Физика

за сваког по нешто

Диелектрик у електричном пољу

Преузми Word документ

Диелектици (изолатори) су материјали који не проводе или лоше проводе наелектрисање. Разлике између проводника и диелектрика су последица њихове унутрашње структуре.

У диелектрицима скоро и не постоје слободни електрони. Код њих није могуће раздвајање позитивног и негативног наелектрисања, пошто су електрони нераскидиво везани за језгра атома. Под дејством електричног поља, може да дође до прерасподеле наелектрисања, али само у оквиру самог атома или молекула.

Сваки молекул је изграђен од позитивно и негативно наелектрисаних честица: позитивна су језгра, а негативни су електрони. Позитивно језгро се налази у центру електронског омотача. Поклапају се центри позитивног и негативног наелектрисања, тако да долази до потпуног међусобног компензовања деловања позитивног и негативног наелектрисања.

Ако се такви молекули нађу у електричном пољу, распоред њихових наелектрисаних честица ће се променити у односу на претходно стање. Успоставља се ново равнотежно стање, при коме се силе спољашњег електричног поља уравнотежују електричним силама атома. Позитивно језгро се не налази у центру електронског омотача. Центри позитивног и негативног наелектрисања се не поклапају. На тај начин се атом (молекул) поларизује и постаје електрични дипол.

2016-03-15_10-43-17

Атоми (молекули) који имају два центра разноименог наелектрисања називају се електрични дипол.

Поларизација атома (молекула) диелектрика под дејством електричног поља назива се поларизација диелектрика.

Постоје диелектрици (на пример: вода) чији су молекули поларизовани без дејства спољашњег електричног поља. То су природни електрични диполи, а одговарајући молекули су поларни молекули.

Ако не постоји спољашње електрично поље, природни електрични диполи у диелектрику су распоређени хаотично, без икаког реда. Али, у електричном пољу настаје њихово уређивање (оријентација) – позитивна страна молекула се усмерава у смеру електричног поља, а негативна у супротном смеру.

2016-03-15_10-46-49

На тај начин је извршена оријентациона поларизација диелектрика.

Последица поларизације диелектрика је формирање унутрашњег електричног поља (Ei), које је усмерено супротно од  спољашњег електричног поља (E0).

2016-03-15_10-49-14

Због тога се смањује јачина електричног поља у диелектрику:

E=E_{0}-E_{i}

Колико је јачина електричног поља у диелектрику мања од јачине спољашњег електричног поља зависи од особина диелектрика. Број који показује колико пута је мања јачина електричног поља у диелектрику у односу на јачину електричног поља  у вакууму назива се релативна диелектрична пропустљивост.

\epsilon_{r}=\frac{E_{0}}{E}

E=\frac{E_{0}}{\epsilon_{r}}

E0 – јачина електричног поља у вакууму

E – јачина електричног поља у диелектрику

{\epsilon_{r}} – релативна диелектрична пропустљивост

Код проводника у електричном пољу наелектрисање се распоређује само по спољашњој површини, а код диелектрика по целој запремини. У првом случају наелектрисање тела карактерише површинска, а у другом запреминска густина наелектрисања.

График јачине електричног поља и потенцијала – проводник и диелектрик:

2016-03-15_10-56-37

Електрични дипол Електрична капацитивност