Диэлектрлік

Конденсатор екі пластина/өткізгіш парақтары бір-біріне тиіп тұрмаса, электр заряды бір өткізгіштен екіншісіне ауыспаса, жұмыс істей алады. Сол сияқты, электр заряды өткізгіштен ауаға ауыспауы үшін екі өткізгіш арасындағы кеңістік вакуум болуы керек. Параллель пластиналы конденсаторлар туралы мақалада параллель пластиналы конденсатордың сыйымдылығы талқыланды, онда екі пластина вакууммен бөлінген. Вакуумдағы конденсатордың сыйымдылығының шектеулері бар, сондықтан сыйымдылықты арттыру үшін екі пластина/өткізгіш парақтарының арасына диэлектрик орналастырылады.

Диэлектрик - конденсатордың екі өткізгіш пластинасын бөлетін оқшаулағыш. Оқшаулағыш - электр тогын өткізбейтін материал, мысалы, пластик, шыны, қағаз немесе ағаш. Диэлектриктің қызметі - сыйымдылықты арттыру, бұл конденсаторға көп мөлшерде электр заряды мен потенциалдық энергияны сақтауға мүмкіндік береді.

Диэлектриктер екі өткізгіш пластина арасындағы электрлік потенциалдың төмендеуіне байланысты сыйымдылықты арттырады.

Екі пластина/өткізгіш парақтарының арасына диэлектрик орналастырылғаннан кейін конденсатордың сыйымдылығы неге артады? Бұл сұраққа жауап табу үшін алдымен сабақты еске түсіріңіз Электр зарядыЭлектр зарядтары сияқты бір-бірін тебеді, ал электр зарядтары бір-бірін тартады. Мысалы, оң зарядтар бір-бірін тартады. Диэлектрик 1теріс зарядпен, бірақ оң зарядпен тебіледі. Онда неге теріс зарядталған пластик электр зарядталмаған ұсақ қағаз бөліктерін тарта алады? Бұл қағаз бөліктері заряд поляризациясын бастан кешіретіндіктен болады. Қағаз сияқты оқшаулағыш материалдардағы электрондар өткізгіш материалдардағы электрондар сияқты еркін қозғала алмайды. Сондықтан теріс зарядталған пластик қағаз бөліктеріне жақындағанда, атомдарға байланысқан электрондар теріс зарядталған пластиктен тебіледі, нәтижесінде қағаздағы теріс заряд пен оң заряд поляризацияланады. Қағаздағы теріс заряд пластиктен алысырақ, ал қағаздағы оң заряд пластикке жақынырақ. Сонымен қатар, пластиктегі теріс заряд қағаз бөліктеріндегі оң зарядты жеңіл қағаз пластикке жақындағанша тартады.

Қағаз бетінде болатын поляризация процесі немесе заряд поляризациясы диэлектриктегі заряд поляризациясына ұқсас. Мысалы, сол жақтағы суретте көрсетілгендей, бастапқыда тек екі электрлік зарядталған өткізгіш пластина болады. Сол жақ пластина оң зарядталған, ал оң жақ пластина теріс зарядталған, сондықтан электр өрісінің бағыты солдан оңға қарай.

Диэлектрик екі өткізгіш пластинаның арасына орналастырылғаннан кейін, сол жақ пластинадағы оң заряд жақын диэлектрлік беттегі электрондарды тартады, ал оң жақ пластинадағы теріс заряд жақын диэлектрлік беттегі электрондарды тебеді. Оқшаулағыш болып табылатын диэлектриктегі электрондар өткізгіштегі электрондар сияқты еркін қозғала алмайды. Сондықтан электрондар атомдармен байланысқан күйінде қалады, бірақ суретте көрсетілгендей, теріс зарядталған электрондар мен оң зарядталған протондардың поляризациясы болады. Диэлектрик атомдарының оң жағында оң зарядтың және диэлектрик атомдарының сол жағында теріс зарядтың болуы оңнан солға бағытталған электр өрісін жасайды, осылайша солдан оңға бағытталған өткізгіш пластинадағы электр заряды тудыратын электр өрісін әлсіретеді. Сондықтан электр өрісі екі пластинадағы/өткізгіш парақтарындағы электр зарядының азаюынан емес, керісінше бағыттағы диэлектрикте электр өрісі пайда болғандықтан азаяды. Диэлектрик алынып тасталған кезде, екі пластинадағы/өткізгіш парақтарындағы электр заряды тудыратын электр өрісінің кернеулігі бастапқы күйіне оралады.

