Mengapa dielektrik tidak menghantarkan arus

Untuk menjawab pertanyaan «mengapa dielektrik tidak menghantarkan listrik?» pada kenampakan dan keberadaan arus listrik… Dan kemudian mari kita bandingkan bagaimana konduktor dan dielektrik berperilaku dalam kaitannya dengan menemukan jawaban atas pertanyaan ini.

Saat ini

Arus listrik disebut teratur, yaitu gerakan terarah dari partikel bermuatan Medan listrik… Jadi, pertama, keberadaan arus listrik mensyaratkan adanya partikel bermuatan bebas yang mampu bergerak secara terarah. Kedua, diperlukan medan listrik untuk menggerakkan muatan ini. Dan, tentu saja, harus ada ruang tertentu di mana pergerakan partikel bermuatan ini, yang disebut arus listrik, terjadi.

Partikel bermuatan bebas berlimpah dalam konduktor: dalam logam, dalam elektrolit, dalam plasma. Dalam konduktor tembaga, misalnya, ini adalah elektron bebas, dalam elektrolit - ion, misalnya, ion asam sulfat (hidrogen dan sulfur oksida) dalam baterai timbal-asam, dalam plasma - ion dan elektron, merekalah yang bergerak selama pelepasan listrik dalam gas terionisasi.

Logam

Sebagai contoh, ambil dua buah kabel tembaga dan gunakan untuk menyambungkan bola lampu kecil ke baterai. Apa yang akan terjadi? Lampu akan mulai menyala, yang berarti a arus listrik searah… Di antara ujung kabel sekarang ada perbedaan potensial yang dibuat oleh baterai, yang berarti medan listrik telah mulai bekerja di dalam kabel.

Medan listrik memaksa elektron kulit terluar atom tembaga untuk bergerak ke arah medan - dari atom ke atom, dari atom ke atom berikutnya, dan seterusnya sepanjang rantai, karena elektron kulit terluar logam atom jauh lebih kuat terikat pada inti daripada elektron yang lebih dekat ke inti orbit elektron. Dari tempat elektron ditinggalkan, elektron lain berasal dari terminal negatif baterai, yaitu elektron bergerak bebas di sepanjang rantai logam, dengan mudah mengubah miliknya menjadi atom.

Mereka tampaknya terbentuk di sepanjang kisi kristal logam ke arah mereka didorong, mencoba untuk mempercepat, medan listrik (dari minus ke plus sumber EMF konstan), sedangkan elektron menempel pada atom kisi kristal. sepanjang jalan mereka.

Beberapa elektron dalam perjalanannya pecah menjadi atom (karena fakta bahwa gerakan termal menggetarkan seluruh struktur atom bersama dengan elektron), akibatnya konduktor memanas - begitulah cara ia memanifestasikan dirinya hambatan listrik dari kabel.

Elektron bebas dalam logam

Studi logam menggunakan sinar-X, serta metode lain, telah menunjukkan bahwa logam memiliki struktur kristal.Ini berarti bahwa mereka terdiri dari atom atau molekul yang diatur dengan cara tertentu di ruang angkasa (dalam urutan, ion) yang menciptakan pergantian yang benar di ketiga dimensi.

Dalam kondisi ini, atom-atom unsur terletak sangat dekat satu sama lain sehingga elektron terluarnya milik atom ini pada tingkat yang sama dengan elektron tetangganya, akibatnya tingkat ikatan elektron ke masing-masing atom individu praktis tidak ada.

Bergantung pada jenis logamnya, setidaknya satu elektron dari setiap atom, terkadang dua elektron, dan dalam beberapa kasus bahkan tiga elektron bebas dalam hal pergerakannya di dalam logam, di bawah pengaruh gaya eksternal.

Dielektrik

Apa yang ada di dielektrik? Jika alih-alih kabel tembaga Anda mengambil plastik, kertas atau yang serupa? Tidak akan ada listrik, tidak ada lampu yang akan menyala. Mengapa? Struktur dielektrik sedemikian rupa sehingga terdiri dari molekul netral yang, bahkan di bawah aksi medan listrik, tidak melepaskan elektronnya dalam gerakan teratur - mereka tidak bisa. Tidak ada elektron konduksi bebas dalam dielektrik, seperti pada logam.

Elektron terluar dalam atom molekul dielektrik apa pun dikemas rapat, terlebih lagi, mereka berpartisipasi dalam ikatan internal molekul, sedangkan molekul zat semacam itu biasanya netral secara elektrik. Semua molekul dielektrik dapat melakukan polarisasi.

Di bawah aksi medan listrik yang diterapkan padanya, muatan listrik yang terkait dari setiap molekul hanya akan bergeser sedikit dari posisi kesetimbangan, sementara setiap partikel bermuatan akan tetap berada di atomnya sendiri. Fenomena ini disebut perpindahan muatan polarisasi dielektrik.

Sebagai hasil dari polarisasi, muatan muncul pada permukaan dielektrik yang terpolarisasi dengan cara ini oleh medan listrik yang diterapkan padanya, yang cenderung mengurangi medan listrik eksternal yang menyebabkan polarisasi dengan medan listriknya. Kemampuan dielektrik untuk melemahkan medan listrik eksternal dengan cara ini disebut konstanta dielektrik.