Co to jest energia elektryczna? (Z eksperymentem)

Dodatek elektryczny Jest to parametr kwantyfikujący odpowiedź medium na obecność pola elektrycznego. Jest to oznaczone grecką literą ε i jej wartością dla pustki, która służy jako odniesienie dla innych środków, jest następujące: ε_albo = 8 8541878176 x 10^-12  C² /N.M² 

Charakter medium daje mu szczególną odpowiedź na pola elektryczne. W ten sposób temperatura, wilgotność, masa cząsteczkowa, geometria cząsteczek składowych, napięcia mechaniczne w środku lub że istnieje pewien kierunek preferencyjny w przestrzeni, w której ułatwiane jest istnienie pola.

Rysunek 1. Powietrze staje się kierowcą powyżej określonego napięcia. Źródło: Pixabay.

W tym drugim przypadku mówi się, że materiał przedstawia Anizotropia. A gdy żaden kierunek nie jest preferencyjny, rozważany jest materiał izotropowy. Przepuszczalność dowolnych jednorodnych środków można wyrazić na podstawie przepuszczalności próżni ε_albo Poprzez wyrażenie:

ε = κε_albo

Gdzie κ jest względną przepuszczalnością materiału, zwaną także Stała dielektryczna, bezwymiarowa ilość, która została określona eksperymentalnie dla wielu materiałów. Później zostanie wyjaśniony sposób na wykonanie tego pomiaru.

[TOC]

Dielektryczne i kondensatory

Dielektryk to materiał, który nie prowadzi dobrze energii elektrycznej, więc może być używany jako izolator. Nie zapobiega to jednak reagowaniu materiału na zewnętrzne pole elektryczne, tworząc własny.

W dalszej części przeanalizujemy reakcję izotropowych materiałów dielektrycznych, takich jak szkło, wosk, papier, porcelana i niektóre tłuszcze, które są powszechnie stosowane w elektronice.

Pole elektryczne zewnętrzne w stosunku do dielektryki można stworzyć między dwoma metalowymi arkuszami płaskiego kondensatora płytki.

Może ci służyć: Twierdzenie Thévenin: co polega na aplikacjach i przykładach

Dielektryk, w przeciwieństwie do kierowców takich jak miedź, brakuje wolnych obciążeń, które można przesuwać wewnątrz materiału. Cząsteczki, które je stanowią. W ten sposób można je modelować jako dipole elektryczne.

Dipol jest neutralny elektrycznie, ale obciążenie dodatnie jest oddzielone niewielką odległością od obciążenia ujemnego. W materiale dielektrycznym i przy braku zewnętrznego pola elektrycznego dipole są zwykle rozmieszczone losowo, jak można zobaczyć na rycinie 2.

Rysunek 2. W materiale dielektrycznym dipole są losowo zorientowane. Źródło: Self Made.

Dielektryk w zewnętrznym polu elektrycznym

Gdy dielektryk jest wprowadzany na środek pola zewnętrznego, na przykład ten, który jest tworzony w dwóch arkuszach przewodzących, dipole są reorganizowane, a obciążenia są oddzielone, tworząc wewnętrzne pole elektryczne w materiale w przeciwnym kierunku do zewnętrznego pole.

Kiedy wystąpi to przesunięcie, mówi się, że materiał jest Spolaryzowane.

Rysunek 3. Spolaryzowany materiał dielektryczny. Źródło: Self Made.

Ta indukowana polaryzacja powoduje netto lub wynikowe pole elektryczne I Zmniejszenie, efekt pokazany na rycinie 3, ponieważ pole zewnętrzne i pole wewnętrzne generowane przez wspomnianą polaryzację mają ten sam kierunek, ale przeciwne zmysły. Wielkość I Jest podany przez:

E = e_albo - I_Siema

Pole zewnętrzne doświadcza zmniejszenia dzięki interakcji z materiałem w czynniku zwanym κ lub stałą dielektryczną materiału, właściwości makroskopowe tego samego. Pod względem tej kwoty wynikowe lub netto pole wynosi:

E = e_albo/κ

Stała dielektryczna κ jest względną zasiłkiem materiału, ilość bezwymiarowa zawsze większa niż 1 i równa 1 w próżni.

