Ainet, millel on vabu osakesi, mille laeng liigub läbi keha korrapäraselt mõjuva elektrivälja tõttu, nimetatakse elektrostaatilises väljas juhiks. Ja osakeste laenguid nimetatakse vabaks. Dielektrikutel seevastu neid pole. Juhtidel ja dielektrikutel on erinev olemus ja omadused.
Explorer
Elektrostaatilises väljas on juhid metallid, leeliselised, happelised ja soolalahused, samuti ioniseeritud gaasid. Metallides on vabade laengute kandjad vabad elektronid.
Ühtlasesse elektrivälja sisenemisel, kus metallid on laenguta juhid, algab liikumine välja pingevektorile vastupidises suunas. Ühele poole akumuleerudes tekitavad elektronid negatiivse laengu ja teisel pool nende ebapiisav kogus tekitab liigse positiivse laengu. Selgub, et süüdistused on lahus. Mõjul tekivad kompenseerimata erinevad tasudväline väli. Seega need indutseeritakse ja elektrostaatilises väljas olev juht jääb laenguta.
Hüvitamata tasud
Elektrifitseerimist, kui laengud kehaosade vahel ümber jaotuvad, nimetatakse elektrostaatiliseks induktsiooniks. Nende keha moodustavad kompenseerimata elektrilaengud, sise- ja välispinged on üksteisele vastandlikud. Eraldudes ja seejärel kuhjudes juhi vastasosadele, suureneb sisevälja intensiivsus. Selle tulemusena muutub see nulliks. Seejärel jääb tasude saldo.
Sel juhul on kogu kompenseerimata tasu väljaspool. Seda asjaolu kasutatakse elektrostaatilise kaitse saamiseks, mis kaitseb seadmeid väljade mõju eest. Need asetatakse võredesse või maandatud metallümbristesse.
Dielektrikud
Aineid, kus standardtingimustes (st kui temperatuur ei ole liiga kõrge ega liiga madal) tasuta elektrilaenguid pole, nimetatakse dielektrikuteks. Osakesed ei saa sel juhul ümber keha liikuda ja on vaid veidi nihkunud. Seetõttu on siin ühendatud elektrilaengud.
Dielektrikud jagunevad rühmadesse sõltuv alt molekulaarstruktuurist. Esimese rühma dielektrikute molekulid on asümmeetrilised. Nende hulka kuuluvad tavaline vesi, nitrobenseen ja alkohol. Nende positiivsed ja negatiivsed laengud ei ühti. Need toimivad elektriliste dipoolidena. Selliseid molekule peetakse polaarseteks. Nende elektrimoment on võrdne finaaligaväärtus kõigis erinevates tingimustes.
Teine rühm koosneb dielektrikutest, milles molekulidel on sümmeetriline struktuur. Need on parafiin, hapnik, lämmastik. Positiivsetel ja negatiivsetel laengutel on sarnane tähendus. Kui välist elektrivälja pole, siis pole ka elektrimomenti. Need on mittepolaarsed molekulid.
Välisväljas olevate molekulide vastaslaengutel on erinevatesse suundadesse suunatud keskused nihkunud. Need muutuvad dipoolideks ja saavad uue elektrimomendi.
Kolmanda rühma dielektrikutel on ioonide kristalne struktuur.
Huvitav, kuidas dipool käitub välises ühtlases väljas (see on ju mittepolaarsetest ja polaarsetest dielektrikutest koosnev molekul).
Iga dipoollaeng on varustatud jõuga, millest igaühel on sama moodul, kuid erinev suund (vastupidine). Moodustuvad kaks jõudu, millel on pöörlemismoment, mille mõjul kaldub dipool pöörduma nii, et vektorite suund langeb kokku. Selle tulemusena saab ta välisvälja suuna.
Mittepolaarses dielektrikus puudub väline elektriväli. Seetõttu puuduvad molekulidel elektrimomendid. Polaarses dielektrikus toimub termiline liikumine täielikus korrasolekus. Seetõttu on elektrimomendid erineva suunaga ja nende vektorite summa on null. See tähendab, et dielektrikul puudub elektrimoment.
Dielektrik ühtlases elektriväljas
Paigutame dielektriku ühtlasesse elektrivälja. Me juba teame, et dipoolid on polaarsed ja mittepolaarsed molekulid.dielektrikud, mis on suunatud sõltuv alt välisväljast. Nende vektorid on järjestatud. Siis ei ole vektorite summa null ja dielektrikul on elektrimoment. Selle sees on positiivsed ja negatiivsed laengud, mis on vastastikku kompenseeritud ja on üksteise lähedal. Seetõttu ei saa dielektrik laengut.
Vastupindadel on kompenseerimata polarisatsioonilaengud, mis on võrdsed, st dielektrik on polariseeritud.
Kui võtta ioonne dielektrik ja asetada see elektrivälja, siis ioonide kristallide võre selles nihkub veidi. Selle tulemusena saab ioontüüpi dielektrik elektrimomendi.
Polariseerivad laengud moodustavad oma elektrivälja, millel on välise omaga vastupidine suund. Seetõttu on dielektrikusse asetatud laengutest tekkiva elektrostaatilise välja intensiivsus väiksem kui vaakumis.
Explorer
Dirigentidega tekib teistsugune pilt. Kui elektrivoolujuhid viiakse elektrostaatilisesse välja, tekib selles lühiajaline vool, kuna vabadele laengutele mõjuvad elektrijõud aitavad kaasa liikumisele. Kuid kõik teavad ka termodünaamilise pöördumatuse seadust, kui kõik makroprotsessid suletud süsteemis ja liikumises peavad lõpuks lõppema ja süsteem tasakaalustub.
Elektrostaatilises väljas olev juht on metallist keha, kus elektronid hakkavad liikuma vastu jõujooni jahakkab vasakult kogunema. Parempoolne juht kaotab elektronid ja saab positiivse laengu. Kui laengud on eraldatud, omandab see oma elektrivälja. Seda nimetatakse elektrostaatiliseks induktsiooniks.
Juhi sees on elektrostaatilise välja tugevus null, mida on lihtne tõestada vastupidiselt liikudes.
Laadimiskäitumise funktsioonid
Juhi laeng koguneb pinnale. Lisaks on see jaotatud nii, et laengu tihedus on orienteeritud pinna kumerusele. Siin on seda rohkem kui mujal.
Juhtidel ja pooljuhtidel on kõige rohkem kumerust nurgapunktides, servades ja ümardamistes. Samuti on suur laengutihedus. Koos selle suurenemisega kasvab läheduses ka pinge. Seetõttu tekib siin tugev elektriväli. Ilmub koroonalaeng, mis põhjustab juhist laengute väljavoolu.
Kui arvestada elektrostaatilises väljas olevat juhti, millest sisemine osa eemaldatakse, leitakse õõnsus. Sellest ei muutu midagi, sest valdkonda pole olnud ega tule. Lõppude lõpuks puudub see õõnsuses definitsiooni järgi.
Järeldus
Vaatasime juhte ja dielektrikuid. Nüüd saate aru nende erinevustest ja omaduste avaldumise tunnustest sarnastes tingimustes. Seega käituvad nad ühtlases elektriväljas üsna erinev alt.
