A dielektromos polarizáció

Az elektromosan töltött testek nemcsak a vezető, hanem a semleges szigetelőanyagokra is vonzóhatást gyakorolnak.

(Pl. : A megdörzsölt vonalzó vonzotta a semleges papírszeletkéket.)

Kérdés:

Hogyan értelmezhető a jelenség?

1. A szigetelők egy része olyan molekulákból áll, amelyek külső elektromos tér hiányában nem polárosak.

Külső elektromos tér hatására viszont polarizálódnak.

Ábra

Ábra

2. A szigetelők másik típusában a molekulák már szerkezetüknél fogva dipólusosak, de külső elektromos tér nélkül teljesen rendszertelenül helyezkednek el.

A külső elektromos tér hatására viszont igyekeznek beállni a tér irányába.

Ábra

Ábra

A jelenséget dielektromos polarizációnak hívjuk.

Vázlat

Külső elektromos térben a szigetelő egyik oldala pozitívvá, a másik negatívvá válik, hasonlóan a vezetőknél tapasztalt elektromos megosztáshoz.

A lényeges különbség a kettő között az, hogy míg a vezetők esetében jelentős töltésmozgás van, addig itt nincs töltésáramlás, csak a molekulaláncok végein jelentkező töltések mutatkoznak meg.

A szigetelő körül az elektromos teret kondenzátorral is létrehozhatjuk. Ekkor viszont a pozitív töltésű lemezről kiinduló erővonalak egy része a a szomszédos negatív polarizációs töltésen végződik.

Ábra

Tehát a szigetelő belsejében az elektromos tér erőssége kisebb lesz, mintha a lemezek köze vákuummal lenne kitöltve.

Ez pedig kisebb feszültségben és nagyobb kapacitásban nyilvánul meg.

A térerősség-csökkenés szigetelő anyagonként eltérő mértékű. A különféle anyagok polarizálhatósága a relatív dielektromos állandóval jellemezhető:

r = Evákuum / Eszigetelő

Ebből következően a szigetelővel kitöltött terű kondenzátor kapacitása a vákuumbeli kapacitás r -szeresére növekszik.

Néhány szigetelő anyag relatív dielektromos állandója megtalálható a tankönyv 41. oldalán, az 1. táblázatban.

A vákuum dielektromos állandójának értéke:

0 =8,85·10-12 C/Vm

Vázlat

Szigetelő

A molekulák nem polarizáltak.

+–

+

–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+– +

–+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+– +

–+–

+– +

–

+–

+–

+–

+– +

–+–

+– +

–

+–

A külső elektromos tér hatására a szigetelő molekuláiban a töltések szétválnak, a polarizálódott részecskék pedig beállnak a tér irányába.

+–

+–

+– +

–+

–

+–

+–

+– +

–

+–

+–

+–

+–

+–

+– +

–

+–

+–+

–

+– +–

+ –+

– +– + –

+–

+–

+–

+ –

+–+

–

+–

Az eleve polaritással rendelkező részecskék rendezetlenül helyezkednek el a szigetelőben.

+

–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

A dipólusos részecskék a külső elektromos tér hatására dipólláncot alkotva állnak be a tér irányába.

+

–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

+–

– – – – – – – –––––––

+ + + ++++ + ++++ + +A kondenzátor pozitív töltésű lemezéről induló erővonalak egy része a szigetelő

szomszédos dipólusos részecskéin végződik. Hasonló dolog történik a negatív töltésű fegyverzeten is, csak itt az erővonalak a szomszédos részecskékről indulnak és a negatív lemezen végződnek. Ezáltal jóval kevesebb erővonal jut át egyik lemezről a másikra.

• Az elektromosan töltött testek a semleges szigetelőanyagokra is vonzóhatást gyakorolnak.

• A külső elektromos tér hatására a szigetelő molekulái polarizálódnak, beállnak a tér irányába.

VÁZLAT

Az alábbi vázlatpontokat másold le a füzetedbe!

VÁZLAT

Az alábbi vázlatpontokat másold le a füzetedbe!

• A kondenzátor lemezei között lévő szigetelő anyag csökkenti a kialakuló térerősséget és a feszültséget, növeli a kondenzátor kapacitását.

• A különféle anyagok polarizálhatósága a relatív dielektromos állandóval jellemezhető.

r = Evákuum / Eszigetelő

KÉRDÉSEK, FELADATOKA megoldásokat írd le! Segítséget, illetve a helyes válaszokat az információs gomb megnyomásával nézheted meg.

1. Mi a lényegi különbség az elektromos megosztás és a dielektromos polarizáció között?

2. Miért vonzza a semleges töltésű szigetelőt a feltöltött test?

3. Miért csökken a feltöltés után a telepről lekapcsolt síkkondenzátor térerőssége, ha a lemezek közé szigetelőanyagot helyezünk?

4. Hogyan változik a feltöltés után a telepről lekapcsolt síkkondenzátor kapacitása, ha a lemezek közé szigetelőanyagot helyezünk?

KÉRDÉSEK, FELADATOKA megoldásokat írd le! Segítséget, illetve a helyes válaszokat az információs gomb megnyomásával nézheted meg.

5. Egy kondenzátor lemezei között vákuumban 10V feszültség van. A lemezek távolsága 2 cm. Mekkora lesz a lemezek között a térerősség, és a feszültség, ha porcelánt helyezünk a fegyverzetek közé?

MEGOLDÁSOK 1. feladat

Elektromos megosztásnál a vezetőben lévő töltések áramlanak, míg a dielektromos polarizáció esetében nincs töltésmozgás.

MEGOLDÁSOK 2. feladat

A feltöltött test elektromos tere az eredetileg semleges töltésű szigetelő részecskéit polarizálja, emiatt úgy viselkedik, mintha egyik szélén negatív, másikon pedig pozitív töltésű lenne.

MEGOLDÁSOK 3. feladat

A kondenzátor elektromos tere polarizálja a szigetelőanyag részecskéit, így a pozitív lemezről kiinduló erővonalak egy része a szomszédos részecskék pozitív töltésein végződik, ezáltal kevesebb erővonal jut át a negatív fegyverzetre.

MEGOLDÁSOK 4. feladat

Növekszik.

Mivel a térerősség a szigetelő hatására csökken, így csökken a lemezek közötti feszültség is. Változatlan töltésmennyiség esetében ekkor viszont növekszik a kapacitás.

MEGOLDÁSOK 5. feladat

Az r értékét keresd ki a tankönyvből!

Használd az alábbi képleteket:

U = E · d

r = Evákuum / Eszigetelő

Megoldás

MEGOLDÁSOK 5. feladat

UV = 10 V

d = 2 cm = 2 ·10-2 m

Eporc = ?

Uporc = ?

UV = EV · d EV = UV / d

EV = 10 V / 2 ·10-2 m = 500 V / m

r = EV / Eporc Eporc = EV / r

r = 5,4 (Tk. 41.o. 1. táblázat)

Eporc = 92,6 V / m

Uporc = Eporc · d = 1,852 V

Házi feladat

Mennyi lesz a kondenzátor kapacitása, ha vákuum, és mennyi ha a porcelán van a lemezek között?

A kondenzátor töltése: 10-6 C.

A bemutató befejezéséhez nyomd le az ESC gombot!