение сопротивления проводников переменному току. Это явление называется поверхностным эффектом.

Из-за неравномерного распределения плотности тока происходит увеличение сопротивления проводника. При небольшой частоте в 50 Гц и малом сечении медного провода явление поверхностного эффекта почти незаметно. При значительном увеличении частоты и сечения проводника из железа это явление будет более активным.

Обратите внимание! Чем выше частота тока в цепи, тем ближе к поверхности проводника находятся электрические заряды, и тем больше возрастает его сопротивление

Электричество и магнетизм

Электричество известно с давних времён, но иных сведений, кроме признания существования, о явлении не приводилось. Узнали лишь, что статический заряд удаётся получить трением, и дело застопорилось. Сложно сказать, что открыто раньше, но геологи считают, что магнетизм известен людям по крайней мере с V века до нашей эры. Находки указывают, что намагниченные куски породы использовались в неизвестных целях на территории современной Турции.

Известно, что систематизация данных по магнетизму началась раньше. Первопроходцем стал известный ныне, благодаря единственному документу, Перегрин. В 1269 году он написал манускрипт, где описал и систематизировал данные по магнитам, предложил методику ориентации для путешественников в пространстве. С латинского «перегринус», «пилигрим» – путешественник. Уже в первые века нашей эры свойство магнита активно эксплуатировалось китайскими мореходами. Перегрин вскрывал ряд свойств:

1. Магнит всегда располагается по направлению с севера на юг. Следовательно, обнаруживает два полюса. Одноименные отталкиваются, а разноимённые притягиваются.
2. Если магнит разломить пополам, получается два совершенно отдельных куска, обладающие в полной мере свойствами первоначального. Получить полюс по отдельности простыми средствами не получится.

Что касается электричества, физики отдают несомненный приоритет Гильберту. Этот человек создал трактат, где собрал и систематизировал имеющиеся данные, много экспериментировал самостоятельно. Гильберт, по странному совпадению занялся сравнением магнетизма и электричества. К 1600 году никто не задумывался о связи материй и ничего не мог доказать. Гильберт установил, что электричество – в его понимании – считается слабой субстанцией: заряд легко смывается водой, экранируется и характеризуется малой силой взаимодействия

Для теории и будущих поколений сделал важное наблюдение:

• Магнитный шар из руды – Гильберт назвал его Тереллой – ведёт себя подобно Земному в смысле действия на стрелку компаса.
• Электрическое взаимодействие распространяется по прямой. Следовательно, Гильберт оказался первым, кто правильно охарактеризовал силовые линии поля.

Два века понадобилось человечеству, чтобы подобный эффект обнаружить в проводе с током. Сказанное приводит к выводу, что исследования тормозились, вдобавок к инквизиции, отсутствием генератора электричества – не с чем проводить эксперименты. Тереть янтарь шерстью утомительно и малоэффективно. Иллюстрации Гильберта (см. рис.) подтолкнули исследователей к изучению структуры силовых линий, что в будущем помогло объяснить поведение диэлектриков и проводников в магнитном поле.

Гильберту приписывают первую систематизации материалов. Он искал вещества, демонстрирующие способности к электризации, составил списки отличающихся. В последний класс попало большинство металлов, в первый – диэлектрики. Сегодня установлено, что статический заряд распределить возможно практически на любом теле. Но трением приобретают необычные свойства преимущественно диэлектрики. Таким образом, Гильберт первым систематизировал материалы, хотя на момент 1600 года не смог дать удовлетворительные объяснения.

Считается, что первый электростатический генератор изобрёл Отто фон Герике. Серный шар, вращающийся на железной оси, натирали ладонями, наблюдая искры электрического разряда. Герике обнаружил перераспределение статического электричества по поверхности различных тел. На основе созданного генератора стали ставить опыты, к середине XVIII века материалы оказались поделены на классы (проводники и диэлектрики) и по знаку получаемого трением заряда. Появилось смоляное (отрицательное) и стеклянное (положительное) электричество.

Дальнейшие эксперименты позволили при помощи крутильных весов (на тонкой нити) установить закон притяжения и отталкивания между зарядами. Это сделал Шарль Кулон. Он описал количественно силу взаимодействия, подтвердив предположение Гильберта о линейности силовых линий электрических зарядов. На это ушло без малого два века. Закон Кулона позволил учёным дать первые объяснения касательно поведения диэлектриков и проводников в электрическом поле. Уже тогда присутствовало любопытное приспособление, способное удивить и скептика…

Проводник

Иная картина сложится с проводниками. Если проводники электрического тока внести в электростатическое поле, в нем возникнет кратковременный ток, так как действующие на свободные заряды электрические силы будут способствовать возникновению движения. Но также всем известен закон термодинамической необратимости, когда любой макропроцесс в замкнутой системе и движение должны в итоге закончиться, а система уравновеситься.

Проводник в электростатическом поле — это тело из металла, где электроны начинают движение против силовых линий и начнут накапливаться слева. Проводник справа потеряет электроны и получит положительный заряд. При разделении зарядов он обретет свое электрическое поле. Это называется электростатической индукцией.

Внутри проводника напряженность электростатического поля нулевая, что легко доказать, двигаясь от обратного.

Демонстрация работы электрометра

Как же устроен электрометр? Практически так же, как и электроскоп.

В верхней части электроскопа располагается шар (специально делается таким образом, чтобы можно было на нём разместить как можно большее количество зарядов). Металлический стержень проходит через пластмассовую пробку внутри металлического корпуса, который с двух сторон защищён стёклами. В нижней части стержня укреплена стрелка.

Стрелка, получая заряд от металлического стержня, знак которого совпадает с зарядом стержня, отталкивается, и по отклонению этой стрелки от вертикали можно судить о величине электрического заряда. Как видно на рисунке, в электрометре есть некая шкала, которая позволяет по углу отклонения стрелки судить о величине электрического заряда.

Рассмотрим действие электрометра.

Возьмём стеклянную палочку, потрём её о бумагу, чтобы в результате трения она стала наэлектризованной. Поднесём теперь палочку к шару электрометра, в результате заряд палочки передаётся шару электрометра, от которого получает заряд металлический стержень и стрелка электрометра. Поскольку стержень и стрелка обладают одноимённым зарядом, то стрелка отклоняется от стержня, тем самым демонстрируя нам наличие электрического заряда (Рис. 6).

Рис. 6. Принцип работы электрометра (Источник)

Итак, мы рассмотрели устройство электрометра и электроскопа – простейшие приборы, которые можно использовать для регистрации и оценки величины электрического заряда

Обратите внимание, что по отклонению стрелки можно судить о величине электрического заряда. Грубо говоря, электрометр – это электроскоп со шкалой

Именно благодаря этому усовершенствованию Ломоносов и использовал электрометр для изучения электрических явлений.

Формула определения длины проводника

Найти длину проводника можно путём непосредственного его измерения, например, рулеткой. Если предстоит подсчитать протяженность скрытой электропроводки в жилище, нужно учесть, что прокладывают её обычно горизонтально по стенам на расстоянии 15-20 см от потолка. Вертикально, под прямым углом, делают опуски на выключатели и розетки. Если проводник труднодоступен (заземляющие проводники), либо длина его велика, этот метод может оказаться сложно выполнимым.

Тогда длина проводника определяется другим способом. Для этого необходимо подготовить:

• строительную рулетку,
• тестер,
• штангенциркуль,
• таблицу электропроводности металлов.

Сначала нужно измерить сопротивление отдельных участков электропроводки. Далее определить сечение провода и материал, из которого он изготовлен. Обычно в быту используются алюминиевые или медные проводящие материалы.

Из формулы определения сопротивления (R = r * L * s) находят длину проводника по формуле:

L = R / r*s,

где:

• L – длина провода,
• R – его сопротивление,
• r – удельное сопротивление материала (для меди составляет от 0,0154 до 0,0174 Ом, для алюминия – от 0,0262 до 0,0278 Ом),
• s – площадь поперечного сечения провода.

Рассчитывают сечение провода:

S = π/4 * D2,

где:

• π – число, приблизительно равное 3,14;
• D – диаметр, замеряемый штангенциркулем.

Если необходимо найти длину провода, смотанного в бухту, определяют длину одного витка в метрах и умножают на число витков.

Если катушка круглого сечения, измеряют её диаметр, умножают на число π и на количество витков:

L = d * π * n,

где:

• d – диаметр катушки,
• n – число витков провода.

Поведение проводника в электрическом поле

Деление на проводники, полупроводники и диэлектрики условное. Нет чёткой границы, градация ведётся по удельной проводимости веществ. Проводники хорошо проводят ток, диэлектрики практически лишены указанного качества.

