დიელექტრიკული

დიელექტრიკი არის იზოლატორი, რომელიც ჰყოფს კონდენსატორზე გამტარის ორ ფირფიტას ან ფურცელს. იზოლატორები არის მასალები, რომლებსაც არ შეუძლიათ ელექტრული დენის გატარება, მაგალითად, პლასტმასი, მინა, ქაღალდი ან ხე. დიელექტრიკის ფუნქციაა ტევადობის გაზრდა ისე, რომ კონდენსატორმა შეძლოს მეტი ელექტრული მუხტის და ელექტრული პოტენციური ენერგიის შენახვა.

კონდენსატორს შეუძლია ფუნქციონირება , თუ ორივე გამტარი ფირფიტა ერთმანეთს არ ეხება, რათა ელექტრული მუხტი ერთი გამტარიდან მეორეზე არ გადავიდეს. ანალოგიურად, იმისათვის, რომ ელექტრული მუხტი გამტარიდან ჰაერში არ გადავიდეს, ორ გამტარს შორის სივრცე ვაკუუმი უნდა იყოს. პარალელური ფირფიტის თემაში განხილული იყო პარალელური ფირფიტისებრი კონდენსატორების ტევადობა, რომლებიც ვაკუუმით არიან გამოყოფილი. ვაკუუმში კონდენსატორის ტევადობას აქვს შეზღუდვები, ამიტომ ტევადობის გასაზრდელად, დიელექტრიკი ორ ფირფიტას შორის უნდა მოათავსოთ.

დიელექტრიკი ზრდის ტევადობას, რადგან ორ გამტარ ფირფიტას შორის ელექტრული პოტენციალი მცირდება.

რატომ იზრდება კონდენსატორის ტევადობა მას შემდეგ, რაც დიელექტრიკი ორ ფირფიტას ან ფურცელს შორის მოთავსდება? ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, პირველ რიგში, გაიხსენეთ ელექტრული მუხტის შესახებ გაკვეთილი. ელექტრული მუხტების მსგავსად, ისინი ერთმანეთს განიზიდავენ, ხოლო ელექტრული მუხტებისგან განსხვავებით, ისინი ერთმანეთს იზიდავენ. მაგალითად, დადებითი მუხტი იზიდავს უარყოფით მუხტს, მაგრამ განიზიდავს დადებით მუხტს. მაშინ რატომ შეიძლება უარყოფითად დამუხტულმა პლასტმასმა მიიზიდოს ქაღალდის პატარა ნაჭრები, რომლებიც ელექტრულად არ არის დამუხტული? ეს იმიტომ ხდება, რომ ქაღალდის ნაჭერი განიცდის მუხტის პოლარიზაციას.

საიზოლაციო მასალებში, როგორიცაა ქაღალდი, ელექტრონები თავისუფლად ვერ მოძრაობენ, როგორც გამტარ მასალებში. ამგვარად, როდესაც უარყოფითად დამუხტული პლასტმასი ქაღალდის ნაჭერს უახლოვდება, ატომთან დაკავშირებული ელექტრონები უარყოფითად დამუხტული პლასტმასიდან გამოიდევნება. შედეგად, ქაღალდზე უარყოფითი და დადებითი მუხტი პოლარიზებულია. ქაღალდზე უარყოფითი მუხტი პლასტმასისგან უფრო შორსაა, ხოლო ქაღალდზე დადებითი მუხტი პლასტმასთან უფრო ახლოსაა. შემდეგ, პლასტმასზე უარყოფითი მუხტი ქაღალდის ნაჭერზე დადებით მუხტს იქით იზიდავს მანამ, სანამ ქაღალდი პლასტმასს არ მიუახლოვდება.

ქაღალდის ნაჭრებზე მიმდინარე მუხტის პოლარიზაციის პროცესი დიელექტრიკში მიმდინარე მუხტის პოლარიზაციის მსგავსია. მაგალითად, როგორც მარცხენა მხარეს მოცემულ ფიგურაზეა ნაჩვენები, თავდაპირველად მხოლოდ ორი ცალი ელექტრულად დამუხტული გამტარი იყო. მარცხენა ფირფიტა დადებითად არის დამუხტული, ხოლო მარჯვენა ფირფიტა უარყოფითად არის დამუხტული, ამიტომ ელექტრული ველის მიმართულება მარცხნიდან მარჯვნივაა.

