Wat is elektriciteit? (Met experiment)

De Elektrische vergoeding Het is de parameter die de reactie van een medium op de aanwezigheid van een elektrisch veld kwantificeert. Het wordt aangeduid met de Griekse letter ε en de waarde ervan voor de leegte, die als referentie voor de andere middelen dient, is als volgt: ε_of = 8.8541878176 x 10^-12  C² /N.M² 

De aard van het medium geeft hem een ​​bepaald antwoord op de elektrische velden. Op deze manier de temperatuur, vochtigheid, molecuulgewicht, de geometrie van samenstellende moleculen, mechanische spanningen binnen of dat er een voorkeursrichting is in de ruimte waarin het bestaan ​​van het veld wordt vergemakkelijkt.

Figuur 1. De lucht wordt een bestuurder boven een bepaalde spanning. Bron: Pixabay.

In het laatste geval wordt gezegd dat het materiaal presenteert Anisotropie. En als er geen richting preferentieel is, wordt het materiaal overwogen isotropisch. De permeabiliteit van eventuele homogene middelen kan worden uitgedrukt op basis van de permeabiliteit van het vacuüm ε_of Door de uitdrukking:

ε = κε_of

Waarbij κ de relatieve permeabiliteit van het materiaal is, ook wel genoemd Diëlektrische constante, een dimensieloze hoeveelheid die voor talloze materialen experimenteel is bepaald. Later zal een manier worden uitgelegd om deze meting uit te voeren.

[TOC]

Diëlektrische en condensatoren

Een diëlektricum is een materiaal dat geen elektriciteit goed leidt, dus het kan als isolator worden gebruikt. Dit voorkomt echter niet dat het materiaal reageert op een extern elektrisch veld, waardoor het zijn eigen is.

In wat volgt zullen we de reactie van isotrope diëlektrische materialen zoals glas, was, was, papier, porselein en sommige vetten analyseren die vaak worden gebruikt in elektronica.

Een elektrisch veld buiten het diëlektricum kan worden gemaakt tussen twee metalen platen van een platte plaque -condensator.

Kan u van dienst zijn: Thévenin Stelling: wat bestaat, applicaties en voorbeelden

Diëlektrisch, in tegenstelling tot stuurprogramma's zoals koper, missen vrije belastingen die in het materiaal kunnen worden verplaatst. De moleculen die ze vormen, zijn elektrisch neutraal, maar de belastingen kunnen enigszins bewegen. Op deze manier kunnen ze worden gemodelleerd als elektrische dipolen.

Een dipool is elektrisch neutraal, maar de positieve belasting wordt gescheiden op een kleine afstand van de negatieve belasting. Binnen het diëlektrische materiaal en in afwezigheid van een extern elektrisch veld worden de dipolen meestal willekeurig verdeeld, zoals te zien is in figuur 2.

Figuur 2. In een diëlektrisch materiaal zijn de dipolen willekeurig georiënteerd. Bron: zelf gemaakt.

Diëlektrisch in een extern elektrisch veld

Wanneer het diëlektricum wordt geïntroduceerd in het midden van een extern veld, bijvoorbeeld degene die is gemaakt in twee geleidende vellen, worden de dipolen gereorganiseerd en worden de belastingen gescheiden, waardoor een intern elektrisch veld in het materiaal in de tegenovergestelde richting van de externe is ontstaan, veld.

Wanneer deze verplaatsing optreedt, wordt gezegd dat het materiaal is Gepolariseerd.

figuur 3. Gepolariseerd diëlektrisch materiaal. Bron: zelf gemaakt.

Deze geïnduceerde polarisatie veroorzaakt het net of het resulterende elektrische veld EN Afname, effect getoond in figuur 3, omdat het externe veld en het interne veld gegenereerd door genoemde polarisatie, dezelfde richting hebben maar tegengestelde zintuigen. De omvang van EN Het wordt gegeven door:

E = e_of - EN_Je

Het externe veld ervaart een reductie dankzij de interactie met het materiaal in een factor die K of diëlektrische constante van het materiaal wordt genoemd, een macroscopische eigenschap van hetzelfde. In termen van dit bedrag is het resulterende of netto veld:

E = e_of/κ

De diëlektrische constante κ is de relatieve vergoeding van het materiaal, een dimensieloze hoeveelheid altijd groter dan 1 en gelijk aan 1 in een vacuüm.

