ไดอิเล็กทริกและการโพลาไรซ์
ไดอิเล็กทริกจะเกิดการโพลาไรซ์ในสภาพสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดประจุผูกพันที่ลดสนามไฟฟ้าและเพิ่มค่าความจุไฟฟ้า
Definition
ไดอิเล็กทริกคือฉนวนที่ประจุผูกพันมีการเคลื่อนที่เล็กน้อยในสภาพสนามไฟฟ้าที่ป้อนเข้าไป ทำให้เกิดการโพลาไรซ์; ประจุผูกพันที่เกิดขึ้นและสนามกระจัด, สภาพรับ และสภาพยอมทางไฟฟ้าจะอธิบายว่าวัสดุนั้นปรับเปลี่ยนสนามไฟฟ้าภายในตัวมันอย่างไร
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมการโพลาไรซ์ของวัสดุไดอิเล็กทริก, ประจุผูกพันที่ผิวและในปริมาตร, สนามกระจัดไฟฟ้า, สภาพรับไฟฟ้าและสภาพยอมทางไฟฟ้า, ความสัมพันธ์ระหว่างสภาพโพลาไรซ์ระดับจุลภาคกับสภาพยอมทางไฟฟ้าระดับมหภาค, พลังงานในไดอิเล็กทริก และเงื่อนไขขอบเขตที่รอยต่อของไดอิเล็กทริก รวมถึงไดอิเล็กทริกเชิงเส้นและกล่าวถึงพฤติกรรมเฟอร์โรอิเล็กทริก ในขณะที่กลไกสถานะของแข็งโดยละเอียดจัดอยู่ในสาขาฟิสิกส์สสารควบแน่น
Core questions
- ไดอิเล็กทริกเกิดการโพลาไรซ์ในสภาพสนามไฟฟ้าได้อย่างไร?
- ประจุผูกพันและสนามกระจัดไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กับการโพลาไรซ์อย่างไร?
- อะไรคือสิ่งที่เชื่อมโยงสภาพโพลาไรซ์ระดับจุลภาคเข้ากับสภาพยอมทางไฟฟ้าระดับมหภาค?
Key concepts
- การโพลาไรซ์
- ประจุผูกพัน
- สนามกระจัด D
- สภาพรับไฟฟ้า
- สภาพยอมทางไฟฟ้า
- ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก
- สภาพโพลาไรซ์
- เฟอร์โรอิเล็กทริกซิตี
Key theories
- การโพลาไรซ์และประจุผูกพัน
- สนามไฟฟ้าที่ป้อนเข้าไปจะเหนี่ยวนำให้เกิดไดโพลที่เรียงตัวกัน ซึ่งผลสุทธิเทียบเท่ากับประจุผูกพันที่ผิวและในปริมาตร; สนามกระจัดถูกนิยามเพื่อให้แหล่งกำเนิดของมันมีเพียงประจุอิสระเท่านั้น
- ความสัมพันธ์เคลาซิอุส-มอสซอตติ
- สภาพยอมทางไฟฟ้าระดับมหภาคเชื่อมโยงกับสภาพโพลาไรซ์ระดับจุลภาคและความหนาแน่นเชิงจำนวนของโมเลกุลผ่านความสัมพันธ์เคลาซิอุส-มอสซอตติ โดยคำนึงถึงสนามเฉพาะที่ที่กระทำต่อแต่ละโมเลกุล
Clinical relevance
พฤติกรรมของไดอิเล็กทริกควบคุมการออกแบบตัวเก็บประจุและฉนวน, วัสดุที่มีสภาพยอมทางไฟฟ้าสูงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, สเปกโทรสโกปีไดอิเล็กทริกของวัสดุและเนื้อเยื่อ, และการตอบสนองทางแม่เหล็กไฟฟ้าของเยื่อหุ้มชีวภาพและโมเลกุลขนาดใหญ่
History
ฟาราเดย์ได้นำเสนอแนวคิดของไดอิเล็กทริกและวัดว่าวัสดุเพิ่มค่าความจุไฟฟ้าได้อย่างไรในช่วงทศวรรษ 1830 มอสซอตติและเคลาซิอุสได้เชื่อมโยงสภาพยอมทางไฟฟ้าเข้ากับสภาพโพลาไรซ์ของโมเลกุลในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 ซึ่งความสัมพันธ์นี้ต่อมาได้ถูกอธิบายโดยทฤษฎีอิเล็กตรอนของลอเรนซ์
Key figures
- Michael Faraday
- Ottaviano-Fabrizio Mossotti
- Rudolf Clausius
Related topics
Seminal works
- landau1984
- griffiths2017
Frequently asked questions
- ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกคืออะไร?
- คือสภาพยอมทางไฟฟ้าสัมพัทธ์ ซึ่งเป็นปัจจัยที่วัสดุใช้ลดสนามไฟฟ้าสำหรับประจุอิสระที่กำหนดเมื่อเทียบกับสุญญากาศ และในทำนองเดียวกันก็เป็นปัจจัยที่เพิ่มค่าความจุไฟฟ้า
- ประจุผูกพันคืออะไร?
- คือประจุเสมือนที่ปรากฏบนพื้นผิวและภายในของไดอิเล็กทริกที่ถูกโพลาไรซ์ เนื่องจากการเรียงตัวของไดโพลระดับจุลภาค; ประจุเหล่านี้ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระผ่านวัสดุ