Mikä on sähkö? (Kokeella)

Se Sähkövaraus Se on parametri, joka kvantifioi väliaineen vasteen sähkökentän läsnäoloon. Se on merkitty kreikkalaisella kirjaimella ε ja sen arvo tyhjyydelle, joka toimii viitteenä muille keinoille, on seuraava: ε_jompikumpi = 8 8541878176 x 10^-12  C² /N.m² 

Mediumin luonne antaa hänelle erityisen vastauksen sähkökenttiin. Tällä tavoin lämpötila, kosteus, molekyylipaino, rakennusmolekyylien geometria, mekaaniset jännitteet sisäpuolella tai että tilassa on jonkin verran etuuskohtelua, jossa kentän olemassaoloa helpotetaan.

Kuvio 1. Ilmasta tulee kuljettaja tietyn jännitteen yläpuolella. Lähde: Pixabay.

Jälkimmäisessä tapauksessa sanotaan, että materiaali esittelee Anisotropia. Ja kun suuntaa ei ole edullinen, materiaalia otetaan huomioon isotrooppinen. Minkä tahansa homogeenisen keinon läpäisevyys voidaan ilmaista tyhjiön ε läpäisevyyden perusteella_jompikumpi Ilmaisun kautta:

ε = κε_jompikumpi

Missä κ on materiaalin suhteellinen läpäisevyys, jota kutsutaan myös Dielektrinen vakio, Mitaton määrä, joka on määritetty kokeellisesti lukuisille materiaaleille. Myöhemmin tapa suorittaa tämä mittaus selitetään.

[TOC]

Dielektriset ja kondensaattorit

Dielektrisyys on materiaali, joka ei johda sähköä hyvin, joten sitä voidaan käyttää eristimenä. Tämä ei kuitenkaan estä materiaalia reagoimasta ulkoiseen sähkökenttään, luomalla omaa.

Seuraavassa analysoimme isotrooppisten dielektristen materiaalien, kuten lasin, vahan, paperin, posliinin ja joidenkin rasvojen, vastetta, joita yleisesti käytetään elektroniikassa.

Dielektrisen ulkopuolinen sähkökenttä voidaan luoda kahden tasaisen plakkikondensaattorin metallilevyn väliin.

Voi palvella sinua: Thévenin -lause: mitä koostuu, sovellukset ja esimerkit

Dielektrinen, toisin kuin kuljettajat, kuten kupari, puuttuu ilmaisia ​​kuormia, jotka voidaan siirtää materiaalin sisälle. Niitä muodostavat molekyylit ovat sähköisesti neutraaleja, mutta kuormat voivat liikkua hieman. Tällä tavalla ne voidaan mallintaa sähköisiksi dipoleiksi.

Dipoli on sähköisesti neutraali, mutta positiivinen kuorma erotetaan pieni etäisyys negatiivisesta kuormasta. Dielektrisen materiaalin sisällä ja ulkoisen sähkökentän puuttuessa dipolit jakautuvat yleensä satunnaisesti, kuten kuvasta 2 voidaan nähdä.

Kuva 2. Dielektrisessä materiaalissa dipolit ovat satunnaisesti suuntautuneita. Lähde: Itse tehty.

Dielektrisyys ulkoisessa sähkökentässä

Kun dielektrisyys otetaan käyttöön ulkoisen kentän keskelle, esimerkiksi se, joka luodaan kahden johtavan arkin sisälle, dipolit järjestetään uudelleen ja kuormat erotetaan, mikä luo sisäisen sähkökentän materiaaliin vastakkaiseen suuntaan kuin ulkoinen ala.

Kun tämä siirtymä tapahtuu, sanotaan, että materiaali on Polarisoitu.

Kuva 3. Polarisoitunut dielektrinen materiaali. Lähde: Itse tehty.

Tämä indusoitu polarisaatio aiheuttaa netto- tai tuloksena olevan sähkökentän JA Lasku, kuvassa 3 esitetty vaikutus, koska ulkoisella kentällä ja mainitulla polarisaatiolla tuotetulla sisäkentällä on sama suunta, mutta vastakkaiset aistit. Suuruus JA Se on annettu:

E = e_jompikumpi - JA_Yllyttää

Ulkoinen kenttä kokee vähennyksen materiaalin vuorovaikutuksen ansiosta materiaalin nimeltä κ tai dielektriseksi vakioksi, samasta makroskooppisesta ominaisuudesta. Tämän määrän perusteella tuloksena oleva tai nettokenttä on:

E = e_jompikumpi/κ

Dielektrinen vakio κ on materiaalin suhteellinen korvaus, mitaton määrä on aina suurempi kuin 1 ja yhtä suuri kuin 1 tyhjiössä.