Рассмотрим случай однородного поля с прямыми и параллельными друг другу силовыми линиями, как в большинстве учебников физики. Помещённый в постоянное поле металл начинает заряжаться статическим электричеством, как описано выше. Смысл: линии напряжённости идут в направлении, куда двигался бы положительный заряд – так решил Франклин. Но электроны отрицательны, плывут против течения.

В результате на образце проводника со стороны истока поля скапливается избыток носителей со знаком минус. А противоположный конец металла положителен. Процесс происходит так:

1. Поле проникает внутрь металла.
2. Проводник полон свободных носителей заряда, двигающихся вдоль силовых линий.
3. Процесс перераспределения идёт, пока собственное поле электронов и свободных орбит атомов не уравновесит внешнее воздействие.
4. На этом влияние постоянного электрического поля исчерпывается.

Особенности поведения заряда

Заряд проводника скапливается на поверхности. Кроме того, он распределяется таким образом, что плотность заряда ориентируется на кривизну поверхности. Здесь она будет больше, чем в других местах.

Проводники и полупроводники имеют кривизну больше всего на остриях угла, кромках и закруглениях. Здесь же наблюдается и большая плотность заряда. Наряду с ее увеличением растет и напряженность рядом. Поэтому здесь создается сильное электрическое поле. Появляется коронный заряд, из-за чего стекаются заряды от проводника.

Если рассмотреть проводник в электростатическом поле, у которого изъята внутренняя часть, обнаружится полость. От этого ничего не изменится, потому что поля как не было, так и не будет. Ведь в полости оно отсутствует по определению.

Проводники

Проводники имеют частично заполненную валентную зону, которая перекрывается с зоной проводимости. Это приводит к способности валентных электронов свободно перемещаться в кристалле или направлено двигаться под действием внешнего поля. Отсутствие запрещенной зоны у металлов объясняется тем, что в их кристаллах s- и p-зоны перекрываются, а количество валентных электронов чрезвычайно мало по сравнению с числом свободных орбиталей в валентной зоне.

Спаренные электроны валентной зоны могут свободно переходить с нижних энергетических уровней на свободные уровни, в том числе и на свободные уровни зоны проводимости. Это обеспечивает высокую электропроводность металлов. Наибольшую электропроводность, с точки зрения зонной теории, имеют металлы, в которых количество электронов в валентной зоне равно числу электронных уровней в зоне проводимости. При этом условии все электроны могут переходить в квазисвободное состояние и участвовать в переносе электричества. К металлам с высокой электропроводностью принадлежат щелочные металлы (Li, Na, K), d-металлы I группы (Cu, Ag, Au), а также металлы II группы (Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Hg), в которых наблюдается перекрытие валентной зоны и зоны проводимости.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Одним из основных понятий электрики является электрическое поле. Благодаря ему, все электрические заряды способны взаимодействовать между собой. Оно образовано суммой электрических полей, существующих в каждом заряде. Все тела, помещенные в эту среду, разделяются, как проводники и диэлектрики в электрическом поле, выполняющие собственные функции, в зависимости от их физических свойств.

Проводники в электрическом поле

Проводники свободно пропускают через себя электрозаряды, поскольку содержат в себе заряженные свободные носители. Классические проводники представлены различными видами металлов и электролитами.

Когда проводник попадает в электрическое поле, в нем возникает движение свободных зарядов. Оно прекращается при нулевом значении напряженности. Разноименные заряды могут разделяться и тогда наблюдается явление электростатической индукции. В этом случае прекращается перемещение свободных зарядов вдоль поверхности проводника. Когда распределение достигает определенного значения, вектор напряженности в поле становится перпендикулярным проводнику.

Все эти свойства проводников, на которые воздействует поле используются на практике в различных приборах и устройствах.

Диэлектрики

Тела, которые состоят из веществ, не проводящих электроразряды, получили название диэлектриков. Это связано с тем, что в них отсутствуют свободные заряды. В электротехнике такие тела играют роль изоляторов.

При помещении диэлектрика в электрическое поле, в нем не будет происходить перераспределения зарядов. Сам диэлектрик будет нейтральным на обоих концах. Тем не менее, незаряженное диэлектрическое тело может притягиваться к заряженному объекту, поскольку поле создает поляризацию диэлектрика. При этом, разноименные заряды, связанные между собой и находящиеся в составе молекул и атомов, смещаются в противоположные стороны.

Диэлектрики могут быть полярными и неполярными. В первом случае распределение положительных и отрицательных зарядов в молекулах не совпадает. Эти нейтральные системы называются электрическими диполями. В неполярных диэлектриках центры положительных и отрицательных зарядов совпадают. Их типичными представителями являются водород, кислород, инертные газы. Следует отметить, что разделение веществ на проводники и диэлектрики достаточно условно, поскольку свободные заряды в различных количествах содержатся в каждом диэлектрике.

Лазер превращает диэлектрик в проводник

Диэлектрики бывают разными, и некоторые из них можно превратить в проводники, облучив интенсивным светом.

Цветом показана вероятность обнаружить два электрона запертыми на узле в зависимости от времени (по горизонтали) и величины межэлектронного взаимодействия (по вертикали). Лазерное поле переключает систему из моттовского состояния (синее) в проводящее (жел

‹

›

Физики впервые теоретически описали, как будут вести себя так называемые моттовские диэлектрики под действием сверхкоротких и очень мощных лазерных импульсов и как должен выглядеть спектр отраженного от их поверхности излучения.

Расчеты показывают, что в этом случае диэлектрик будет превращаться в проводник. В перспективе это явление можно будет использовать для электроники, исследований быстрых процессов и квантовых состояний в веществе. Результаты совместной работы сотрудников физфака МГУ, Российского квантового центра и немецкого Института нелинейной оптики и спектроскопии имени Макса Борна опубликованы в журналеNature Photonics.

Диэлектрики – вещества, которые плохо проводят электрический ток, поскольку в них мало свободных электронов, способных легко перемещаться и переносить заряд. В обычных диэлектриках это связано с особенностями распределения электронов по энергетическим уровням, которые возникают в поле кристаллической решетки. Описывает это один из основных разделов квантовой физики – зонная теория.

Моттовские диэлектрики отличаются от обычных тем, что ток в них не может течь совсем по другой причине, из-за сильного взаимодействия между электронами. В них движению электронов, способных создать ток, «мешают» другие электроны, находящиеся на соседних атомах. Своим отталкиванием они «запирают» каждый электрон на своём атоме и делают вещество диэлектриком. Названы они в честь английского физика Невилла Ф. Мотта, лауреата Нобелевской премии 1977 года, который в 1949 году объяснил их возникновение. Моттовские диэлектрики (как правило, это оксиды переходных металлов, например, NiO) перестают проводить ток при охлаждении, когда взаимодействие между электронами становится более существенным.

Эксперименты по воздействию света на вещество начались около 20 лет назад. Но необходимость учитывать взаимодействие электронов затрудняла теоретическое изучение процессов в моттовских диэлектриках. Поэтому до сих пор рассматривались единичные атомы или молекулы с целью изучить поведение электронов на орбиталях атомов. Но никто не занимался изучением поведения самих моттовских диэлектриков в сверхсильном световом поле. Однако последние лет пять экспериментаторы начали переключаться на твердое тело, на кристаллы. Здесь картина намного сложнее, поскольку это многоэлектронная задача, где взаимодействующие электроны влияют на проводимость.

Авторы работы исследовали, как такие материалы будут реагировать на вспышки мощного фемтосекундного лазера, и моделировали, как должен выглядеть спектр отраженного от поверхности излучения, поскольку на его свойства влияют характеристики материала. Под действием сильного переменного поля лазерного луча, падающего на поверхность моттовского диэлектрика, состояние электронов в нем изменяется. Их кинетическая энергия возрастает, и материал теряет свойства диэлектрика. Процесс можно исследовать с помощью так называемой спектроскопии высоких гармоник.

Метод заключается в том, что на материал направляют очень короткие, длиной в десятки или сотни фемтосекунд (10-15 с), импульсы лазера с заданными характеристиками. При отражении луча от материала эти характеристики изменяются, в том числе часть фотонов приобретает в десятки раз большую энергию и частоту колебаний, чем фотоны исходного импульса (это называется генерацией высоких оптических гармоник). По изменению характеристик луча можно судить о свойствах материала.

Это первая попытка теоретического исследования того, как многочастичная физика будет себя проявлять при генерации сверхвысоких оптических гармоник. Продолжение исследования, по мнению авторов работы, зависит от экспериментального обнаружения предсказанных явлений. Тогда и будет ясно, куда двигаться дальше, в первую очередь, в описании конкретных результатов экспериментов.

По материалам пресс-релизов МГУ и РКЦ.