Диэлектрик 2Егер екі өткізгіш пластинадағы электр заряды тудыратын электр өрісінің күші төмендесе, онда электр өрісінің әсерінен екі өткізгіш пластина арасындағы электр потенциалы да төмендейді.Диэлектрик 3 Электр тогы электрлік потенциалға тура пропорционал, бұл E = V / d теңдеуінде көрсетілген, мұндағы E = электр өрісі, V = электрлік потенциал және d = екі пластина арасындағы қашықтық. Егер бұрын диэлектрик болған болса, электрлік потенциал V болды.o Сонымен, диэлектрик пайда болғаннан кейін, электрлік потенциал K есесіне V-ға дейін азаяды. Математикалық тұрғыдан, Vo = KV немесе V = Vo / K немесе K = Vo / V, мұндағы K = диэлектрлік тұрақты. Vo > V, сондықтан K>1.
Екі пластинадағы/өткізгіш парақтарындағы электр зарядының мөлшері өзгермейтінін ескеру қажет, сондықтан зарядтың соңғы мөлшері бастапқы заряд мөлшерімен бірдей болады (Q = Qo). Конденсатор сыйымдылығының өзгеруі келесі формула бойынша есептеледі:

Диэлектрик 4

Формула сипаттамасы: C = соңғы сыйымдылық, C o = бастапқы сыйымдылық, Q = соңғы заряд, Q o = бастапқы заряд, V = соңғы потенциал, V o = бастапқы потенциал, K = диэлектрлік тұрақты

Жоғарыдағы теңдеуге сүйене отырып, бастапқы сыйымдылық (Co) кішірек, ал соңғы сыйымдылық (C) үлкенірек деген қорытындыға келуге болады . Сыйымдылық K есе артады, мұндағы K - диэлектрлік тұрақты. Әрбір оқшаулағыш материалдың диэлектрлік тұрақты мәні әртүрлі. Диэлектрлік тұрақты (K) - диэлектрикті пайдаланған кездегі конденсатордың сыйымдылығын диэлектрикті пайдаланбаған кездегі конденсатордың сыйымдылығымен салыстырудың нәтижесі.

Диэлектриктер екі өткізгіш пластиналар арасындағы қашықтық азайғандықтан сыйымдылықты арттырады.

Диэлектриктің тағы бір функциясы - екі өткізгіш пластиналар арасындағы қашықтықты (d) азайту, осылайша екі өткізгіш пластиналар/қағаздар арасындағы электр өрісі (E) және электр кернеуі (V) E = V / d теңдеуінде көрсетілгендей артады. Егер екі пластина/қағаздар арасындағы электр өрісі және электр кернеуі артса, конденсатордың сыйымдылығы артады.
Егер қарастырылып отырған конденсатор параллель пластина болса, онда оның сыйымдылығы келесі формула бойынша есептеледі:

Диэлектрик 5

Жоғарыдағы екі формулаға сүйене отырып, параллель пластиналы конденсатордың сыйымдылығын (C) екі пластина/өткізгіш парақтары арасындағы қашықтықты (d) азайту арқылы арттыруға болады деген қорытынды жасауға болады.

Диэлектриктер сыйымдылықты арттырады, себебі конденсатордың диэлектрлік беріктігі артады.

Диэлектриктер өте күшті электр өрісіне орналастырылған кезде бұзылуға ұшырайтын оқшаулағыш материалдардан жасалған. Диэлектрлік бұзылу электр өрісі соншалықты күшті болған кезде электрондардың атомдардан ығысып кетуіне әкеліп соқтырады, бұл электрондар басқа атомдардағы электрондармен соқтығысып, диэлектрик ішінде электрон ағынын тудырады. Басқаша айтқанда, диэлектриктің бұзылуы электр оқшаулағышы болып табылатын диэлектриктің электр өткізгішіне айналуына әкеледі.

Зақымдануды болдырмау үшін белгілі бір оқшаулағыш материалдан жасалған әрбір диэлектриктің төтеп бере алатын максималды электр өрісінің мәні бар, ол диэлектрлік беріктік деп аталады. Оқшаулағыш материалдың диэлектрлік беріктігі ауаның диэлектрлік беріктігінен үлкен және әрбір оқшаулағыш материалдың диэлектрлік беріктігі әртүрлі, кейбіреулері кішкентай, ал кейбіреулері үлкен. Сондықтан, егер диэлектрлік беріктігі үлкен диэлектрик қолданылса, ұстауға болатын электр өрісі үлкенірек және ұстауға болатын электр кернеуі де үлкенірек болады. Егер екі пластина/өткізгіш парақтары тудыратын электр өрісі мен электр кернеуі үлкенірек болса, өткізгіш пластина сыйдыра алатын электр зарядының мөлшері үлкенірек болады. Өткізгіш пластинасындағы заряд неғұрлым көп болса, конденсатордың сыйымдылығы соғұрлым жоғары болады.

 

Пікір қалдырыңыз