Դիէլեկտրիկներ

Մայքլ Ֆարադեյ (1913 թվական)

Դիէլեկտրիկներ, (հունարեն՝  διά-միջով և անգլ.՝ electric-էլեկտրական), էլեկտրական հոսանքի վատ հաղորդիչներ։ Դիէլեկտրիկ տերմինը սահմանել է Մայքլ Ֆարադեյը՝ նշելու համար այն նյութերը, որոնցով թափանցում են էլեկտրական դաշտերը։ Էլեկտրական դաշտում տեղադրված ցանկացած նյութի բաղադրիչ լիցքերի (էլեկտրոններ, ատոմային միջուկներ) մի մասը դաշտի ազդեցության տակ ուղղորդված տեղափոխվում է՝ առաջացնելով էլեկտրական հոսանք։ Մնացած լիցքերը վերաբաշխվում են այնպես, որ դրական և բացասական լիցքերի «ծանրության կենտրոնները» շեղվում են միմյանց նկատմամբ և առաջացնում նյութի բևեռացում։ Էլեկտրահաղորդականության և բևեռացման փոխհարաբերությունից կախված՝ նյութերը բաժանվում են մեկուսիչների, կիսահաղորդիչների և հաղորդիչների։ Դիէլեկտրիների էլեկտրահաղորդականությունը մետաղների համեմատությամբ շատ փոքր է։ Մետաղների տեսակարար դիմադրությունը՝ ρ-ն, 10⁻⁶-10⁻⁴ օհմ•սմ կարգի է, դիէլեկտրիկինը՝ 10⁸-10¹⁷ օհմ•սմ։

Պինդ դիէլեկտրիկներ

Պինդ դիէլեկտրիկներիի և մետաղների էլեկտրահաղորդականության քանակական տարբերությունը քվանտային մեխանիկան բացատրում է՝ պատկերելով պինդ մարմինը որպես հսկա «մոլեկուլ», ուր ամեն մի էլեկտրոն պատկանում է ամբողջ մարմնին։ Էլեկտրոնների տարբեր վարքը մետաղներում և դիէլեկտրիկներում պայմանավորված է ատոմի էներգետիկ մակարդակներում դրանց բաշխման տարբեր բնույթով։ Պինդ մարմնում էլեկտրոնի էներգիան ունի միայն որոշակի թույլատրելի ընդհատ արժեքներ։ Էլեկտրոնի թույլատրելի էներգետիկ տիրույթները (թույլատրելի գոտիներ) հերթափոխվում են էլեկտրոնի համար անթույլատրելի էներգետիկ միջակայքերով (արգելված գոտիներ)։ Քանի որ էլեկտրոնները ձգտում են զբաղեցնել ամենափոքր էներգիաներով մակարդակներ, իսկ մի մակարդակում կարող է գտնվել միայն մի էլեկտրոն, ապա էլեկտրոնները զբաղեցնում են զրոյից մինչև որոշակի առավելագույն արժեքով էներգիայի մակարդակներ։ Դիէլեկտրիներում էլեկտրոններով զբաղեցված վերին էներգետիկ մակարդակը համընկնում է թույլատրելի գոտիներից մեկի վերին սահմանին, իսկ մետաղներում այդ մակարդակը գտնվում է թույլատրելի գոտում։ Որպեսզի էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ պինդ մարմնում առաջանա էլեկտրական հոսանք՝ էլեկտրոնների ուղղորդված շարժում, անհրաժեշտ է, որ էլեկտրոնների մի մասի էներգիան մեծանա, այսինքն՝ ցածր էներգետիկ մակարդակներից էլեկտրոններն անցնեն բարձր էներգետիկ մակարդակներ։ Մետաղներում այսպիսի անցումներ հնարավոր են, քանի որ էլեկտրոններով զբաղեցված մակարդակներն անմիջապես սահմանակցվում են ազատ մակարդակների հետ, իսկ դիէլեկտրիկներում մոտակա ազատ մակարդակները զբաղեցվածներից անջատված են արգելված գոտիով, որը սովորական, ոչ շատ ուժեղ էլեկտրական դաշտերի ազդեցությամբ էլեկտրոնները չեն կարող հաղթահարել։ Դիէլեկտրիկներում էլեկտրական դաշտի ազդեցությունը առաջացնում է էլեկտրոնային խտության վերաբաշխում՝ դիէլեկտրիկի բևեռացում։ Դիէլեկտրիկները և կիսահաղորդիչները սահմանազատել հնարավոր չէ․ Δε<2-3 էվ արգելված գոտի ունեցող նյութերը դասվում են կիսահաղորդիչների շարքը, իսկ Δε>2-3 էվ արգելված գոտիով նյութերը՝ դիէլեկտրիկների շարքը։ Լինում են ոչ միայն պինդ դիէլեկտրիկներ, այլև՝ հեղուկ ու գազային։ Այն հեղուկները, որոնց էլեկտրական տեսակարար դիմադրությունը 10¹⁰ օհմ•սմ-ից բարձր է, համարվում են դիէլեկտրիկներ։ Սովորական պայմաններում բոլոր գազերը դիէլեկտրիկներ են։ Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ ատոմները և մոլեկուլները իոնացվում են, և գազն աստիճանաբար վերածվում է պլազմայի, որն էլեկտրական հոսանքի լավ հաղորդիչ է։ Դիէլեկտրիկներում հոսանքակիրները էլեկտրոններն ու իոններն են։ Սովորական պայմաններում դիէլեկտրիկների էլեկտրոնային հաղորդականությունը իոնայինից փոքր է։ Իոնային հաղորդականությունը կարող է պայմանավորված լինել ինչպես սեփական, այնպես և խառնուրդային իոնների տեղափոխությամբ։ Բյուրեղներում իոնների տեղափոխության հնարավորությունը կախված է բյուրեղների արատներից։ Իդեալական բյուրեղներում իոնային հաղորդականության պրոցեսը սկզբունքորեն հնարավոր չէ։ Ջերմաստիճանի բարձրացումից իոնային հաղորդականությունը խիստ աճում է։ Դիէլեկտրիկների էլեկտրահաղորդականության համար զգալի նշանակություն ունի մակերևութային հաղորդականությունը։ Դիէլեկտրիկներում էլեկտրական հոսանքը համեմատական է էլեկտրական դաշտի լարվածությանը։ Սակայն շատ ուժեղ դաշտերում հոսանքի արժեքն ավելի մեծ է, քան այդ բխում է Օհմի օրենքից։ Որոշակի կրիտիկական՝ E_ծ լարվածության դաշտով է պայմանավորված դիէլեկտրիկների ծակումը՝ հոսանքային ուղու առաջացումը։ Е_ծ մեծությունը կոչվում է դիէլեկտրիկի էլեկտրական ամրություն։ Պինդ դիէլեկտրիկներում տարբերում են ջերմային և էլեկտրական ծակում։ Իրական դիէլեկտրիկներում եղած անհամասեռությունները նպաստում են ծակմանը, քանի որ անհամասեռ մասում դաշտի լարվածությունը կարող է շատ մեծ լինել։ Հեղուկ դիէլեկտրիկների էլեկտրական ամրությունը զգալի չափով պայմանավորված է նրա մաքրությամբ։ Խառնուրդների առկայությունը էապես փոքրացնում է Е_ծ։ Էլեկտրական ծակումը գազերում ընթանում է էլեկտրական պարպման տեսքով։

