25.8:

Polaryzacja dielektryczna w kondensatorze

JoVE Core
Physics
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Physics
Dielectric Polarization in a Capacitor
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

4,204 Views

00:00 min
April 30, 2023

Obecność medium dielektrycznego w kondensatorze nie tylko zmienia napięcie i pojemność, ale także wpływa na pole elektryczne. Ogólnie rzecz biorąc, dielektryki mogą być dwojakiego rodzaju: polarne i niepolarne. W dielektryku biegunowym ładunki dodatnie i ujemne w cząsteczkach są oddzielone odległością, a zatem mają stały moment dipolowy. W przeciwieństwie do tego, taka separacja ładunków nie występuje w niepolarnym dielektryku, jednak cząsteczki niepolarne ulegają polaryzacji w obecności zewnętrznego pola elektrycznego. W obu przypadkach dipole są zorientowane losowo bez pola elektrycznego.

Gdy dielektryk biegunowy jest umieszczony w jednorodnym polu elektrycznym, dipole wyrównują się z polem, indukując równe i przeciwne ładunki powierzchniowe na powierzchniach dielektryka. Cząsteczki niepolarne mogą stać się polarne w obecności zewnętrznego pola elektrycznego, zwanego polaryzacją indukowaną. Dodatnie i ujemne ładunki cząsteczki niepolarnej są oddzielone zewnętrznym polem elektrycznym, indukując polaryzację i dalej wyrównując je wzdłuż pola. Indukowane ładunki wzdłuż powierzchni dielektryka zmniejszają napięcie na płytkach i zwiększają pojemność.

Indukowane ładunki powierzchniowe wytwarzają indukowane pole elektryczne. Pole elektryczne netto jest sumą wektorową pól zewnętrznych i indukowanych. Pole netto można zapisać w kategoriach pola zewnętrznego za pomocą stałej dielektrycznej.

Równanie1

Równanie2

Połączenie równań (1) i (2) daje wyrażenie dla indukowanego pola elektrycznego.

Równanie3

Jeśli wielkość pola zewnętrznego zostanie zwiększona powyżej granicy, cząsteczki w dielektryku ulegają jonizacji. Wolne elektrony są wytwarzane w dielektryku, umożliwiając przepływ prądu z jednej płytki na drugą przez dielektryk. Zjawisko to nazywa się przebiciem dielektrycznym

.