Vad är el? (Med experiment)

De Elbidrag Det är parametern som kvantifierar svaret från ett medium till närvaron av ett elektriskt fält. Det betecknas med den grekiska bokstaven ε och dess värde för tomrummet, som fungerar som en referens för de andra medel, är som följer: ε_antingen = 8,8541878176 x 10^-12  C² /N.m² 

Mediets natur ger honom ett visst svar på de elektriska fälten. På detta sätt temperaturen, fuktigheten, molekylvikten, geometri för beståndsdelar, mekaniska spänningar inuti eller att det finns en viss förmånsriktning i det utrymme där fältets förekomst underlättas.

Figur 1. Luften blir en förare ovanför en viss spänning. Källa: Pixabay.

I det senare fallet sägs det att materialet presenteras Anisotropi. Och när ingen riktning är företrädesvis övervägs materialet isotropisk. Permeabiliteten för alla homogena medel kan uttryckas baserat på permeabiliteten för vakuumet ε_antingen Genom uttrycket:

ε = κε_antingen

Där κ är materialets relativa permeabilitet, även kallad Dielektrisk konstant, En måttlös mängd som har fastställts experimentellt för många material. Senare kommer ett sätt att utföra denna mätning.

[TOC]

Dielektriska och kondensatorer

En dielektrik är ett material som inte utför elektricitet väl, så det kan användas som en isolator. Detta hindrar emellertid inte materialet från att svara på ett externt elektriskt fält, vilket skapar sitt eget.

I det följande kommer vi att analysera svaret från isotropa dielektriska material som glas, vax, papper, porslin och vissa fetter som vanligtvis används i elektronik.

Ett elektriskt fält som är externt till dielektriken kan skapas mellan två metallplattor på en platt plackkondensator.

Kan tjäna dig: Thévenin Theorem: Vad består, applikationer och exempel

Dielektrisk, till skillnad från förare som koppar, saknar fria laster som kan flyttas inuti materialet. Molekylerna som utgör dem är elektriskt neutrala, men belastningarna kan röra sig något. På detta sätt kan de modelleras som elektriska dipoler.

En dipol är elektriskt neutral, men den positiva belastningen separeras ett litet avstånd från den negativa belastningen. Inom det dielektriska materialet och i frånvaro av ett externt elektriskt fält distribueras dipolerna vanligtvis slumpmässigt, vilket kan ses i figur 2.

figur 2. I ett dielektriskt material är dipolerna slumpmässigt orienterade. Källa: Självgjord.

Dielektrisk i ett externt elektriskt fält

När dielektriken introduceras i mitten av ett externt fält, till exempel det som skapas i två ledande ark, omorganiseras dipolerna och belastningarna separeras, vilket skapar ett internt elektriskt fält i materialet i motsatt riktning till de yttre arkarna fält.

När denna förskjutning inträffar sägs det att materialet är Polariserad.

Figur 3. Polariserat dielektriskt material. Källa: Självgjord.

Denna inducerade polarisering orsakar nätet eller resulterande elektriskt fält OCH Minskning, effekt som visas i figur 3, eftersom det yttre fältet och det inre fältet som genereras genom nämnda polarisering, har samma riktning men motsatta sinnen. Storleken på OCH Det ges av:

E = e_antingen - OCH_Yo

Det yttre fältet upplever en minskning tack vare interaktionen med materialet i en faktor som kallas κ eller dielektrisk konstant i materialet, en makroskopisk egenskap av samma. När det gäller detta belopp är det resulterande eller nettofältet:

E = e_antingen/κ

Den dielektriska konstanten κ är materialets relativa tillägg, en dimensionslös mängd alltid större än 1 och lika med 1 i ett vakuum.

Kan tjäna dig: oregelbunden galax: bildning, egenskaper, typer, exempel

κ = ε/ε_antingen

Eller ε = κε_antingen som beskrivs i början. Enheterna i ε är desamma som ε ε_antingen: C² /N.m² av m.

Mätning av elektriskt bidrag

Effekten av att infoga en dielektrik mellan en kondensatorplattor är att tillåta ytterligare lastlagring, det vill säga en kapacitetsökning. Detta faktum upptäcktes av Michael Faraday på 1800 -talet.

Det är möjligt att mäta den dielektriska konstanten för ett material med användning av en parallell platt plackkondensator enligt följande: När det bara finns luft mellan plattorna kan det demonstreras att kapaciteten ges av:

C_antingen = ε_antingen. A/d

Var C_antingen Det är kondensatorns kapacitet, TILL Det är området för plattorna och d är avståndet mellan dem. Men när du sätter in en dielektrisk ökar kapaciteten i en κ -faktor, såsom ses i föregående avsnitt, och då är den nya C -kapaciteten C proportionell mot originalet:

C = κε_antingen. A/D = ε. A/d

Anledningen mellan den slutliga och den initiala kapaciteten är den dielektriska konstanten för materialet eller relativt bidrag:

κ = c /c_antingen 

Och det absoluta elektriska bidraget för materialet i fråga är känt genom:

ε = ε_antingen .  (C / c_antingen)

Åtgärderna kan enkelt utföras om en multimeter som kan mäta kapacitans är tillgänglig. Ett alternativ är att mäta VO -spänningen mellan kondensorplattorna utan dielektriska och isolerade från källan. Dielektriken introduceras sedan och en minskning av spänningen observeras, vars värde kommer att vara v.

Sedan κ = v_antingen / V

Experiment för att mäta luftens elektriska bidrag

-Materiel

- Platta plattor kondensor parallell justerbar separering.

- Mikrometrisk eller vernierskruv.

Kan tjäna dig: mekaniska vågor: egenskaper, egenskaper, formler, typer

- Multimeter som har funktionen att mäta kapacitet.

- Graf papper.

-Procedur

- Välj en separation d Bland kondensatorplattorna och med hjälp av multimetern mäta kapaciteten C_antingen. Skriv ner dataparet i en värdentabell.

- Upprepa den tidigare proceduren för minst 5 separationer från plattorna.

- Hitta kvoten (A/d) För vart och ett av mätningarna uppmätta.

- Tack vare uttrycket C_antingen = ε_antingen. A/d Det är känt att c_antingen Det är proportionellt mot kvoten (A/d). Graf på millimeter papper varje värde på C_antingen med deras respektive värde på A/d.

- Justera visuellt den bästa linjen och bestäm din sluttning. Eller hitta lutningen genom linjär regression. Lutningens värde är luften.

Viktig

Separationen mellan plattorna bör inte överstiga cirka 2 mm, eftersom ekvationen för kapaciteten för den parallella plattplattkondensatorn är oändliga plattor. Detta är emellertid ett ganska bra tillvägagångssätt, eftersom plattorna är alltid mycket större än separationen mellan dem.

Detta experiment bestämmer luften, som är ganska nära vakuum. Vakuumets dielektriska konstant är κ = 1, medan den torra luften är κ = 1.00059.

Referenser

1. Dielektrisk. Dielektrisk konstant. Återhämtat sig från: elektriker.Kli.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Fysisk serie för vetenskap och teknik. Volym 5 elektrisk interaktion. 2: a. Utgåva. 213-215.
3. Laboratori d'Electricitat I Magnetisme (UPC). Relativ tillägg av ett material. Återhämtat sig från: Elaula.är.
4. Monge, m. Dielektrisk. Elektrostatisk fält. University Carlos III i Madrid. Återhämtat sig från: ocw.Uc3m.är.
5. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysik med modern fysik. 14^th. Ed. 797 - 806.