Физики превратили моттовский диэлектрик в проводник – Москва 24, 26.03.2018

Фото: портал Москва 24/Александр Авилов

Физики из России и Германии показали, как моттовский диэлектрик может стать проводником под действием ультракоротких лазерных импульсов. Медот впервые совмещает спектроскопию высоких гармоник и динамику многочастичных систем с сильным взаимодействием. Он позволит исследовать системы с разрешением по времени порядка нескольких фемтосекунд.

Исследователи часто пренебрегают взаимодействием электронов при описании электрических свойств твердых тел. Взаимодействие признается слишком малым и сводится к движению квазичастиц. Каждую из них рассматривают отдельно, описывая проводимость материала через запрещенную зону частиц. Это область значений, которые не может принимать энергия частицы.

Если ширина такой зоны равна нулю, то материал считается проводником, при значении в один-три электронвольта его признают полупроводником, при большей ширине вещество считается изолятором.

Однако иногда пренебречь взаимодействием нельзя, и зонная теория неправильно предсказывает электрические свойства материала. В 1937 году были обнаружены оксиды, для которых такой подход предсказывает хорошую проводимость, а на самом деле они изолируют ток. В том же году Невилл Мотт и Рудольф Пайерлс объяснили это неожиданное поведение. Они включили в модель взаимодействие между отдельными электронами. В изоляторах нового типа электроны отталкивались настолько сильно, что они не передвигались внутри материала свободно и ток не проводился. Подобные диэлектреки назвали моттовскими.

Группа ученых под руководством Михаила Иванова использовала для теоретического исследования свойств моттовского изолятора метод спектроскопии высоких гармоник (High harmonic generation, HGG). На материал направляли короткие лазерные импульсы с заданными характеристиками, сообщается в статье Nature Photonics. У них была определенная частота, фаза и поляризация.

У отраженных от поверхности импульсов характеристики менялись, исследователи делали выводы о свойствах электронных состояний внутри материала. При этом в излучении образца можно увидеть не только основную, но и более высокие гармоники. Метод впервые применили на твердом теле с сильным взаимодействием электронов.

Для описания моттовского диэлектрика ученые использовали одномерную модель Ферми-Хаббарда, в которой на каждое состояние в среднем приходилось по одной частице. Они могут переходить в соседнее состояние с некоторой вероятностью, которая уменьшается, если состояние уже занято другой частицей. Так получилось смоделировать электрическое отталкивание с определенной энергией. В основном состоянии моттовский изолятор имеет антиферромагнитный порядок, а элементарные возбуждения в нем представлены парами связанных дырок. Ученые добавили к модели электромагнитное поле с частотой 33 терагерца, и медленно меняющейся во время импульса амплитудой. Затем они рассчитали вероятность возбуждения пар связанных дырок, а также взаимную скоррелированность соседних спинов.

Оказалось, что при достаточно большой длительности импульса и малом отношении энергии отталкивания к вероятности смены состояния частицы материал становится проводником. Предполагается, что лазерный импульс передает электронам достаточно энергии, чтобы преодолеть силу отталкивания. Когда она становится нулевой, спектр материала полностью совпадает со спектром обычных проводников.

Диэлектрики и проводники в электрическом поле: особенности и поведение

Диэлектрики и проводники в электрическом поле – тема статьи. Ниже рассмотрены физические процессы, происходящие внутри тел и снаружи. Рекомендуется ознакомиться с обзорами на тему электрического потенциала и электрического напряжения.

Электричество и магнетизм

Электричество известно с давних времён, но иных сведений, кроме признания существования, о явлении не приводилось. Узнали лишь, что статический заряд удаётся получить трением, и дело застопорилось. Сложно сказать, что открыто раньше, но геологи считают, что магнетизм известен людям по крайней мере с V века до нашей эры. Находки указывают, что намагниченные куски породы использовались в неизвестных целях на территории современной Турции.

Известно, что систематизация данных по магнетизму началась раньше. Первопроходцем стал известный ныне, благодаря единственному документу, Перегрин. В 1269 году он написал манускрипт, где описал и систематизировал данные по магнитам, предложил методику ориентации для путешественников в пространстве. С латинского «перегринус», «пилигрим» – путешественник. Уже в первые века нашей эры свойство магнита активно эксплуатировалось китайскими мореходами. Перегрин вскрывал ряд свойств:

1. Магнит всегда располагается по направлению с севера на юг. Следовательно, обнаруживает два полюса. Одноименные отталкиваются, а разноимённые притягиваются.
2. Если магнит разломить пополам, получается два совершенно отдельных куска, обладающие в полной мере свойствами первоначального. Получить полюс по отдельности простыми средствами не получится.

Что касается электричества, физики отдают несомненный приоритет Гильберту. Этот человек создал трактат, где собрал и систематизировал имеющиеся данные, много экспериментировал самостоятельно. Гильберт, по странному совпадению занялся сравнением магнетизма и электричества. К 1600 году никто не задумывался о связи материй и ничего не мог доказать. Гильберт установил, что электричество – в его понимании – считается слабой субстанцией: заряд легко смывается водой, экранируется и характеризуется малой силой взаимодействия. Для теории и будущих поколений сделал важное наблюдение:

• Магнитный шар из руды – Гильберт назвал его Тереллой – ведёт себя подобно Земному в смысле действия на стрелку компаса.
• Электрическое взаимодействие распространяется по прямой. Следовательно, Гильберт оказался первым, кто правильно охарактеризовал силовые линии поля.

Два века понадобилось человечеству, чтобы подобный эффект обнаружить в проводе с током. Сказанное приводит к выводу, что исследования тормозились, вдобавок к инквизиции, отсутствием генератора электричества – не с чем проводить эксперименты. Тереть янтарь шерстью утомительно и малоэффективно. Иллюстрации Гильберта (см. рис.) подтолкнули исследователей к изучению структуры силовых линий, что в будущем помогло объяснить поведение диэлектриков и проводников в магнитном поле.

Гильберту приписывают первую систематизации материалов. Он искал вещества, демонстрирующие способности к электризации, составил списки отличающихся. В последний класс попало большинство металлов, в первый – диэлектрики. Сегодня установлено, что статический заряд распределить возможно практически на любом теле. Но трением приобретают необычные свойства преимущественно диэлектрики. Таким образом, Гильберт первым систематизировал материалы, хотя на момент 1600 года не смог дать удовлетворительные объяснения.

Считается, что первый электростатический генератор изобрёл Отто фон Герике. Серный шар, вращающийся на железной оси, натирали ладонями, наблюдая искры электрического разряда. Герике обнаружил перераспределение статического электричества по поверхности различных тел. На основе созданного генератора стали ставить опыты, к середине XVIII века материалы оказались поделены на классы (проводники и диэлектрики) и по знаку получаемого трением заряда. Появилось смоляное (отрицательное) и стеклянное (положительное) электричество.

Дальнейшие эксперименты позволили при помощи крутильных весов (на тонкой нити) установить закон притяжения и отталкивания между зарядами. Это сделал Шарль Кулон. Он описал количественно силу взаимодействия, подтвердив предположение Гильберта о линейности силовых линий электрических зарядов. На это ушло без малого два века. Закон Кулона позволил учёным дать первые объяснения касательно поведения диэлектриков и проводников в электрическом поле. Уже тогда присутствовало любопытное приспособление, способное удивить и скептика…

Электрофорус

Если поведение диэлектриков в электрическом поле долгое время оставалось неизученным, благодаря металлам Вольта узнал больше об электричестве и позже смог изобрести знаменитый гальванический источник питания. Речь идёт об электрофорусе. Прибор, не слишком известный в России, будоражил умы западных учёных, сегодня служит непременным элементом развлечения студентов. Прибор сейчас покажет (и докажет), как ведут себя проводники в электрическом поле.

Электрофорус – статический генератор с ручным взводом, металлическая печать солидного размера, лучший способ демонстрации статического электричества. Представим, что на круглую подложку из древесины наклеен тончайший лист резины. Вольта говорил, что толстый кусок проявляет худшие свойства. Но не сумел объяснить причину. В давнее время люди не знали, что диэлектрики обладают способностью запасать энергию электрического поля во внутренней структуре. Принцип теперь используется в большинстве конденсаторов.

Тонкий кусок меньше энергии поля поглощал и больше оставлял на поверхности в виде заряда. Трением быстрее доводился до кондиции. Указанный факт отметил Вольта. Требовалось резину натереть. Вольта делал это добрым куском шерсти в течение ряда минут.

