Защо диелектриците не провеждат ток

За да отговорите на въпроса «защо диелектрикът не провежда електрически ток?» за появата и съществуването на електрически ток… И тогава нека сравним как се държат проводниците и диелектриците във връзка с намирането на отговор на този въпрос.

Текущ

Електрическият ток се нарича подредено, тоест насочено, движение на заредени частици електрическо поле… Така, първо, за съществуването на електрически ток е необходимо наличието на свободни заредени частици, способни да се движат насочено. Второ, необходимо е електрическо поле, което да задвижи тези заряди. И, разбира се, трябва да има определено пространство, в което да се осъществява това движение на заредени частици, наречено електрически ток.

Свободни заредени частици има в изобилие в проводници: в метали, в електролити, в плазма. В меден проводник например това са свободни електрони, в електролит — йони, например йони на сярна киселина (водород и серен оксид) в оловно -киселинна батерия, в плазма — йони и електрони, те са тези, които се движат по време на електрически разряд в йонизиран газ.

Метални

Да вземем например две парчета медна жица и да ги използваме за свързване на малка крушка с батерия. Какво ще се случи? Светлината ще започне да свети, което означава, че a постоянен електрически ток… Между краищата на проводниците сега има потенциална разлика, създадена от батерията, което означава, че вътре в проводника е започнало да действа електрическо поле.

Електрическото поле принуждава електроните на външните обвивки на медни атоми да се движат в посоката на полето — от атом към атом, от атом към следващия атом и така нататък по веригата, тъй като електроните на външните обвивки от метал атомите са много по -слабо свързани с ядра, отколкото електроните по -близо до ядрата на електронни орбити. Откъдето е останал електронът, друг електрон идва от отрицателния извод на батерията, тоест електроните се движат свободно по металната верига, като лесно променят принадлежността си към атомите.

Те сякаш се образуват по кристалната решетка на метала в посоката, в която са изтласкани, опитвайки се да ускорят, електрическото поле (от минус до плюс на източника на постоянна ЕРС), докато електроните се прилепват към атомите на кристалната решетка по целия им път.

Някои електрони в хода на своето движение се разбиват в атоми (поради факта, че топлинното движение вибрира цялата структура на атомите заедно с електроните), в резултат на което проводникът се нагрява — така се проявява електрическо съпротивление на проводниците.

Свободни електрони в метал

Изследването на метали с помощта на рентгенови лъчи, както и други методи, показа, че металите имат кристална структура. Това означава, че те се състоят от атоми или молекули, разположени по определен начин в пространството (по ред, йони), които създават правилното редуване и в трите измерения.

При тези условия атомите на елементите са разположени толкова близо един до друг, че техните външни електрони принадлежат на този атом в същата степен, както и на съседните, в резултат на което степента на свързване на електрона с всеки отделен атом практически липсва.

В зависимост от вида метал, поне един от електроните на всеки атом, понякога два електрона, а в някои случаи дори три електрона са свободни по отношение на техните движения в метала, под въздействието на сили, наложени отвън.

Диелектрик

Какво има в диелектрика? Ако вместо медни проводници вземете пластмаса, хартия или нещо подобно? Няма да има електрически ток, светлината няма да светне. Защо? Структурата на диелектрика е такава, че се състои от неутрални молекули, които дори под действието на електрическо поле не освобождават своите електрони в подредено движение — те просто не могат. В диелектрика няма свободни електрони на проводимост, както в метала.

Външните електрони в атома на всяка диелектрична молекула са плътно опаковани, освен това те участват във вътрешните връзки на молекулата, докато молекулите на такова вещество обикновено са електрически неутрални. Всичко, което диелектричните молекули могат да направят, е поляризация.

Под действието на електрическо поле, приложено към тях, свързаните електрически заряди на всяка молекула просто ще се изместят леко от равновесното положение, докато всяка заредена частица ще остане в собствения си атом. Това явление изместване на заряда се нарича диелектрична поляризация.

В резултат на поляризация, на повърхността на диелектрик, поляризиран по този начин от електрическо поле, приложено към него, се появяват заряди, които са склонни да намалят външното електрическо поле, предизвикало поляризацията с тяхното електрическо поле. Способността на диелектрика да отслабва външно електрическо поле по този начин се нарича диелектрична константа.