მას შემდეგ, რაც დიელექტრიკი ორ გამტარ ფირფიტას შორის მოთავსდება, მარცხენა ფირფიტაზე დადებითი მუხტი იზიდავს ელექტრონებს ახლომდებარე დიელექტრიკულ ზედაპირზე. ასევე, მარჯვენა ფირფიტაზე უარყოფითი მუხტი განიზიდავს ელექტრონებს ახლომდებარე დიელექტრიკულ ზედაპირზე. დიელექტრიკში, რომელიც იზოლატორია, ელექტრონები თავისუფლად არ მოძრაობენ, როგორც ელექტრონები გამტარში. ამიტომ, ელექტრონები ატომთან დაკავშირებული რჩებიან, მაგრამ ხდება უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების და დადებითად დამუხტული პროტონების პოლარიზაცია, როგორც ეს ნახაზზეა ნაჩვენები.

დიელექტრიკული ატომების მარჯვენა მხარეს დადებითი და მარცხენა მხარეს უარყოფითი მუხტის არსებობა იწვევს ელექტრულ ველს. რომელიც მიმართულია მარჯვნიდან მარცხნივ და ასუსტებს გამტარ ფირფიტაზე ელექტრული მუხტის მიერ წარმოქმნილ ელექტრულ ველს, რომელიც მიმართულია მარცხნიდან მარჯვნივ. ამრიგად, ელექტრული ველი მცირდება არა იმიტომ, რომ გამტარის ორ ფირფიტაზე/ფურცელზე ელექტრული მუხტი მცირდება, არამედ იმიტომ, რომ ელექტრული ველი დიელექტრიკში საპირისპირო მიმართულებით ჩნდება. თუ დიელექტრიკი გათავისუფლდება, გამტარის ორ ფირფიტაზე ან ფურცელზე ელექტრული მუხტის მიერ წარმოქმნილი ელექტრული ველის სიძლიერე ნორმალურ მდგომარეობას უბრუნდება.

If ორივე გამტარ ფირფიტაზე ელექტრული მუხტის მიერ გენერირებული ელექტრული ველის სიძლიერე მცირდება, ამიტომ ორ გამტარ ფირფიტას შორის ელექტრული პოტენციალიც მცირდება. რადგან ელექტრული ველი პირდაპირპროპორციულია ელექტრული პოტენციალისა, როგორც ეს მოცემულია განტოლებაში E = V / d, სადაც E = ელექტრული ველი, V = ელექტრული პოტენციალი და d = ორ ფირფიტას შორის მანძილი. თუ დიელექტრიკამდე ელექტრული პოტენციალია Vo, მაშინ დიელექტრიკის შემდეგ ელექტრული პოტენციალი მცირდება V-მდე K ფაქტორით.

მათემატიკურად, Vo = KV ან V = Vo / K ან K = Vo / V, სადაც K = დიელექტრიკული მუდმივა. Vo > V, რათა K > 1.

გთხოვთ, გაითვალისწინოთ, რომ გამტარის ორივე ფირფიტაზე ან ფურცელზე ელექტრული მუხტის რაოდენობა არ იცვლება ისე, რომ საბოლოო მუხტის რაოდენობა ტოლი იყოს საწყისი მუხტის რაოდენობისა (Q = Qo). კონდენსატორის ტევადობის ცვლილება გამოითვლება შემდეგი გზით:

C = საბოლოო ტევადობა, Co = საწყისი ტევადობა, Q = საბოლოო მუხტი, Qo = საწყისი მუხტი, V = საბოლოო პოტენციალი, Vo = საწყისი პოტენციალი, K = დიელექტრიკული მუდმივა

