Πολικά και μη πολικά διηλεκτρικά

Τα πολικά και μη πολικά διηλεκτρικά είναι μια ουσιαστική πτυχή της Φυσικής και ένα ζωτικό θέμα στη Μηχανική, τη Χημεία και τα Μαθηματικά.

Οι ακαθαρσίες σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα μπορεί να προκαλέσουν αλλαγή της πόλωσης των μορίων που περιέχονται σε αυτό. Η εξερεύνηση αυτής της περιοχής θα βοηθήσει στην κατανόηση των διηλεκτρικών και άλλων σχετικών θεμάτων, όπως πυκνωτών και αγωγών.

Πολικά και μη πολικά διηλεκτρικά:Σημασία

Polar Dielectrics

Τα πολικά διηλεκτρικά είναι ουσίες που έλκονται στο ηλεκτρικό πεδίο λόγω ηλεκτρικού φορτίου. Η ίδια πολικότητα έλκει τα μόρια αυτών των υλικών. Το υλικό είναι δίπολο ή πολικό, αλλά οι ουσίες έλκονται η μία την άλλη επειδή τα δίπολα έχουν αντίθετο πρόσημο. Τα πολικά διηλεκτρικά πρέπει να διαχωρίζονται από τα μη πολικά διηλεκτρικά καθώς έχουν διαφορετικές ιδιότητες και συμπεριφορές.

Οι κύριες ιδιότητες ενός πολικού διηλεκτρικού είναι:

• Τα δίπολα έχουν αντίθετα ζώδια – θετικά και αρνητικά φορτία
• Τα δίπολα είναι τοποθετημένα στην ίδια κατεύθυνση (δύο βόρειοι πόλοι μαζί ή δύο νότιοι πόλοι μαζί κ.λπ.)

Μη πολικά διηλεκτρικά

Στις μη πολικές διηλεκτρικές ουσίες, τα μόρια δεν είναι πολωμένα και δεν υπάρχει έλξη φορτίου. Επιπλέον, οι μη πολικές ουσίες δεν περιέχουν μόνιμο δίπολο. Επομένως, τα μόρια δεν έχουν ευθυγράμμιση και δεν παράγουν ηλεκτρικό πεδίο. Δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως διηλεκτρικά σε πυκνωτές επειδή είναι πολικοί.

Οι κύριες ιδιότητες ενός μη πολικού διηλεκτρικού είναι:

• Τα μόρια στην ουσία δεν είναι πολωμένα
• Δεν υπάρχει ευθυγράμμιση ή σειρά των μορίων

Για να κατανοήσετε τα πολικά και μη πολικά διηλεκτρικά, σκεφτείτε αυτό το σενάριο:Ένα ποδόσφαιρο τοποθετείται σε ένα τραπέζι με ένα θετικό έμπλαστρο στο ένα άκρο και ένα αρνητικό έμπλαστρο στο άλλο. Εάν τώρα πετάξετε τη μπάλα χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό πεδίο, θα διαπιστώσετε ότι η μπάλα κινείται με τρόπο που ακολουθεί την κατεύθυνση του ηλεκτρικού σας πεδίου. έχει αποδειχθεί πολλές φορές ότι αυτό οφείλεται σε αλληλεπίδραση μεταξύ τους.

Εάν πετάτε ένα φορτισμένο ποδόσφαιρο σε ένα απομονωμένο τραπέζι, θα έμενε στο τραπέζι και δεν θα κουνηθεί επειδή είναι διηλεκτρικό. Αν, όμως, πετούσατε ένα αφόρτιστο ποδόσφαιρο σε ένα τραπεζάκι, θα κινούνταν γιατί είναι μη πολικό υλικό. Αυτό συμβαίνει με τις ουσίες ξύλου, νερού ή λαδιού.

Τόσο τα πολικά όσο και τα μη πολικά διηλεκτρικά έχουν διαφορετικές χρήσεις. Για παράδειγμα, τα υλικά με αντίθεση είναι τέλεια για την αποθήκευση ενέργειας σε πυκνωτές που αποθηκεύουν ηλεκτρικά φορτία. Ωστόσο, τα μόριά τους ευθυγραμμίζονται προς την ίδια κατεύθυνση, γεγονός που τα κάνει να μην είναι πολύ καλά για άλλους τύπους αγωγών, όπως καλώδια.