Voi palvella sinua: epäsäännöllinen galaksi: muodostuminen, ominaisuudet, tyypit, esimerkit

κ = ε/ε_jompikumpi

Tai ε = κε_jompikumpi kuten alussa on kuvattu. Ε: n yksiköt ovat samat kuin ε: n yksiköt_jompikumpi: C² /N.m² m.

Sähkökorvauksen mittaus

Lauhduttimen levyjen välisen dielektrisen asettamisen vaikutuksena on sallia lisäkuorman varastointi, toisin sanoen kapasiteetin kasvu. Michael Faraday löysi tämän tosiasian 1800 -luvulla.

Materiaalin dielektrinen vakio on mahdollista mitata käyttämällä rinnakkaista litteää plakkikondensaattoria seuraavasti: Kun levyjen välillä on vain ilmaa, voidaan osoittaa, että kapasiteetti annetaan:

C_jompikumpi = ε_jompikumpi. Ilmoitus

Missä C_jompikumpi Se on kondensaattorin kapasiteetti, -Lla Se on lautasten alue ja d -d on etäisyys niiden välillä. Mutta kun asetetaan dielektristä, kapasiteetti kasvaa κ -tekijässä, kuten edellisessä osassa nähdään, ja sitten uusi C -kapasiteetti C on verrannollinen alkuperäiseen:

C = κε_jompikumpi. A/d = ε. Ilmoitus

Syynä lopullisen ja alkuperäisen kapasiteetin välillä on materiaalin tai suhteellisen korvauksen dielektrinen vakio:

κ = c /c_jompikumpi 

Ja kyseisen materiaalin absoluuttinen sähkökorvaus tunnetaan:

ε = ε_jompikumpi .  (C / c_jompikumpi-A

Mittaukset voidaan suorittaa helposti, jos kapasitanssia pystyy mittaamaan monimittari. Vaihtoehto on mitata VO -jännite lauhdutinlevyjen välillä ilman dielektristä ja eristetty lähteestä. Dielektrisyys otetaan sitten käyttöön ja havaitaan jännitteen lasku, jonka arvo on V V.

Sitten κ = V_jompikumpi / V

Kokeile ilman sähkökorvausta

-Materiaalit

- Litteät lautasen lauhduttimen rinnakkain säädettävä erotus.

- Mikrometrinen tai vernier -ruuvi.

Voi palvella sinua: mekaaniset aallot: ominaisuudet, ominaisuudet, kaavat, tyypit

- Yleismittarilla, jolla on mittakapasiteetti.

- Ruutupaperi.

-Menettely

- Valitse erotus d -d Lauhduttimen levyjen keskuudessa ja monimittarin avulla kapasiteetti C_jompikumpi. Kirjoita dataparin arvotaulukkoon.

- Toista edellinen menettely vähintään viidelle erottelulle levyistä.

- Etsi osamäärä (ILMOITUS) Jokaiselle mitattulle mittaukselle.

- Ilmaisun ansiosta C_jompikumpi = ε_jompikumpi. Ilmoitus On tiedossa, että c_jompikumpi Se on verrannollinen osamäärään (Ilmoitus-A. Kuvaaja millimetripaperilla jokainen arvo C_jompikumpi vastaavan arvonsa Ilmoitus.

- Säädä visuaalisesti paras rivi ja määritä kaltevuus. Tai etsi kaltevuus lineaarisella regressiolla. Kaltevuuden arvo on ilman korvaus.

Tärkeä

Levyjen välinen ero ei saisi ylittää noin 2 mm, koska yhtälö rinnakkaisen litteän levyn kondensaattorin kapasiteettiin on ääretön levy. Tämä on kuitenkin melko hyvä lähestymistapa, koska levyjen puoli on aina paljon suurempi kuin niiden välillä.

Tämä koe määrittää ilman korvauksen, joka on melko lähellä tyhjiötä. Tyhjiön dielektrinen vakio on κ = 1, kun taas kuiva ilma on κ = 1.00059.

Viitteet

1. Dielektrinen. Dielektrinen vakio. Toipunut: Sähköasentajat.Cl.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Fyysinen sarja tiedettä ja tekniikkaa. Volume 5 sähköinen vuorovaikutus. Toinen. Painos. 213-215.
3. Laboratori d'lectrictat I Magnetisme (UPC). Materiaalin suhteellinen korvaus. Toipunut: Elaula.On.
4. Monge, m. Dielektrinen. Sähköstaattinen kenttä. Madridin yliopisto Carlos III. Palautettu: OCW.UC3M.On.
5. Sears, Zemansky. 2016. Yliopiston fysiikka, jolla on moderni fysiikka. 14^th. Ed. 797 - 806.