Дыэлектрык

Кандэнсатар можа працаваць, калі дзве абкладкі/правадніковыя пласціны не дакранаюцца адна да адной, каб электрычны зарад не перамяшчаўся з аднаго правадніка ў іншы. Аналагічна, каб электрычны зарад не перамяшчаўся з правадніка ў паветра, прастора паміж двума праваднікамі павінна быць вакуумам. У артыкуле пра кандэнсатары з паралельнымі пласцінамі абмяркоўвалася ёмістасць кандэнсатара з паралельнымі пласцінамі , дзе дзве пласціны падзеленыя вакуумам. Ёмістасць кандэнсатара ў вакууме мае абмежаванні, таму для павелічэння ёмістасці паміж двума абкладкамі/правадніковымі пласцінамі размяшчаецца дыэлектрык.

Дыэлектрык — гэта ізалят, які падзяляе дзве праводзячыя абалонкі кандэнсатара. Ізалятар — гэта матэрыял, які не праводзіць электрычнасць, напрыклад, пластык, шкло, папера або дрэва. Функцыя дыэлектрыка заключаецца ў павелічэнні ёмістасці, што дазваляе кандэнсатару назапашваць вялікую колькасць электрычнага зарада і патэнцыяльнай энергіі.

Дыэлектрыкі павялічваюць ёмістасць, таму што электрычны патэнцыял паміж двума праводзячымі пласцінамі памяншаецца.

Чаму ёмістасць кандэнсатара павялічваецца пасля таго, як паміж двума абкладкамі/праваднікамі змяшчаюць дыэлектрык? Каб знайсці адказ на гэтае пытанне, спачатку ўспомніце ўрок пра Электрычны зарадАднастайныя электрычныя зарады адштурхоўваюцца адзін ад аднаго, а разнастайныя электрычныя зарады прыцягваюцца. Напрыклад, дадатныя зарады прыцягваюцца адзін да аднаго. Дыэлектрык 1з адмоўным зарадам, але адштурхоўваюцца ад дадатнага зарада. Дык чаму ж адмоўна зараджаны пластык можа прыцягваць дробныя кавалачкі паперы, якія не маюць электрычнага зарада? Гэта адбываецца таму, што кавалкі паперы адчуваюць палярызацыю зарада. Электроны ў ізаляцыйных матэрыялах, такіх як папера, не могуць свабодна рухацца, як электроны ў праводзячых матэрыялах. Такім чынам, калі адмоўна зараджаны пластык падносяць блізка да кавалкаў паперы, электроны, звязаныя з атамамі, адштурхоўваюцца ад адмоўна зараджанага пластыка, што прыводзіць да палярызацыі адмоўнага зарада і дадатнага зарада на паперы. Адмоўны зарад на паперы знаходзіцца далей ад пластыка, а дадатны зарад на паперы — бліжэй да пластыка. Акрамя таго, адмоўны зарад на пластыку прыцягвае дадатны зарад на кавалках паперы, пакуль больш лёгкая папера не наблізіцца да пластыка.

Працэс палярызацыі, або палярызацыя зарада, які адбываецца ў аркушы паперы, падобны да палярызацыі зарада, якая адбываецца ў дыэлектрыку. Напрыклад, як паказана на малюнку злева, спачатку ёсць толькі дзве электрычна зараджаныя правадніковыя пласціны. Левая пласціна зараджана дадатна, а правая — адмоўна, таму кірунак электрычнага поля — злева направа.

Пасля таго, як дыэлектрык змяшчаецца паміж двума праваднікавымі пласцінамі, дадатны зарад на левай пласціне прыцягвае электроны на бліжэйшай паверхні дыэлектрыка, а адмоўны зарад на правай пласціне адштурхоўвае электроны на бліжэйшай паверхні дыэлектрыка. Электроны ў дыэлектрыку, які з'яўляецца ізалятарам, не могуць свабодна рухацца, як электроны ў правадніку. Такім чынам, электроны застаюцца звязанымі з атамамі, але адбываецца палярызацыя адмоўна зараджаных электронаў і дадатна зараджаных пратонаў, як паказана на малюнку. Наяўнасць дадатнага зарада справа ад атамаў дыэлектрыка і адмоўнага зарада злева ад атамаў дыэлектрыка стварае электрычнае поле, накіраванае справа налева, тым самым аслабляючы электрычнае поле, якое ствараецца электрычным зарадам на правадніцкай пласціне, накіраваным злева направа. Такім чынам, электрычнае поле памяншаецца не таму, што памяншаецца электрычны зарад на дзвюх пласцінах/правадніцкіх пласцінах, а таму, што ў дыэлектрыку з'яўляецца электрычнае поле ў процілеглым кірунку. Калі дыэлектрык выдаляецца, напружанасць электрычнага поля, якая ствараецца электрычным зарадам на дзвюх пласцінах/правадніцкіх пласцінах, вяртаецца да свайго зыходнага стану.