Заключительным штрихом конструкции служил тонкий металлический диск, полностью покрывавший резиновый. Толщина выбиралась меньшей, чтобы свойства проводника в электрическом поле проявились ярче. Что происходило в электрофорусе:

1. Оператор натирал резину до образования плотного статического заряда электронов.
2. Убирал шерсть и опускал сверху металлический диск.
3. Проводник электризовался влиянием. Из-за шероховатости поверхности точек соприкосновения оказывалось мало, низ диска заряжался положительно. Это вызвано оттоком электронов, вытолкнутых полем наверх (см. ниже).
4. Потом оператор кратковременно заземлял верхнюю часть диска лёгким касанием и разрывал поверхности.
5. На нижней стороне металлической «печати» оставался свободный статический положительный заряд.

Опыт повторялся десятки раз. Очевидцы заявляют о сотнях, а Вольта говорил, что «сложно избавить резину от флюида» и предлагал делать это солнечными лучами, пламенем свечи и прочими сильными средствами. Чтобы понять, как работает электрофорус, нужно иметь представление о поведении проводника в электрическом поле.

Поведение проводника в электрическом поле

Деление на проводники, полупроводники и диэлектрики условное. Нет чёткой границы, градация ведётся по удельной проводимости веществ. Проводники хорошо проводят ток, диэлектрики практически лишены указанного качества.

Рассмотрим случай однородного поля с прямыми и параллельными друг другу силовыми линиями, как в большинстве учебников физики. Помещённый в постоянное поле металл начинает заряжаться статическим электричеством, как описано выше. Смысл: линии напряжённости идут в направлении, куда двигался бы положительный заряд – так решил Франклин. Но электроны отрицательны, плывут против течения.

В результате на образце проводника со стороны истока поля скапливается избыток носителей со знаком минус. А противоположный конец металла положителен. Процесс происходит так:

1. Поле проникает внутрь металла.
2. Проводник полон свободных носителей заряда, двигающихся вдоль силовых линий.
3. Процесс перераспределения идёт, пока собственное поле электронов и свободных орбит атомов не уравновесит внешнее воздействие.
4. На этом влияние постоянного электрического поля исчерпывается.

Что происходит, если напряжённость поля непостоянна во времени? Допустим, на поверхность падает электромагнитная волна, вызывая попеременное движение электронов в обе стороны, что вызовет ответную электромагнитную волну. Получается, проводник обладает экранирующими свойствами. Отразится лишь половина, это доказывается в теории динамики распространении радиоволн. Чтобы эффект экранирования стал полным, требуется металл заземлить. Что делается на практике.

Поведение диэлектрика в электрическом поле

Стройной теории по поводу поведения диэлектриков в электрическом поле сегодня нет. Физики объясняют происходящее так: в толще вещества присутствуют диполи, образованные сложным строением полимера или аморфного вещества. Размер структур лежит в области нанотехнологий. Молекулы обладают упругими свойствами, проникающее внутрь поле ориентирует их соответствующим образом. Положительная часть смещается по направлению поля, а отрицательная – против.

Диэлектрик способен накапливать энергию поля. Это используется в конденсаторах. Показано, что ёмкость их увеличивается в количество раз, равное диэлектрической проницаемости материала, помещённого между обкладками (для воздуха и вакуума величина равняется 1). Опишем происходящее:

1. Конденсатор способен зарядиться лишь до уровня приложенного напряжения.
2. Между обкладками создаётся поле. Уровень его напряжённости вычисляется через разницу электрических потенциалов.
3. Поле действует на диэлектрик. Диполи внутри начинают ориентироваться так, чтобы с лёгкостью ослабить напряжённость поля.
4. Как результат, напряжение на обкладках понижается, процесс заряда возобновляется, до достижения лимита, определяемого типом диэлектрика. Речь идёт о проницаемости вещества.

Диэлектрики в свободном состоянии не имеют выраженного заряда, описываемый эффект назван поляризацией – созданием поля. Вращение диполей считается лишь механизмом, проявляющимся при внешнем воздействии. Во вторую очередь, элементарные заряды начинают вдобавок отдаляться друг от друга. Диполь растягивается. Силы упругости вносят лепту в запасание диэлектриком энергии поля.

Статический заряд на материалы нельзя нанести влиянием. Они хорошо электризуются трением и прикосновением. О чем осведомлены инженеры из нефтяного бизнеса. Масса усилий уходит, чтобы не допустить электризации горючего, приводящей к взрывоопасной ситуации. Задача облегчается тем, что заряд стремится расположиться на поверхности вещества. И специальными гребёнками легко производится нейтрализации. Их ставят на пути потока нефти и снимают на заземлитель избыточный заряд.

В Стэнфорде создали модель гибкого материала, способного быть как проводником, так и диэлектриком

Учёные Стэнфордского университета опубликовали сведения об одной из своих последних работ — созданного при помощи программного моделирования материала, обладающего прочностью, гибкостью и толщиной, близкой к графену. Однако, в отличие от монослоя графита, новая кристаллическая структура способна быть или проводником, или же выступать в качестве диэлектрика. Переключать текущее состояние материала можно будет самостоятельно или в автоматическом режиме, приложив для этого минимальные усилия. 

Основной «проблемой» сверхпрочного и предельно тонкого графена — его способность проводить электрический ток. Это, с одной стороны, преимущество вполне логично было бы использовать при создании компактных носимых гаджетов и самой миниатюрной электроники. Однако всё большее число перспективных разработок с повышением уровня технического развития должно соответствовать и новым требованиям, в числе которых значится поочерёдная работа в двух режимах электропроводимости. С этой задачей успешно справится так называемая «структура-переключатель», которую и представили инженеры из Стэнфорда. 

Что касается смоделированного учёными материала, то он представляет собой гибкую кристаллическую структуру, толщина которой не превышает три атома. Два из них относятся к атомам химического элемента теллура, между которыми находятся атомы молибдена.

Принцип функционирования в режиме «переключателя» с таким кристаллическим строением достаточно прост. Переход из состояния проводника в состояние диэлектрика возможен при механическом воздействии на структуру материала. В момент, когда кристаллическая решётка подвержена деформации, можно наблюдать описанные выше изменения физических свойств. Проще говоря, чтобы перейти из одного состояния в другое, потребуется просто согнуть или надавить на условный материал с определённой силой. 

Пока что учёные из Стэнфорда записали на свой счёт лишь теоретические исследования, смоделировав «поведение» решётки атомов в рамках компьютерной программы. До создания реального тестового образца дело пока не дошло, однако специалисты уверены, что их наработки подтолкнут многих других учёных и дальше развивать данное направление. В конечном итоге это может привести к созданию универсальной гибкой структуры, способной иметь все преимущества графена и одновременно выполнять роль «переключателя», легко превращающегося из проводника в диэлектрик.  

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Медь диэлектрик или проводник

На чтение 12 мин. Опубликовано 12.12.2019

ЛЕКЦИЯ №13

Классификация проводниковых материалов. Жидкие проводники. Твердые проводники Основные свойства проводников. Проводники в электрическом поле. Зависимость удельного электрического сопротивления металлических проводников от их строения и внешних факторов.

Проводниковые изделияМатериалы высокой проводимости. Свойства и применение. материалов высокой проводимости. Медь и ее сплавы. Алюминий и его сплавы. Биметаллические проводники

Проводниками называются вещества, внутри которых в случае электростатического равновесия электрическое поле отсутствует. Некомпенсированные заряды проводников локализуются в бесконечном, тонком поверхностном слое. Если электрическое поле отлично от нуля, в проводнике возникает электрический ток. Проводниками электрического тока могут быть твёрдые тела, жидкости, а при особых условиях и газы. Из твёрдых проводников широко применяются металлы и их сплавы.

По удельному сопротивлению материалы делятся на группы:

— металлы и сплавы высокой проводимости при нормальной температуре ≤0,05 мкОм·м;

— металлы и сплавы высокого сопротивления при нормальной температуре ≥0,3 мкОм·м.

Металлы высокой проводимости используются для проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются для изготовления резисторов, электрических нагревательных приборов, нитей ламп накаливания.

Особую группу составляют криопроводникии сверхпроводники. Это металлы, обладающие чрезвычайно малым удельным сопротивлением при низких криогенных температурах.

Классификация по агрегатному состоянию. К жидким проводникам относят расплавленные металлы и электролиты. Механизм прохождения тока в металлах как в твёрдом, так и в жидком состояние обусловлен движением свободных электронов под воздействием электрического поля. Поэтому металлы называются проводниками с электронной проводимостью или проводниками первого рода. Проводниками второго рода или электролитами называются растворы кислот, щелочей и солей. Прохождение тока через эти вещества связано с переносом вместе с электрическими зарядами ионов, вследствие чего состав электролита постепенно меняется (закон Фарадея).

Все газы и пары при низких напряжениях не являются проводниками, при достаточной напряжённости поля Е, при которой начинается ионизация газа, газ становится проводником с электронной и ионной проводимостью. Сильно ионизированный газ превращается в плазму.

Электрические и механические свойства проводников.

1. Удельная проводимость () или удельное сопротивление ().