Kan u van dienst zijn: onregelmatige sterrenstelsel: vorming, kenmerken, typen, voorbeelden

κ = ε/ε_of

Of ε = κε_of zoals beschreven in het begin. De eenheden van ε zijn dezelfde als die van ε_of: C² /N.M² van m.

Meting van de elektrische vergoeding

Het effect van het invoegen van een diëlektricum tussen de platen van een condensor is om extra belastingopslag toe te staan, dat wil zeggen een toename van de capaciteit. Dit feit werd ontdekt door Michael Faraday in de 19e eeuw.

Het is mogelijk om de diëlektrische constante van een materiaal te meten met behulp van een parallelle platte plaque -condensator als volgt: wanneer er alleen lucht tussen de platen is, kan worden aangetoond dat de capaciteit wordt gegeven door:

C_of = ε_of. Advertentie

Waar C_of Het is de capaciteit van de condensator, NAAR Het is het gebied van de borden en D is de afstand tussen hen. Maar bij het invoegen van een diëlektricum neemt de capaciteit toe in een K -factor, zoals te zien in de vorige sectie, en dan is de nieuwe C -capaciteit C evenredig met het origineel:

C = κε_of. A/D = ε. Advertentie

De reden tussen de uiteindelijke en de initiële capaciteit is de diëlektrische constante van het materiaal of de relatieve vergoeding:

κ = c /c_of 

En de absolute elektrische toelage van het materiaal in kwestie is bekend door:

ε = ε_of .  ((C / c_of))

De maatregelen kunnen eenvoudig worden uitgevoerd als een multimeter die capaciteit kan meten, beschikbaar is. Een alternatief is om de VO -spanning tussen de condensorplaten te meten zonder diëlektrisch en geïsoleerd uit de bron. Het diëlektricum wordt vervolgens geïntroduceerd en een afname van de spanning wordt waargenomen, waarvan de waarde V zal zijn.

Dan κ = v_of / V

Experimenteer om de elektrische vergoeding van de lucht te meten

-Materialen

- Platte platen condensor parallel verstelbare scheiding.

- Micrometrische of vernier schroef.

Kan u van dienst zijn: mechanische golven: kenmerken, eigenschappen, formules, typen

- Multimeter die de functie heeft van meetcapaciteit.

- Ruitjespapier.

-Procedure

- Kies een scheiding D Onder de condensorplaten en met behulp van de multimeter meet de capaciteit C_of. Schrijf het gegevenspaar op in een tabel met waarden.

- Herhaal de vorige procedure voor ten minste 5 scheidingen van de platen.

- Vind het quotiënt (ADVERTENTIE) Voor elk van de gemeten metingen.

- Dankzij de uitdrukking C_of = ε_of. Advertentie Het is bekend dat c_of Het is evenredig met het quotiënt (Advertentie)). Grafiek op millimeter papier elke waarde van C_of met hun respectieve waarde van Advertentie.

- Pas de beste lijn visueel aan en bepaal uw helling. Of vind de helling door lineaire regressie. De waarde van de helling is de vergoeding van de lucht.

Belangrijk

De scheiding tussen de platen mag niet hoger zijn dan ongeveer 2 mm, omdat de vergelijking voor de capaciteit van de parallelle platte plaatcondensator oneindige platen is. Dit is echter een vrij goede aanpak, omdat de zijkant van de platen altijd veel groter is dan de scheiding tussen hen.

Dit experiment bepaalt de vergoeding van de lucht, die vrij dicht bij die van vacuüm ligt. De diëlektrische constante van het vacuüm is κ = 1, terwijl de droge lucht κ = 1 is.00059.

Referenties

1. Diëlektrisch. Diëlektrische constante. Hersteld van: elektriciens.Klet.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Fysieke serie voor wetenschap en engineering. Deel 5 elektrische interactie. 2e. Editie. 213-215.
3. Laboratori d'ectricitat I Magnetisme (UPC). Relatieve vergoeding van een materiaal. Hersteld van: ELAULA.is.
4. Monge, m. Diëlektrisch. Elektrostatisch veld. Universiteit Carlos III van Madrid. Hersteld van: ocw.UC3M.is.
5. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14^e. ED. 797 - 806.