Посмотрите на эту керамическую унитаз или раковину в вашей ванной комнате. Вероятно, нет, но это потому, что этот материал имеет свойство, которое часто упускается из виду. Это диэлектрик, то есть вещество, которое является плохим проводником электричества, но хорошим средством хранения электричества. Говорим ли мы о керамике, стекле, воздухе или даже о вакууме (другом хорошем диэлектрике), ученые используют то, что называется диэлектрической проницаемостью, которая представляет собой отношение диэлектрической проницаемости вещества к диэлектрической проницаемости свободного пространства. Или, с точки зрения непрофессионала, отношение количества электрической энергии, запасенной в материале приложенным напряжением, к той, которая хранится в вакууме.
Смущенный? Что ж, возможно, небольшое объяснение необходимо, чтобы развеять некоторые технические препятствия для понимания. Прежде всего, диэлектрик определяется как изолирующий материал или очень плохой проводник электрического тока. Когда диэлектрики находятся в электрическом поле, в них практически не течет ток, потому что, в отличие от металлов, они не имеют свободно связанных или свободных электронов, которые могут дрейфовать через материал. Вместо этого возникает электрическая поляризация, когда положительные заряды в диэлектрике смещаются в мельчайших пределах в направлении электрического поля, а отрицательные заряды в незначительной степени смещаются в направлении, противоположном электрическому полю. Это небольшое разделение заряда или поляризации уменьшает электрическое поле внутри самого диэлектрика. Это свойство, как уже упоминалось, делает его плохим проводником, но хорошим носителем информации.
На практике большинство диэлектрических материалов являются твердыми. Но, как уже упоминалось, сухой воздух также является диэлектриком, как и самые чистые, сухие газы, такие как гелий и азот. Они имеют низкую диэлектрическую проницаемость, тогда как такие вещи, как оксиды металлов, имеют высокую постоянную. Материалы с умеренными диэлектрическими постоянными включают керамику, дистиллированную воду, бумагу, слюду, полиэтилен и стекло. При увеличении диэлектрической проницаемости плотность электрического потока увеличивается (общее количество электрического заряда на площадь), но только в том случае, если все остальные факторы остаются неизменными. Это, в свою очередь, позволяет объектам заданного размера, таким как наборы металлических пластин, сохранять свой электрический заряд в течение длительных периодов времени и / или удерживать большие количества заряда.
Из-за того, что они являются хорошим изолирующим материалом (или диэлектриком), оксиды металлов, сухой воздух и вакуум часто используются при строительстве высокоэнергетических конденсаторов, а также радиочастотных линий передачи, где электрическая энергия накапливается на радиочастотах.
Мы написали много статей о диэлектрической проницаемости для журнала Space. Вот статья о том, как работают микроволны, и статья о настольном тесте общей теории относительности.
Если вам нужна дополнительная информация о диэлектрической проницаемости, ознакомьтесь с этими статьями из Hyperphysics и Web Physics.
Мы также записали целый эпизод «Астрономического актера» об электромагнетизме. Послушайте, Эпизод 103: Электромагнетизм.
Источники:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric
http://en.wikipedia.org/wiki/Relative_permittivity
http://en.wikipedia.org/wiki/Flux
http://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/162637/dielectric-constant
http://searchcio-midmarket.techtarget.com/sDefinition/0,,sid183_gci546287,00.html
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/162630/dielectric