Εφαρμογές των πολικών διηλεκτρικών

1) Κρύσταλλοι

2) Οπτική – κατασκευή πολωμένων φακών για τη μείωση των ακτίνων φωτός ή τη συγκέντρωση τους.

3) Μόνωση σύρματος

4) Πυκνωτές – αποθηκεύουν και απελευθερώνουν ενέργεια κρατώντας το ηλεκτρικό φορτίο μιας μπαταρίας.

5) Πυκνωτές διπλής στρώσης – χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ηλεκτρικού φορτίου σε πλάκες και την αποθήκευση του για χρήση. Εάν ένας πυκνωτής συνδεθεί παράλληλα με έναν άλλο πυκνωτή, τα φορτία και στους δύο μπορούν να διπλασιαστούν.

6) Αντιστατικές συσκευές- κατά της συσσώρευσης στατικού ηλεκτρισμού για την αποφυγή συσσώρευσης μη ισορροπημένων φορτίων. Οι αντιστατικές συσκευές χρησιμοποιούνται για την αποφυγή εκκενώσεων από στατικό ηλεκτρισμό που συσσωρεύεται από ρούχα καθώς και άλλα υλικά που δημιουργούν στατικά φορτία όταν τρίβονται μεταξύ τους.

Εφαρμογές μη πολικών διηλεκτρικών

1) Ηλεκτρική μόνωση (Σύρματα)

2) Αγωγοί – παρόμοιοι με τα καλώδια αλλά πολύ καλύτεροι στη διεξαγωγή της ροής του ηλεκτρισμού. Το στρώμα μόνωσης χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό των δύο. Οι αγωγοί χρησιμοποιούνται τόσο για μεμονωμένα όσο και για πολλαπλά ηλεκτρικά κυκλώματα στα ηλεκτρονικά. Χρησιμοποιούνται για τη μείωση του στατικού ηλεκτρισμού που συσσωρεύεται από υλικά όπως ρούχα και χαλιά σε ηλεκτρικές συσκευές και τηλεοράσεις.

3) Ρελέ στερεάς κατάστασης – χρησιμοποιούνται για την εναλλαγή της ροής ηλεκτρικής ενέργειας στα ηλεκτρονικά. Τα ρελέ παίρνουν το ρεύμα που ρέει μέσω ενός τερματικού, το διακλαδώνουν μέσω ενός άλλου τερματικού και μετά το στέλνουν ξανά μέσω ενός ακόμη τερματικού.

Σημασία της ελκυστικότητας των πολικών και μη πολικών διηλεκτρικών

Τις περισσότερες φορές, όταν ένα υλικό ονομάζεται διηλεκτρικό, θεωρείται μη πολικό. Ωστόσο, ο όρος διηλεκτρικό χρησιμοποιείται επίσης για να δηλώσει μια ουσία με ηλεκτρικό φορτίο σε ορισμένες περιπτώσεις. Τα διηλεκτρικά είναι ουσίες που τείνουν να μην επιτρέπουν σε φορτισμένα σωματίδια μιας πολικότητας να περάσουν μέσα από αυτά, αλλά, στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο τα ίδια.

Συμπέρασμα

Η σημασία των διηλεκτρικών και η έλξη που έχουν μεταξύ τους είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση ενέργειας και έχουν διαφορετικούς βαθμούς αντοχής. Υλικά όπως το λάδι, το ξύλο και το νερό είναι πολικά επειδή τα μόριά τους ευθυγραμμίζονται και μπορούν να αποθηκεύσουν ενέργεια, αλλά δεν είναι πολύ καλοί αγωγοί. Άλλα μη πολικά υλικά, όπως το σκυρόδεμα και το κεραμικό, περιέχουν μη ευθυγραμμισμένα μόρια που δεν δημιουργούν ηλεκτρικό πεδίο, σε αντίθεση με τα πολικά υλικά. Εξαιτίας αυτού, παρατηρείται συχνά ότι όταν ένα υλικό γίνεται ένα αντικείμενο (όπως ένα σύρμα ή πέτρα), θα έχει μεγαλύτερη αντίσταση και μπορεί να χειριστεί περισσότερη ενέργεια.