2. Температурный коэффициент удельного сопротивления TK

3. Коэффициент теплопроводности.

4. Контактная разность потенциалов.

5. Работа выхода электронов из металлов

6. Предел прочности на растяжение.

7. Относительное удлинение перед разрывом.

Удельная проводимость, связь с плотностью тока. Основные соотношения: ток в проводнике I [A] связан с напряженностью поля E [В/м] выражением I=·E, где [См/м] – удельная проводимость.

[Ом·м]

— для проводникового сопротивления R, длиной l и сечением S.

Удельная проводимость ,

где e — заряд электрона, n — число свободных электронов,  — длина среднего пробега между двумя узлами кристаллической решётки, m — масса электронов, v_T — средняя скорость теплового движения электронов. Для различных металлов v_T и n _{различны, поэтому удельная проводимость зависит от , которая определяется структурой металла. Чистые металлы с правильной кристаллической решёткой характеризуются наименьшими значениями. Микродефекты кристаллической решётки уменьшают подвижность электронов.}

Температурный коэффициент удельного сопротивления. С ростом температуры вследствие изменения колебаний узлов кристаллической решётки увеличивается число препятствий на пути движения свободных электронов, то есть уменьшается . Следовательно, увеличивается удельное сопротивление, так как уменьшается проводимость. Температурный коэффициент при этом будет положительным, так как .

При переходе из твёрдого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления – это справедливо только для тех металлов, у которых при плавление увеличивается объём, то есть уменьшается плотность, у металлов уменьшающих объём, удельное сопротивление уменьшается.

Удельное сопротивление сплавов. Примеси и нарушение структуры металла увеличивают удельное сопротивление. Значительное увеличение удельного сопротивления наблюдается у твёрдых растворов при совместной кристаллизации.

Теплопроводность металлов. За передачу теплоты через металл в основном ответственны те же свободные электроны, которые определяют электропроводность. Поэтому коэффициент теплопроводности _T у металлов выше чем у диэлектриков. Чем выше удельная проводимость, тем больше коэффициент теплопроводности. При повышении температуры отношение _T/ растёт. Математически это выражается законом Видемана-Франца-Лоренца:

,

где L – число Лоренца, T – термодинамическая температура.

.

Значение постоянной Больцмана k=1,38·10-23 Дж/К, заряда электрона e=1,6·10-19 Кл.

Термоэлектродвижущая сила. При соприкосновении двух разных проводников (или полупроводников) между ними возникает контактная разность потенциалов (термопара). Причина — различные значения работы выхода электронов из различных металлов.

,

где n — концентрация электронов, U_A,U_B — потенциалы соприкасающихся металлов, k – постоянная Больцмана.

Если температуры спаев одинаковы, то сумма разности потенциалов в замкнутой цепи = 0. Если один из спаев имеет температуру Т1, а другой Т2, то

;

или , где — постоянный для данной пары проводников коэффициент термо-ЭДС. Таким образом термо-ЭДС пропорциональна разности температур спаев.

Температурный коэффициент линейного расширения. Температурный коэффициент линейного расширения проводников вычисляется так же, как и для диэлектриков. .

Также как и для диэлектриков, используется при рассмотрении работы разнородных сопряжённых материалов в конструкциях аппаратов, изоляторов, для предотвращения растрескивания.

Коэффициент l необходим также для расчёта температурного коэффициента электрического сопротивления провода. Для чистых металлов , однако для сплавов с малым значением  формула имеет практическое значение.

К материалам высокой проводимостипринято относить материалы с удельным сопротивлением r

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10617 — | 7341 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу.

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод.

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

• показатель сопротивления;
• показатель электропроводности.

Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность.

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.

Например кабельная продукция: медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу.

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств.

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач.

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос).

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно.

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы.

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах.

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля.

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника.

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.

Что такое полупроводник?

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника.

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы.

Полупроводниками являются кремний и германий.

При появлении в нашей жизни электричества, мало кто знал о его свойствах и параметрах, и в качестве проводников использовали различные материалы, было заметно, что при одной и той же величине напряжения источника тока на потребителе было разное значение напряжения. Было понятно, что на это влияет вид материала применяемого в качестве проводника. Когда ученные занялись вопросом по изучению этой проблемы они пришли к выводу, что в материале носителями заряда являются электроны. И способность проводить электрический ток обосабливается наличием свободных электронов в материале. Было выяснено, что у некоторых материалов этих электронов большое количество, а у других их вообще нет. Таким образом существуют материалы, которые хорошо проводят электрический ток, а некоторые не обладают такой способностью.
Исходя из всего выше сказанного, все материалы поделились на три группы:

Каждая из групп нашла широкое применение в электротехнике.

Проводники

Проводниками являются материалы, которые хорошо проводят электрический ток, их применяют для изготовления проводов, кабельной продукции, контактных групп, обмоток, шин, токопроводящих жил и дорожек. Подавляющее большинство электрических устройств и аппаратов выполнена на основе проводниковых материалов. Мало того, скажу, что вся электроэнергетика не могла б существовать не будь этих веществ. В группу проводников входят все металлы, некоторые жидкости и газы.

Так же стоит упомянуть, что среди проводников есть супер проводники, сопротивление которых практически равно нулю, такие материалы очень редки и дороги. И проводники с высоким сопротивлением — вольфрам, молибден, нихром и т.д. Такие материалы используют для изготовления резисторов, нагревательных элементов и спиралей осветительных ламп.

Но львиная доля в электротехнической сфере принадлежит рядовым проводникам: медь, серебро, алюминий, сталь, различные сплавы этих металлов. Эти материалы нашли самое широкое и огромное применение в электротехнике, особенно это касается меди и алюминия, так как они сравнительно дешевы, и их применение в качестве проводников электрического тока наиболее целесообразно. Даже медь ограничена в своем использовании, её применяют в качестве обмоточных проводов, многожильных кабелях, и более ответственных устройствах, еще реже встречаются медные шинопроводы. А вот алюминий считается королем среди проводников электрического тока, пускай он обладает более высоким удельным сопротивлением чем медь, но это компенсируется его весьма низкой стоимостью и устойчивостью к коррозии. Он широко применяется в электроснабжении, в кабельной продукции, в воздушных линиях, шинопроводах, обычных проводах и т.д.

Полупроводники

Полупроводники, что-то среднее между проводниками и полупроводниками. Главной их особенностью является их зависимость проводить электрический ток от внешних условий. Ключевым условием является, наличие различных примесей в материале, которые как раз-таки обеспечивают возможность проводить электрический ток. Так же при определенной компоновку двух полупроводниковых материалов. На основе этих материалов на данный момент, произведено множество полупроводниковых устройств: диоды, светодиоды, транзисторы, семисторы, тиристоры, стабисторы, различные микросхемы. Существует целая наука, посвященная полупроводникам и устройствам на их основе: электронная техника. Все компьютеры, мобильные устройства. Да что там говорить, практически вся наша техника содержит в себе полупроводниковые элементы.

К полупроводниковым материалам относят: кремний, германий, графит, гр афен, индий и т.д.

Диэлектрики

Ну и последняя группа материалов, это диэлектрики, вещества не способные проводить электрический ток. К таким материалам относят: дерево, бумага, воздух, масло, керамика, стекло, пластмассы, полиэтилен, поливинилхлорид, резина и т.д. Диэлектрики получили широкое применение благодаря своим качествам. Их применяют в качестве изолирующего материала. Они предохраняют соприкосновение двух токоведущих частей, не допускают прямого прикосновения человека с этими частями. Роль диэлектриком в электротехнике не менее важна чем роль проводников, так как обеспечивают стабильную, безопасную работу всех электротехнических и электронных устройств. У всех диэлектриков существует предел, до которого они не способны проводить электрический ток, его называют пробивным напряжением. Это такой показатель, при котором диэлектрик начинает пропускать электрический ток, при этом происходит выделение тепла и разрушение самого диэлектрика. Это значение пробивного напряжения для каждого диэлектрического материала разное и приведено в справочных материалах. Чем он выше, тем лучше, надежней считается диэлектрик.

Параметром, характеризующим способность проводить электрический ток является удельное сопротивление R, единица измерения [Ом] и проводимость, величина обратная сопротивлению. Чем выше этот параметр, тем хуже материал проводит электрический ток. У проводников он равен от нескольких десятых, до сотен Ом. У диэлектриков сопротивление достигает десятков миллионов ом.

Все три вида материалов нашли широкое применение в электроэнергетике и электротехнике. А так же тесно взаимосвязаны друг с другом.

Есть ли связь между диэлектрической проницаемостью материала и его сопротивлением / удельным сопротивлением?

Диэлектрики характеризуются поляризуемостью, то есть способностью испытывать смещение внутреннего заряда в ответ на внешнее электрическое поле.