ზემოთ მოცემული განტოლების საფუძველზე, დაასკვნეს, რომ საწყისი ტევადობა (Co) უფრო მცირეა, ხოლო საბოლოო ტევადობა (C) უფრო დიდი. ტევადობა იზრდება K-ჯერ, სადაც K არის დიელექტრიკული მუდმივა. თითოეული საიზოლაციო მასალის დიელექტრიკული მუდმივას მნიშვნელობა იცვლება. დიელექტრიკული მუდმივა (K) არის დიელექტრიკის გამოყენებისას კონდენსატორის ტევადობისა და დიელექტრიკის არ გამოყენებისას კონდენსატორის ტევადობის თანაფარდობის შედეგი.

დიელექტრული ტევადობა იზრდება, რადგან ორ გამტარ ფირფიტას შორის მანძილი მცირდება

კიდევ ერთი დიელექტრიკული ფუნქციაა ორ გამტარ ფირფიტას შორის მანძილის (d) შემცირება. ისე, რომ ელექტრული ველი (E) და ელექტრული ძაბვა (V) გამტარ ორ ფირფიტას ან ფურცლებს შორის იზრდება, როგორც ეს მოცემულია განტოლებით E = V / d. თუ ელექტრული ველი და ელექტრული ძაბვა ორ ფირფიტას ან ფურცლებს შორის იზრდება, მაშინ კონდენსატორის ტევადობა იზრდება.

თუ კონდენსატორები პარალელურია, მაშინ მათი ტევადობა გამოითვლება შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:

ზემოთ მოცემული ორი ფორმულის საფუძველზე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ პარალელური ფირფიტისებრი კონდენსატორების ტევადობა (C) შეიძლება გაიზარდოს ორ ფირფიტას ან გამტარ ფურცლებს შორის მანძილის (d) შემცირებით.

დიელექტრული ტევადობა იზრდება, რადგან კონდენსატორის ტევადობა იზრდება

დიელექტრიკი დამზადებულია იზოლაციური მასალისგან, რომელიც, თუ ის ძლიერ ელექტრულ ველში იქნება, დაზიანდება. დიელექტრიკული დაზიანება ხდება მაშინ, როდესაც ელექტრული ველი იმდენად ძლიერია, რომ მას შეუძლია ელექტრონების ატომიდან გადატანა, შემდეგ ელექტრონები ეჯახებიან სხვა ატომებზე არსებულ ელექტრონებს, რის შედეგადაც ხდება ელექტრონების დინება დიელექტრიკში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, დიელექტრიკული დაზიანება იწვევს დიელექტრიკის, რომელიც ელექტრული იზოლატორია, ელექტრულ გამტარად გადაქცევას.

დაზიანების თავიდან ასაცილებლად, გარკვეული საიზოლაციო მასალისგან დამზადებულ ყველა დიელექტრს აქვს მაქსიმალური ელექტრული ველის სიდიდე, რომლის შენარჩუნებაც შესაძლებელია, რომელსაც დიელექტრული სიმტკიცე ეწოდება. საიზოლაციო მასალის დიელექტრული სიმტკიცე აღემატება ჰაერის დიელექტრულ სიმტკიცეს და თითოეულ საიზოლაციო მასალას განსხვავებული დიელექტრული სიმტკიცე აქვს, ზოგი პატარაა, ზოგი კი დიდი. ამგვარად, თუ გამოიყენება დიელექტრიკი, რომელსაც აქვს დიდი დიელექტრული სიმტკიცე, უფრო დიდია შესანარჩუნებელი ელექტრული ველი და ასევე უფრო დიდია შესანარჩუნებელი ძაბვა. თუ ელექტრული ველი და გამტარის ორი ფირფიტის ან ფურცლის მიერ გენერირებული ელექტრული ძაბვა უფრო დიდია, მით უფრო დიდია ელექტრული მუხტის რაოდენობა, რომლის განთავსებაც შესაძლებელია გამტარ ფირფიტას მიერ. რაც უფრო მეტი მუხტია გამტარ ფირფიტაში, მით უფრო დიდია კონდენსატორის ტევადობა.