Дыэлектрык 2Калі напружанасць электрычнага поля, створанага электрычным зарадам на дзвюх правадных пласцінах, памяншаецца, то электрычны патэнцыял паміж дзвюма праваднымі пласцінамі таксама памяншаецца з-за электрычнага поля.Дыэлектрык 3 Электрычнасць прама прапарцыйная электрычнаму патэнцыялу, як паказана ў раўнанні E = V / d, дзе E = электрычнае поле, V = электрычны патэнцыял і d = адлегласць паміж двума пласцінамі. Калі раней быў дыэлектрык, электрычны патэнцыял складаў V.o Такім чынам, пасля таго, як з'яўляецца дыэлектрык, электрычны патэнцыял памяншаецца да V у K разоў. Матэматычна, Vo = KV або V = Vo / K або K = Vo / В, дзе K = дыэлектрычная пранікальнасць. Вo > V, так што K > 1.
Варта адзначыць, што колькасць электрычнага зарада на абедзвюх пласцінах/правадніковых пластах не змяняецца, таму канчатковая колькасць зарада такая ж, як і пачатковая колькасць зарада (Q = Qo). Змена ёмістасці кандэнсатара разлічваецца па наступнай формуле:

Дыэлектрык 4

Апісанне формулы: C = канчатковая ёмістасць, C o = пачатковая ёмістасць, Q = канчатковы зарад, Q o = пачатковы зарад, V = канчатковы патэнцыял, V o = пачатковы патэнцыял, K = дыэлектрычная пранікальнасць

Зыходзячы з прыведзенага вышэй ураўнення, робіцца выснова, што пачатковая ёмістасць (C o ) меншая, а канчатковая ёмістасць (C ) большая. Ёмістасць павялічваецца ў K разоў, дзе K — дыэлектрычная пранікальнасць. Значэнне дыэлектрычнай пранікальнасці кожнага ізаляцыйнага матэрыялу адрозніваецца. Дыэлектрычная пранікальнасць (K) — гэта вынік параўнання ёмістасці кандэнсатара пры выкарыстанні дыэлектрыка з ёмістасцю кандэнсатара без выкарыстання дыэлектрыка.

Дыэлектрыкі павялічваюць ёмістасць, таму што адлегласць паміж двума праводзячымі абкладкамі памяншаецца.

Яшчэ адна функцыя дыэлектрыка — памяншаць адлегласць (d) паміж двума праваднікавымі пласцінамі, каб электрычнае поле (E) і электрычнае напружанне (V) паміж двума праваднікавымі пласцінамі/пласцінамі павялічваліся, як паказана ўраўненнем E = V / d. Калі электрычнае поле і электрычнае напружанне паміж двума пласцінамі/пласцінамі павялічваюцца, то ёмістасць кандэнсатара павялічваецца.
Калі разгляданы кандэнсатар мае пласціну, то яго ёмістасць разлічваецца па наступнай формуле:

Дыэлектрык 5

Зыходзячы з дзвюх вышэйзгаданых формул, можна зрабіць выснову, што ёмістасць (C) кандэнсатара з паралельнымі пласцінамі можна павялічыць, паменшыўшы адлегласць паміж двума пласцінамі/праваднікамі (d).

Дыэлектрыкі павялічваюць ёмістасць, таму што дыэлектрычная трываласць кандэнсатара павялічваецца.

Дыэлектрыкі вырабляюцца з ізаляцыйных матэрыялаў, якія пры змяшчэнні ў вельмі моцнае электрычнае поле падвяргаюцца прабою. Прабой дыэлектрыка адбываецца, калі электрычнае поле настолькі моцнае, што прыводзіць да выбівання электронаў з атамаў, прычым гэтыя электроны сутыкаюцца з электронамі ў іншых атамах, выклікаючы паток электронаў у дыэлектрыку. Іншымі словамі, прабой дыэлектрыка прыводзіць да таго, што дыэлектрык, які з'яўляецца электрычным ізалятарам, становіцца электрычным правадніком.

Каб пазбегнуць пашкоджанняў, кожны дыэлектрык, выраблены з пэўнага ізаляцыйнага матэрыялу, мае максімальнае значэнне электрычнага поля, якое ён можа вытрымліваць, якое называецца дыэлектрычнай трываласцю. Дыэлектрычная трываласць ізаляцыйнага матэрыялу большая за дыэлектрычную трываласць паветра, і кожны ізаляцыйны матэрыял мае розную дыэлектрычную трываласць: некаторыя маюць малую, а некаторыя вялікую дыэлектрычную трываласць. Такім чынам, калі выкарыстоўваецца дыэлектрык з вялікай дыэлектрычнай трываласцю, электрычнае поле, якое ён можа ўтрымліваць, большае, і электрычнае напружанне, якое ён можа ўтрымліваць, таксама большае. Калі электрычнае поле і электрычнае напружанне, якое генеруецца двума абкладкамі/праваднікамі, большыя, колькасць электрычнага зарада, які можа ўтрымліваць правадніцкая абкладка, большая. Чым больш зарада ў правадніцкай абкладцы, тым большая ёмістасць кандэнсатара.

 

Правільны каментар