А проводник, напротив, характеризуется тем, что в нем отсутствует статическое электрическое поле при приложении внешнего электрического поля («клетка Фарадея»). Это связано с тем, что свободные заряды в проводнике смещаются внешним полем до тех пор, пока внутри проводника остается электрическое поле или тангенциальная составляющая поля на его поверхности.Этот процесс заканчивается, когда на поверхности проводника (и только там!) Остается достаточно зарядов (должным образом распределенных), чтобы нейтрализовать поле внутри.

В этом смысле (смещение зарядов при внешнем воздействии) проводник можно считать «идеальным диэлектриком». Обычные диэлектрики лишь частично нейтрализуют внешнее поле, а проводник — отлично.

Однако будьте осторожны, чтобы не преувеличить эту аналогию. Конкретно механизмы довольно разные.В то время как поляризуемые электроны в диэлектриках связаны с телами атомов, проводящие электроны в проводнике (квази) свободны. Также, что касается вашего вопроса, значение его сопротивления никоим образом не связано с «идеальной поляризуемостью» проводника. Независимо от того, хороший это проводник или плохой, статический конечный результат (отсутствие статического электрического поля внутри) всегда один и тот же, в то время как степень поляризации диэлектрика зависит от того, хороший это или плохой диэлектрик (высокий или низкая диэлектрическая проницаемость).Так что считать сопротивление своего рода статической поляризуемостью проводника определенно незаконно!

С другой стороны, при переходе от электростатики к электродинамике картина становится немного более размытой. Причина в том, что вы можете сформулировать электродинамику вещества так, чтобы проводимость включала мнимую составляющую комплексной диэлектрической проницаемости. При этом учитываются свойства сопротивления с потерями, аналогично тому, как для затухающего механического гармонического осциллятора постоянная затухания вводит мнимую составляющую комплексной частоты (которая вызывает затухание его экспоненциально затухающих колебаний).

Таким образом, в электродинамике сопротивление действительно связано с диэлектрической проницаемостью, но только в обобщенном смысле (т. Е. Делая обычно действительную величину сложной для описания затухающих волн / затухания электромагнитного поля). Такая обработка приводит, например, к пониманию хорошо известного скин-эффекта: переменные токи (а не заряды, как в случае с клеткой Фаррадея!) Имеют тенденцию перемещаться к поверхности проводника, чем больше, тем выше частота.

Диэлектрик vs.Дирижер — Какая разница?

Dielectricnoun

(метаматериал) Электроизоляционный или непроводящий материал, рассматриваемый на предмет его электрической восприимчивости, то есть его свойства поляризации при воздействии внешнего электрического поля.

Проводник существительное

Тот, кто руководит или ведет; Руководство; директор.

Диэлектрическая прилагательная

(электрическая) изоляционная

Проводниковая сущность

(музыка) Лицо, которое дирижирует оркестром, хором или другим музыкальным ансамблем; профессионал, чья профессия — дирижер.

Диэлектрик существительное

Любое вещество или среда, передающие электрическую силу посредством процесса, отличного от проводимости, как в явлениях индукции; непроводник, отделяющий наэлектризованное за счет индукции тело от наэлектризованного тела.

Проводник существительное

Лицо, которое берет билеты на общественный транспорт и помогает пассажирам

‘проводник поезда; кондуктор трамвая;

Диэлектрик существительное

материал, такой как стекло или фарфор с незначительной электрической или теплопроводностью

Проводник существительное

То, что может передавать электричество, тепло, свет или звук.

Диэлектрик

В электромагнетизме диэлектрик (или диэлектрический материал) представляет собой электрический изолятор, который может поляризоваться под действием приложенного электрического поля. Когда диэлектрический материал помещается в электрическое поле, электрические заряды не протекают через материал, как в электрическом проводнике, а вместо этого лишь слегка смещаются от своих средних положений равновесия, вызывая поляризацию диэлектрика.

Кондуктор существительное

(математика) Идеал кольца, который измеряет, насколько далеко оно от того, чтобы быть полностью замкнутым

Кондуктор существительное

Рифленый звук или посох, используемый для управления инструментами, такими как литонтриптические щипцы; директор.

Проводник существительное

(архитектура) Лидер.

Проводник существительное

Тот, кто или тот, кто руководит; лидер; командир; Руководство; менеджер; директор.

«Рвение, слепой проводник воли»;

Кондуктор существительное

Ответственный за общественный транспорт, такой как железнодорожный поезд или трамвай.

Дирижер существительное

Руководитель или руководитель оркестра или хора.

Проводник существительное

Вещество или тело, способное быть средой для передачи определенных сил, особенно.тепло или электричество; в частности, громоотвод.

Conductornoun

Рифленый звук или посох, используемый для управления инструментами, такими как литонтриптические щипцы и т. Д .; директор.

Проводник существительное

То же, что и Лидер.

Проводник существительное

человек, который возглавляет музыкальную группу

Проводник существительное

устройство, предназначенное для передачи электричества, тепла и т. Д.

Проводник существительное

вещество, которое легко проводит, например электричество и тепло

Кондуктор существительное

лицо, собирающее проезд в общественном транспорте

Диэлектрическая среда — обзор

2.05.1.5.4 Поверхностные и интерфейсные электромагнитные волны (поверхностные поляритоны)

На границе раздела двух диэлектрических сред можно возбуждать интерфейсные электромагнитные волны, которые свободно проходят вдоль границы раздела, но экспоненциально затухают в перпендикулярных к ней направлениях. Такие режимы могут существовать только при определенных условиях. Для определения этих условий предположим, что граница раздела соответствует плоскости z = 0. Диэлектрическая проницаемость среды B, соответствующая z > 0, равна ε _B , а значение для среды A заполнение z <0 равно ε _B .Для решения волнового уравнения (Уравнение (7)) (предполагая, что μ = 1 для обеих сред) мы снова рассматриваем плоскую волну

E (x, y, z) = E0exp [i (kxx + kyy + kzz− ωt)]

Поскольку обе среды изотропны, мы можем без ограничения общности выбрать направление распространения волны в плоскости yz . Подставляя это решение плоской волны в волновое уравнение, получаем дисперсионное соотношение:

(46) kyn2 + kzn2 = (ω / c) 2εn

, где ε _n = ε _A для среды A и ε _n = ε _B для среды B.Если ε _B <0 и ε _A > 0, то k _zB ² = (ω / c ) ² ε _{20 B — k yB ² также <0 и k zB чисто мнимый. Определим k zB = ± iα так, что α вещественно и> 0. Если мы выберем k zB = — i α, мы получим решение в среде B для электрического поля, зависимость которого от z изменяется как exp (α z ).Его амплитуда экспоненциально спадает до 0 по мере того, как z уменьшается от 0 до -∞. Таким образом, это решение представляет собой поверхностную волну.}

Чтобы получить связь между волновым вектором k _y поверхностной волны и ее частотой ω (то есть дисперсионным соотношением), мы должны применить уравнения Максвелла для немагнитной среды на границе раздела. Соответствующие граничные условия на E , D и H :

(47) zx → (EA − EB) = 0; x → (HA − HB) = 0; z⋅ (DA − DB) = 0; и z⋅ (HA − HB) = 0

Индексы A и B теперь обозначают электрическое и магнитное поля на границе раздела, лежащие внутри среды A и B, соответственно.Например, E _A представляет электрическое поле при z = 0 + δ с δ> 0 в пределе δ => 0.

Решения поверхностных волн теперь имеют вид

(48) EandH∼exp [i (kyy − ωt)] exp [ikzz]

для волн в обеих средах, но с k _zB = — iα. Чтобы определить амплитуды волн в двух средах, мы подставляем E и H в указанные выше граничные условия.Для раствора TM (поперечное электрическое решение даст аналогичные результаты): H _y = H _z = 0 и H _xA = C _A exp [i (k _yA y — ω t )] exp [i k _zA z ]:

(49) HxB = CBexp [i (k −ωt)] exp [ikzBz]

Уравнение z x → ( H _A — H _B ) = 0 означает, что k y = k _yB (который мы теперь обозначим как k _∥ ) и C _A = C _B .Соответствующее решение для E может быть получено из уравнения: curl H = — (1/ c ) ∂ D / ∂ t . Подставляя решение E _y = F exp [i (k _∣ ∣y — ω t )] exp [i k _{z z 901 ] и E z = G exp [i (k ∣ ∣y — ω t) ] exp [i k z z 4} 4 ] для сред A и B в граничные условия получаем следующие соотношения:

(50) kzCn = (ωεn / c) Fnandk‖Cn = (- ωεn / c) Gn, гдеren = AorB

Непрерывность E _y при z = 0 означает, что F _A = F _B или k _{zA 9011 9011 9011 = k zB / ε B , а непрерывность o f E z на интерфейсе тривиально удовлетворяется.Когда этот результат подставляется обратно в два выражения k ∥ ² + k zA ² = (ω / c ) ² ε A и k ∥ ² + k zB ² = (ω / c ) ² ε B для устранения k zA и k z zB , можно получить выражение, содержащее k ∥ только:}

(51a) εAεB (ωc) 2 = k‖2 (εA + εB)

. из этого уравнения получаем дисперсию поверхностной волны:

(51b) k‖ = (ωc) εAεB (εA + εB)

Поскольку мы приняли ε _B <0 и ε _A > 0, ε _A ε _B <0.Чтобы k _‖ было действительным, мы находим, что должно быть выполнено другое условие, ε _A + ε _B <0.

