Dielektrikler neden akımı iletmez?

"Bir dielektrik neden elektriği iletmez?" Sorusunu cevaplamak için elektrik akımının görünümü ve varlığı hakkında… Ve sonra, bu soruya bir cevap bulmakla ilgili olarak iletkenlerin ve dielektriklerin nasıl davrandığını karşılaştıralım.

Akım

Elektrik akımı, yüklü parçacıkların düzenli, yani yönlendirilmiş hareketi olarak adlandırılır. Elektrik alanı… Bu nedenle, öncelikle, bir elektrik akımının varlığı, yönlendirilmiş bir şekilde hareket edebilen serbest yüklü parçacıkların varlığını gerektirir. İkincisi, bu yükleri sürmek için bir elektrik alanına ihtiyaç vardır. Ve elbette, elektrik akımı adı verilen yüklü parçacıkların bu hareketinin gerçekleştiği belirli bir boşluk olmalıdır.

Serbest yüklü parçacıklar iletkenlerde bol miktarda bulunur: metallerde, elektrolitlerde, plazmada. Örneğin bir bakır iletkende bunlar serbest elektronlardır, bir elektrolitte - iyonlar, örneğin bir kurşun-asit bataryada sülfürik asit iyonları (hidrojen ve kükürt oksit), plazmada - iyonlar ve elektronlar, bunlar iyonize bir gazda elektrik boşalması sırasında hareket eder.

Metal

Örneğin, iki parça bakır tel alalım ve bunları küçük bir ampulü bir pile bağlamak için kullanalım. Ne olacak? Işık parlamaya başlayacak, yani bir doğru elektrik akımı... Tellerin uçları arasında artık pil tarafından yaratılan bir potansiyel farkı vardır, bu da telin içinde bir elektrik alanının hareket etmeye başladığı anlamına gelir.

Elektrik alanı, bakır atomlarının dış kabuklarının elektronlarını alan yönünde hareket etmeye zorlar - atomdan atoma, atomdan sonraki atoma vb. zincir boyunca, çünkü metalin dış kabuklarının elektronları atomlar, elektron yörüngelerinin çekirdeklerine daha yakın olan elektronlara göre çekirdeğe çok daha az güçlü bir şekilde bağlıdır. Elektronun kaldığı yerden, pilin negatif terminalinden başka bir elektron gelir, yani elektronlar metal zincir boyunca serbestçe hareket ederek atomlara ait olmalarını kolayca değiştirir.

Elektronlar kristal kafesin atomlarına yapışırken, metalin kristal kafesi boyunca itildikleri yönde, elektrik alanını (eksiden artıya doğru sabit EMF kaynağı) hızlandırmaya çalışıyor gibi görünüyorlar. onların yolu boyunca.

Bazı elektronlar hareketleri sırasında atomlara ayrılır (termal hareketin atomların tüm yapısını elektronlarla birlikte titreştirmesi nedeniyle), bunun sonucunda iletken ısınır - bu kendini böyle gösterir. tellerin elektrik direnci.

Bir metaldeki serbest elektronlar

X-ışınları ve diğer yöntemler kullanılarak metallerin incelenmesi, metallerin kristal bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir.Bu, uzayda belirli bir şekilde (sırayla, iyonlar) düzenlenmiş ve üç boyutta da doğru değişimi yaratan atomlardan veya moleküllerden oluştukları anlamına gelir.

Bu koşullar altında, elementlerin atomları birbirine o kadar yakın yerleştirilir ki, dış elektronları bu atoma komşu olanlarla aynı derecede aittir, bunun sonucunda elektronun her bir atoma bağlanma derecesi pratik olarak yoktur.

Metalin cinsine göre her atomun elektronlarından en az biri, bazen iki, hatta bazı durumlarda üç elektron, dışarıdan uygulanan kuvvetlerin etkisi altında metal içindeki hareketleri bakımından serbesttir.

Dielektrik

Bir dielektrikte ne var? Bakır teller yerine plastik, kağıt veya benzeri bir şey alırsanız? Elektrik olmayacak, ışık yanmayacak. Neden? Dielektriğin yapısı, bir elektrik alanının etkisi altında bile elektronlarını düzenli bir hareketle serbest bırakmayan nötr moleküllerden oluşacak şekildedir - basitçe yapamazlar. Bir metalde olduğu gibi bir dielektrikte serbest iletim elektronları yoktur.

Herhangi bir dielektrik molekülün atomundaki dış elektronlar sıkıca paketlenir, ayrıca molekülün iç bağlarına katılırlar, oysa böyle bir maddenin molekülleri genellikle elektriksel olarak nötrdür. Dielektrik moleküllerin yapabileceği tek şey polarize olmaktır.

Onlara uygulanan bir elektrik alanın etkisi altında, her bir yüklü parçacık kendi atomunda kalırken, her bir molekülün ilişkili elektrik yükleri denge konumundan hafifçe kayacaktır. Bu olguya yük yer değiştirmesi denir dielektrik polarizasyon.

Polarizasyonun bir sonucu olarak, kendisine uygulanan bir elektrik alanıyla bu şekilde polarize edilmiş bir dielektrik yüzeyinde yükler belirir ve bunlar, kendi elektrik alanları ile polarizasyona neden olan dış elektrik alanını azaltma eğilimindedir. Bir dielektrik maddenin bir dış elektrik alanını bu şekilde zayıflatma yeteneğine denir. dielektrik sabiti.