Դիէլեկտրիկ նյութեր	ρ, օհմ•սմ	Eամ., վ/սմ
Քվարցային ապակի	1016-1018	2-3•105
Պոլիէթիլեն	1015-1016	4•105
Փայլար	1014-1016	1-2•106
Էլեկտրաճենապակի	1013-1014	3•105
Մարմար	108-109	2-3•105

Կիրառություն

Որպես էլեկտրամեկուսիչ նյութեր օգտագործվում են այն դիէլեկտրիկները, որոնք ունեն մեծ տեսակարար դիմադրություն, մեծ էլեկտրական ամրություն և դիէլեկտրիկական կորուստների փոքր անկյուն։ Մեծ դիէլեկարիկ թափանցելիություն ունեցող դիէլեկտրիկներում օգտագործվում են որպես կոնդենսատորային նյութեր։ Պիեզոէլեկտրիկները լայն կիրառություն ունեն իբրև ձայնային և էլեկտրական տատանումների փոխակերպիչնևր (ուլտրաձայնի ընդունիչ և առաքիչ)։ Պիեզոէլեկտրիկները ծառայում են ինֆրակարմիր ճառագայթների հայտնաբերման և չափման համար։ Սեգնետոէլեկտրիկները կիրառվում են ռադիոտեխնիկական բազմաթիվ սխեմաներում օգտագործվող ոչ գծային տարրերի պատրաստման համար։ Դիէլեկտրիկները մեծ կիրառություն ունեն օպտիկայում։ Մաքուր դիէլեկտրիկ օպտիկական տիրույթում թափանցիկ են, բայց եթե դրանց մեջ փոքր քանակությամբ խառնուրդ մտցվի, դրանք կփոխեն իրենց գույնը և կարող են լուսազտիչներ ծառայել։ Դիէլեկտրիկների բյուրեղները գործածվում են լույսի քվանտային գեներատորներում (լազեր), քվանտային ուժեղացուցիչներում (մազեր), ոչ գծային օպտիկայում։ Աշխատանքներ են տարվում դիէլեկտրիկ հաշվողական տեխնիկայում օգտագործելու համար։

Տես նաև

• Էլեկտրետներ

Արտաքին հղումներ

• Ֆեյնմանի դասախոսությունը դիէլեկտրիկների մասին (անգլերեն)

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 3, էջ 383)։