Таким образом, необходимым условием существования поверхностной волны является отрицательная диэлектрическая проницаемость одной из двух сред, образующих границу раздела. Для полупроводников это условие может быть выполнено двумя способами. В первом случае полупроводник легирован свободными носителями, которые могут давать вклад в ε в виде:

(52) εfreecarriers = −4πNe2mω2 = −ωp2ω2

, где N — концентрация носителей, m эффективная масса носителей, ω _p плазмонная частота.

(53) ωsp = 4πNe22m = ωp2

Другой случай — это когда ω находится между частотами фононов TO и LO частично ионного полупроводника (см. Уравнение (42)). Поверхностная ЭМ волна в этом случае называется поверхностным фононным поляритоном. Наиболее явным признаком поверхностного фонона является то, что его частота лежит в пределах полосы остаточных лучей, которая обычно не содержит никакой фононной моды.

Прямое наблюдение поверхностных или интерфейсных фононных поляритонов по ИК-поглощению затруднено из-за требования сохранения волнового вектора.Хотя нет трансляционной симметрии перпендикулярно поверхности, трансляционная симметрия есть вдоль плоскости поверхности. Следовательно, составляющая волнового вектора света вдоль поверхности должна сохраняться при оптическом возбуждении поверхностных фононных поляритонов. Один из способов удовлетворить этот закон сохранения — использовать призму для связи падающей электромагнитной волны с образцом таким же образом, как показано на рис. 7 (b) . Другой подход — создать решетку на поверхности образца. Более удобный способ — использовать неупругое рассеяние света (комбинационное рассеяние света) для возбуждения поверхностного фононного поляритона.Изменяя конфигурацию рассеяния, можно изменять плоский волновой вектор поверхностного фононного поляритона, возбуждаемого падающим светом, и, следовательно, отображать дисперсию поверхностного фонон-поляритона. Рисунок 8 показывает дисперсию интерфейсных фононных поляритонов, возникающих на поверхностях гетероперехода GaAs / AlAs (Накаяма и др. , 1988). Есть два поляритона, поскольку есть две границы раздела: воздух / GaAs и GaAs / AlAs. Когда слой GaAs, расположенный между воздухом и AlAs, достаточно тонкий, чтобы позволить двум поверхностным поляритонам перекрываться, результирующая дисперсия двух поверхностных поляритонов больше не будет описываться уравнением (51).Вместо этого необходимо применить граничные условия к линейным комбинациям обоих поляритонов. Сплошные кривые, проходящие через точки данных на рис. 8 , — теоретические кривые дисперсии, полученные таким образом.

Рис. 8. Дисперсия интерфейсных фононных мод, образующихся на гетеропереходе воздух / GaAs / AlAs. Точки данных получены из комбинационного рассеяния света, при котором угол падения (θ) падающей электромагнитной волны возбуждения изменяется для изменения волнового вектора в плоскости (k ).Сплошные линии — теоретические кривые. По материалам Nakayama M, Ishida M и Sano N (1988) Рамановское рассеяние на интерфейсных фонон-поляритонах в гетероструктуре GaAs / AlAs. Physical Review B 38: 6348.

В чем разница между диэлектриком и проводником?

Диэлектрик — термин, связанный с проводником .

Как существительные, разница между диэлектриком

и проводником состоит в том, что диэлектрик (физика) является электрически изолирующим или непроводящим материалом, рассматриваемым из-за его электрической восприимчивости, то есть его свойства поляризации при воздействии внешнего электрического поля, в то время как проводник — это тот, кто проводит или ведет; Руководство; директор.

Как прилагательное

диэлектрик (электрически) изолирующий.

Другие сравнения: в чем разница?

Существительное ( en имя существительное ) (физика) Электроизоляционный или непроводящий материал, рассматриваемый на предмет его электрической восприимчивости, то есть его свойства поляризации при воздействии внешнего электрического поля. Синонимы * изолятор Производные термины * диэлектрическая постоянная * диэлектричество

Английский Альтернативные формы * проводник ( устаревшее, ) Существительное ( en имя существительное ) Тот, кто руководит или ведет; Руководство; директор. * Драйден Рвение, слепой проводник воли. (музыка) Лицо, которое дирижирует оркестром, хором или другим музыкальным ансамблем; профессионал, чья профессия — дирижер. Человек, покупающий билеты в общественном транспорте. поезд кондуктор » ‘; трамвай » проводник То, что может передавать электричество, тепло, свет или звук. (математика) Идеал кольца, который измеряет, насколько далеко оно от целого замкнутого * 1988 , F van Oystaeyen, Lieven Le Bruyn, Перспективы теории колец Если c — проводник , идеал для R в R, то простые идеалы, не содержащие c, соответствуют локализациям, дающим кольца дискретной оценки. Рифленый звук или посох, используемый для управления инструментами, такими как литонтриптические щипцы; директор. (архитектура) Лидер. Антонимы * непроводящий (3), непроводящий (3), изолирующий (3) Производные термины * молниеотвод Связанные термины * поведение * полупроводник, диэлектрик См. Также * контролер —-

Разница между диэлектриком и изолятором (с таблицей) — спросите любую разницу

Диэлектрик и изоляторы — это два изолятора, но с совершенно разными функциями и работой.Диэлектрический изолятор позволяет и даже экономит электричество, в то время как изоляторы препятствуют прохождению электричества через него и даже противостоят теплу. Хотя, будучи изолятором, оба они работают противоположно и имеют совершенно разное применение. Один используется для экономии электричества, а другой используется для сопротивления электричеству и теплу.

Диэлектрик против изолятора

Разница между диэлектриком и изолятором состоит в том, что материал, который накапливает или сохраняет электрическую энергию в электрическом поле, является диэлектрическим материалом, а с другой стороны — материалом, который блокирует поток электронов. в электрическом поле — изолятор.

Диэлектрический материал может поляризоваться в присутствии электрического поля, в то время как изоляторы, с другой стороны, не поляризованы. Говоря о диэлектрической проницаемости, диэлектрические имеют их большое количество, а изоляторы имеют сравнительно низкую диэлектрическую проницаемость.

Электрические заряды накапливаются в диэлектрических материалах, а в изоляторах они блокируются. Изоляторы обычно используются в проводах и кабелях, поскольку они предотвращают попадание электричества, поэтому нет шансов получить удар электрическим током, пока в конденсаторе обычно используется диэлектрический материал.

Диэлектрические материалы используются для проверки того, достаточно ли изоляция компонента защищает пользователей от поражения электрическим током. В то время как изоляторы в основном используются перед любыми испытаниями высокого напряжения, чтобы исключить любые загрязнения в изоляции электричества. Диэлектрики способны выдерживать высокое электрическое напряжение без какой-либо проводимости. Но изоляторы ограничивают любой перенос или поток электронов.

Диэлектрики — это просто изоляторы, в которых нет свободных электронов.При приложении к ним электрического поля диэлектрики легко поляризуются. В то время как изолятор — это материал, который позволяет передавать тепло или электричество от него. Некоторые из изоляционных материалов включают бумагу, стекло, масло, резину и пластик. Хотя вакуум также является изолятором, его нельзя рассматривать как материал

Таблица сравнения диэлектрика и изолятора 907

Параметры сравнения	Диэлектрик	Изоляторы	Это электрический изолятор, способный выдерживать высокие электрические нагрузки без какой-либо проводимости.	Это материал или устройства, ограничивающие передачу тепла или электричества .
Использование	Он используется для проверки того, достаточно ли изоляция компонента защищает пользователей от поражения электрическим током.	Он в основном используется перед любыми испытаниями с высоким потенциалом, чтобы исключить любые загрязнения в электрической изоляции .
Поляризация	В присутствии электрического поля диэлектрики могут быть очень легко поляризованы.	Изоляторы нельзя поляризовать.
Число диэлектрических постоянных	Диэлектрики имеют большое количество диэлектрических постоянных.	Изоляторы имеют сравнительно низкую диэлектрическую проницаемость.
Пример	Слюда, пластик и оксиды различных материалов.	Резина, стекло, алмаз, дерево и масло

Что такое диэлектрик?