Może ci służyć: nieregularna galaktyka: tworzenie, cechy, typy, przykłady

κ = ε/ε_albo

Lub ε = κε_albo Jak opisano na początku. Jednostki ε są takie same jak jednostki ε_albo: C² /N.M² m.

Pomiar zasiłku elektrycznego

Efektem wstawienia dielektryki między płytkami skraplacza jest umożliwienie dodatkowego przechowywania obciążenia, to znaczy wzrost pojemności. Fakt ten został odkryty przez Michaela Faradaya w XIX wieku.

Możliwe jest zmierzenie stałej dielektrycznej materiału przy użyciu równoległego kondensatora płaskiego płytki nazębnej w następujący sposób: Gdy między płytkami jest tylko powietrze, można wykazać, że pojemność jest podana przez:

C_albo = ε_albo. Ogłoszenie

Gdzie C_albo Jest to pojemność kondensatora, DO Jest to obszar płyt i D jest odległością między nimi. Ale podczas wstawienia dielektryki wydajność wzrasta w współczynniku κ, jak widać w poprzedniej sekcji, a następnie nowa pojemność C C jest proporcjonalna do oryginału:

C = κε_albo. A/D = ε. Ogłoszenie

Przyczyną między końcową a początkową pojemnością jest stała dielektryczna materiału lub zasiłku względnego:

κ = c /c_albo 

A absolutna dodatek elektryczny danego materiału jest znany przez:

ε = ε_albo .  (C / c_albo)

Środki można łatwo wykonać, jeśli dostępna jest multimetr zdolna do pomiaru pojemności. Alternatywą jest pomiar napięcia VO między płytkami skraplaczowymi bez dielektryki i izolowany ze źródła. Następnie wprowadza się dielektryk i obserwuje się spadek napięcia, którego wartość będzie V.

Następnie κ = v_albo / V

Eksperyment w celu pomiaru dodatku elektrycznego powietrza

-Materiały

- Płaskie płytki kondensator równoległe regulowane separacja.

- Śruba mikrometryczna lub nornie.

Może ci służyć: fale mechaniczne: cechy, właściwości, wzory, typy

- Multimetr, który ma funkcję pojemności pomiarowej.

- Papier milimetrowy.

-Procedura

- Wybierz separację D Wśród płyt kondensacyjnych i przy pomocy multimetrowej pojemność C_albo. Zapisz parę danych w tabeli wartości.

- Powtórz poprzednią procedurę dla co najmniej 5 separacji z płyt.

- Znajdź iloraz (OGŁOSZENIE) Dla każdego z mierzonych pomiarów.

- Dzięki wyrażeniu C_albo = ε_albo. Ogłoszenie Wiadomo, że c_albo Jest proporcjonalny do ilorazu (Ogłoszenie). Wykres na papierze milimetrowym każdą wartość C_albo z ich odpowiednią wartością Ogłoszenie.

- Wizualnie wyreguluj najlepszą linię i określ nachylenie. Lub znajdź nachylenie przez regresję liniową. Wartość nachylenia to dodatek powietrza.

Ważny

Oddzielenie między płytkami nie powinno przekraczać około 2 mm, ponieważ równanie dla pojemności równoległego kondensatora płaskiego płytki są nieskończone płytki. Jest to jednak dość dobre podejście, ponieważ strona płyt jest zawsze znacznie większa niż oddzielenie między nimi.

Ten eksperyment określa zasiłek powietrza, który jest dość bliski próżni. Stała dielektryczna próżni wynosi κ = 1, podczas gdy suche powietrze wynosi κ = 1.00059.

Bibliografia

1. Dielektryk. Stała dielektryczna. Odzyskane od: elektryków.Cl.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Seria fizyczna dla nauki i inżynierii. Tom 5 Interakcja elektryczna. 2. Wydanie. 213-215.
3. Laboratori d'Electrictat I Magnetisme (UPC). Względny zasiłek materiału. Odzyskane z: elaula.Jest.
4. Monge, m. Dielektryk. Pole elektrostatyczne. University Carlos III z Madrytu. Odzyskane z: OCW.UC3M.Jest.
5. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14^th. Wyd. 797 - 806.