Artykuł o dielektrykach. W tym artykule zebrano materiały z różnych samouczków i książek z zakresu elektrotechniki. Opisano strukturę molekularną, moment elektryczny dielektryków. Dielektryk to substancja, której główną właściwością elektryczną jest zdolność do polaryzacji w polu elektrycznym.
Cechą charakterystyczną dielektryków jest obecność silnie sprzężonych ładunków dodatnich i ujemnych w cząsteczkach tworzących substancję. Spośród istniejących typów wiązań dla dielektryków stosowanych w elektrotechnice i radiotechnice najbardziej typowe są kowalencyjne niepolarne, kowalencyjne polarne lub homeopolarne, jonowe lub heteropolarne, donory-akceptory. Siły połączenia determinują nie tylko strukturę i podstawowe właściwości substancji, ale także obecność w niej chaotycznie lub uporządkowanych momentów elektrycznych w mikroskopijnych lub makroskopowych objętościach substancji.
Moment elektryczny pojawia się w układzie dwóch ładunków elektrycznych o równej wielkości i przeciwnych o znaku ± q, położonych w pewnej odległości l od siebie i jest określony przez stosunek? = ql.
Taki układ ładunków nazywany jest zwykle dipolem, a cząsteczka utworzona przez ten układ ładunków nazywana jest dipolem.
Wiązanie kowalencyjne
powstaje, gdy atomy łączą się w cząsteczki, w wyniku czego elektrony walencyjne są uspołeczniane, a zewnętrzna powłoka elektronowa zostaje uzupełniona do stanu stabilnego.
Cząsteczki z kowalencyjnym wiązaniem niepolarnym powstają w wyniku połączenia atomów o tej samej nazwie, takich jak H2, O2, Cl2, C, S, Si itp. i mają symetryczną strukturę. W wyniku zbieżności centrów ładunków dodatnich i ujemnych moment elektryczny cząsteczki wynosi zero, cząsteczka jest niepolarna, a substancja (dielektryk) jest niepolarna.
Jeśli cząsteczki z wiązaniem kowalencyjnym powstają z odmiennych atomów ze względu na współdzielenie par elektronów walencyjnych, np. H2O, CH4, CH3Cl itd., to brak lub obecność momentu elektrycznego będzie zależeć od wzajemnego ułożenia atomów względem siebie. Przy symetrycznym rozmieszczeniu atomów, a zatem koincydencji centrów ładunków, cząsteczka będzie niepolarna. Przy asymetrycznym układzie z powodu przemieszczenia środków ładunków w pewnej odległości powstaje moment elektryczny, cząsteczka nazywana jest polarną, a substancja (dielektryk) jest polarna. Modele strukturalne cząsteczek niepolarnych i polarnych pokazano na poniższym rysunku.
Niezależnie od tego, czy jest to dielektryk polarny, czy niepolarny, obecność momentu elektrycznego w cząsteczkach prowadzi do pojawienia się wewnętrznego pola elektrycznego w każdej mikroskopijnej objętości substancji. Przy chaotycznej orientacji momentów elektrycznych cząsteczek ze względu na ich wzajemną kompensację, całkowite pole elektryczne w dielektryku wynosi zero. Jeżeli momenty elektryczne cząsteczek są zorientowane głównie w jednym kierunku, to pole elektryczne powstaje w całej objętości substancji.
Zjawisko to obserwuje się w substancjach o spontanicznej (spontanicznej) polaryzacji, w szczególności w ferroelektrykach.
Wiązania jonowe i donor-akceptor
powstają, gdy substancja powstaje z różnych atomów. W tym przypadku atom jednego pierwiastka chemicznego poddaje się, a drugi przyłącza lub przechwytuje elektron. W rezultacie powstają dwa jony, między którymi powstaje moment elektryczny.
Tak więc, zgodnie ze strukturą cząsteczek, dielektryki można podzielić na trzy grupy:
- dielektryki niepolarne, których moment elektryczny cząsteczek jest równy zeru;
- dielektryki polarne, których moment elektryczny cząsteczek jest niezerowy;
- dielektryki jonowe, w których między jonami pierwiastków chemicznych tworzących substancję występuje moment elektryczny.
Obecność momentów elektrycznych w dielektrykach, niezależnie od przyczyn ich występowania, determinuje ich główną właściwość - zdolność do polaryzacji w polu elektrycznym.