Диэлектрик — это в основном материал с низкой электропроводностью, но он наследует способность сохранять электрический заряд.По сути, это просто изоляторы, в которых нет свободных электронов. При приложении к ним электрического поля диэлектрики легко поляризуются. Таким образом, можно сказать, что их поведение в области электричества полностью отличается от поведения проводников.

Есть два типа диэлектрических материалов — полярные и неполярные. Полярные постоянны в электрическом диполе, и их поляризация зависит от температуры. В то время как неполярные, индуцированный электрический диполь и их поляризация полностью не зависят от температуры.

Что такое изолятор?

Изолятор — это материал, который позволяет отводить от него тепло или электричество. Некоторые из изоляционных материалов включают бумагу, стекло, масло, резину и пластик. Хотя вакуум также является изолятором, его нельзя рассматривать как материал. В большинстве случаев все электрические материалы покрыты изоляцией, чтобы избежать попадания в них электрического тока.

Обычно изоляторы рассчитаны на несколько сотен вольт, но некоторые из них, которые используются для распределения энергии, даже рассчитаны на сотни тысяч вольт.Чтобы сделать любой непреднамеренный контакт, изоляторы поддерживаются или удерживаются от электрических проводников.

Основное различие между диэлектриком и изолятором

1. Основное и существенное различие между диэлектриком и изолятором состоит в том, что диэлектрик позволяет и сохраняет поток электричества в нем и через него, в то время как изолятор, с другой стороны, блокирует и предотвращает отток электронов и электричества от него.
2. Диэлектрический материал может поляризоваться в присутствии электрического поля, в то время как изоляторы, с другой стороны, не поляризованы.
3. Молекулы в диэлектрическом материале связаны очень неделями, тогда как молекулы в изоляторе прочно связаны друг с другом.
4. Диэлектрик имеет большое количество диэлектрических постоянных, тогда как изоляторы имеют сравнительно низкую диэлектрическую проницаемость.
5. Изоляторы обычно используются в проводах и кабелях, поскольку они предотвращают возникновение электричества, так что нет шансов получить удар электрическим током, пока в конденсаторе обычно используется диэлектрический материал.
6. Примеры изоляторов, препятствующих протеканию и передаче электричества: воздух, стекло, пластик, сухое дерево и медь.Пример диэлектрика — конденсатор.

Заключение

Таким образом, мы пришли к выводу, что диэлектрик — это не что иное, как изоляционный материал, а именно тот, который хранит и пропускает электричество, в то время как изоляторы, с другой стороны, являются материалами с нулевым уровнем электропроводности. в них и не допускает протекания или передачи электричества через них, фактически, они создают препятствия для потока и передачи электрического тока.

Диэлектрические материалы используются для проверки того, достаточно ли изоляция компонента защищает пользователей от поражения электрическим током. В то время как изоляторы в основном используются перед любыми испытаниями с высоким потенциалом, чтобы исключить любые загрязнения в изоляции электричества. Диэлектрики способны выдерживать высокое электрическое напряжение без какой-либо проводимости. Но изоляторы ограничивают любой перенос или поток электронов.

Список литературы

1. https: // www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013607004657
2. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-77453-9_8

Что такое диэлектрический материал? — Определение с сайта WhatIs.com

К

Диэлектрический материал — это вещество, которое плохо проводит электричество, но эффективно поддерживает электростатическое поле. Если ток между противоположными полюсами электрического заряда сведен к минимуму, в то время как электростатические линии потока не прерываются и не прерываются, электростатическое поле может накапливать энергию.Это свойство полезно в конденсаторах, особенно на радиочастотах. Диэлектрические материалы также используются при строительстве линий передачи радиочастот.

На практике большинство диэлектрических материалов твердые. Примеры включают фарфор (керамику), слюду, стекло, пластмассы и оксиды различных металлов. Некоторые жидкости и газы могут служить хорошими диэлектрическими материалами. Сухой воздух является отличным диэлектриком и используется в конденсаторах переменной емкости и некоторых типах линий передачи. Дистиллированная вода — хороший диэлектрик.Вакуум — исключительно эффективный диэлектрик.

Важным свойством диэлектрика является его способность поддерживать электростатическое поле, рассеивая минимальную энергию в виде тепла. Чем ниже диэлектрические потери (доля энергии, теряемой в виде тепла), тем более эффективным является диэлектрический материал. Еще одним соображением является диэлектрическая постоянная , степень, в которой вещество концентрирует электростатические линии потока. Вещества с низкой диэлектрической проницаемостью включают идеальный вакуум, сухой воздух и наиболее чистые сухие газы, такие как гелий и азот.Материалы с умеренной диэлектрической проницаемостью включают керамику, дистиллированную воду, бумагу, слюду, полиэтилен и стекло. Оксиды металлов, как правило, обладают высокими диэлектрическими постоянными.

Основным преимуществом веществ с высокой диэлектрической проницаемостью, таких как оксид алюминия, является тот факт, что они позволяют производить дорогостоящие конденсаторы небольшого физического объема. Но эти материалы, как правило, не способны противостоять электростатическим полям, столь же сильным, как вещества с низкой диэлектрической проницаемостью, такие как воздух.Если напряжение на диэлектрическом материале становится слишком большим, то есть если электростатическое поле становится слишком сильным, материал внезапно начинает проводить ток. Это явление называется пробоем диэлектрика . В компонентах, в которых в качестве диэлектрической среды используются газы или жидкости, это состояние меняется на противоположное, если напряжение падает ниже критической точки. Но в компонентах, содержащих твердые диэлектрики, пробой диэлектрика обычно приводит к необратимым повреждениям.

Последний раз обновлялся в ноябре 2010 г.

Все ли изоляторы диэлектрические? — MVOrganizing

Все ли изоляторы диэлектрические?

В диэлектрических материалах электроны связаны с ядром и имеют ограниченное движение.Таким образом, диэлектрик можно определить как изолятор, который может быть поляризованным. Таким образом, все диэлектрики являются изоляторами, но не все изоляторы диэлектриками. Таким образом, диэлектрик может накапливать заряд.

Что означает диэлектрик?

Диэлектрик, изоляционный материал или очень плохой проводник электрического тока. Когда диэлектрики помещены в электрическое поле, в них практически не протекает ток, потому что, в отличие от металлов, они не имеют слабосвязанных или свободных электронов, которые могут дрейфовать через материал.

Какой диэлектрик лучший?

Идеальный вакуум имеет наивысшую диэлектрическую прочность, равную 1 × 1012 МВ / м. Идеальный вакуум не содержит материала, способного разрушиться, и поэтому является идеальным электрическим изолятором. На самом деле идеального вакуума достичь практически невозможно, но высокий вакуум также является отличным изолятором, рассчитанным на 30 МВ / м.

Почему используется диэлектрик?

Диэлектрики в конденсаторах служат трем целям: предотвращать соприкосновение проводящих пластин, обеспечивая меньшее расстояние между пластинами и, следовательно, более высокие емкости; увеличить эффективную емкость за счет уменьшения напряженности электрического поля, что означает получение такого же заряда при более низком напряжении; а также.

Увеличивает ли диэлектрик разность потенциалов?

Когда кусок изолятора вставляется в конденсатор, мы называем изолятор диэлектриком. Чистый эффект диэлектрика заключается в увеличении количества заряда, который конденсатор может хранить при заданной разности потенциалов.

Почему диэлектрик не может быть проводником?

Диэлектрический материал — это изолятор, а это значит, что он не проводит ток. Диэлектрические материалы имеют тенденцию быть более изолирующими, чем воздух, и, таким образом, используя такой материал, пластины (в конденсаторе с параллельными пластинами) можно разместить ближе друг к другу, что приведет к более высокой емкости.

Как диэлектрик превратить в проводник?

Постепенно он может действовать как проводник в процессе нагрева. Это состояние называется пробоем диэлектрика, при котором изолятор теряет свои диэлектрические свойства и начинает проводить. 4. Найдите диэлектрическую проницаемость материала с электрической восприимчивостью 4,

.

Конденсаторы облака?

Облака — хорошие проводники электричества. Таким образом, облака действуют как проводящие пластины конденсатора.Воздух между облаками — плохой проводник электричества. Таким образом, воздух действует как диэлектрик конденсатора.

Что из этого является естественным примером конденсатора?

Молния: естественный конденсатор.

Используется ли конденсатор в молнии?

Молния: Облака и земля могут действовать в унисон, имитируя огромный естественный конденсатор. Воздух между облаками и землей становится диэлектриком этого природного конденсатора. Электростатическое поле между облаками и землей может производить ионы и свободные электроны в воздухе.