Pourquoi les diélectriques ne conduisent pas le courant

Pour répondre à la question "pourquoi un diélectrique ne conduit-il pas l'électricité ?" sur l'apparition et l'existence du courant électrique… Et comparons ensuite le comportement des conducteurs et des diélectriques pour trouver une réponse à cette question.

Actuel

Le courant électrique est appelé ordonné, c'est-à-dire dirigé, mouvement de particules chargées champ électrique… Ainsi, premièrement, l'existence d'un courant électrique nécessite la présence de particules chargées libres capables de se déplacer de manière dirigée. Deuxièmement, un champ électrique est nécessaire pour entraîner ces charges. Et, bien sûr, il doit y avoir un certain espace dans lequel ce mouvement de particules chargées, appelé courant électrique, a lieu.

Les particules chargées libres sont abondantes dans les conducteurs : dans les métaux, dans les électrolytes, dans le plasma. Dans un conducteur en cuivre, par exemple, ce sont des électrons libres, dans un électrolyte - des ions, par exemple, des ions d'acide sulfurique (hydrogène et oxyde de soufre) dans une batterie au plomb, dans un plasma - des ions et des électrons, ce sont eux qui se déplacer lors d'une décharge électrique dans un gaz ionisé.

Métal

Par exemple, prenons deux morceaux de fil de cuivre et utilisons-les pour connecter une petite ampoule à une batterie. Que va-t-il se passer ? La lumière commencera à briller, ce qui signifie qu'un courant électrique continu… Entre les extrémités des fils, il y a maintenant une différence de potentiel créée par la batterie, ce qui signifie qu'un champ électrique a commencé à agir à l'intérieur du fil.

Le champ électrique force les électrons des enveloppes externes des atomes de cuivre à se déplacer dans la direction du champ - d'atome en atome, d'atome à atome suivant, et ainsi de suite le long de la chaîne, car les électrons des enveloppes externes de métal les atomes sont beaucoup moins fortement liés aux noyaux que les électrons plus proches des noyaux des orbites électroniques. D'où l'électron a été laissé, un autre électron provient de la borne négative de la batterie, c'est-à-dire que les électrons se déplacent librement le long de la chaîne métallique, changeant facilement leur appartenance aux atomes.

Ils semblent se former le long du réseau cristallin du métal dans la direction où ils sont poussés, essayant d'accélérer, le champ électrique (du moins au plus de la source EMF constante), tandis que les électrons s'accrochent aux atomes du réseau cristallin tout au long de leur parcours.

Certains électrons au cours de leur mouvement se brisent en atomes (en raison du fait que le mouvement thermique fait vibrer toute la structure des atomes avec les électrons), à la suite de quoi le conducteur se réchauffe - c'est ainsi qu'il se manifeste résistance électrique des fils.

Électrons libres dans un métal

L'étude des métaux à l'aide de rayons X, ainsi que d'autres méthodes, a montré que les métaux ont une structure cristalline.Cela signifie qu'ils sont constitués d'atomes ou de molécules disposés d'une certaine manière dans l'espace (dans l'ordre, les ions) qui créent l'alternance correcte dans les trois dimensions.

Dans ces conditions, les atomes des éléments sont situés si près les uns des autres que leurs électrons externes appartiennent à cet atome au même degré qu'aux voisins, de sorte que le degré de liaison de l'électron à chaque atome individuel est pratiquement absent.

Selon le type de métal, au moins un des électrons de chaque atome, parfois deux électrons, et dans certains cas même trois électrons sont libres de leurs mouvements dans le métal, sous l'influence de forces imposées de l'extérieur.

Diélectrique

Qu'y a-t-il dans un diélectrique ? Si au lieu de fils de cuivre vous prenez du plastique, du papier ou quelque chose de similaire ? Il n'y aura pas d'électricité, aucune lumière ne s'allumera. Pourquoi? La structure du diélectrique est telle qu'il est constitué de molécules neutres qui, même sous l'action d'un champ électrique, ne libèrent pas leurs électrons dans un mouvement ordonné — elles ne le peuvent tout simplement pas. Il n'y a pas d'électrons de conduction libre dans un diélectrique, comme dans un métal.

Les électrons externes de l'atome de toute molécule diélectrique sont étroitement emballés. De plus, ils participent aux liaisons internes de la molécule, tandis que les molécules d'une telle substance sont généralement électriquement neutres. Tout ce que les molécules diélectriques peuvent faire, c'est se polariser.

Sous l'action d'un champ électrique qui leur est appliqué, les charges électriques associées de chaque molécule se déplaceront simplement légèrement de la position d'équilibre, tandis que chaque particule chargée restera dans son propre atome. Ce phénomène est appelé déplacement de charge polarisation diélectrique.

Du fait de la polarisation, des charges apparaissent à la surface d'un diélectrique ainsi polarisé par un champ électrique qui lui est appliqué, qui tendent à réduire le champ électrique externe qui a provoqué la polarisation avec leur champ électrique. La capacité d'un diélectrique à affaiblir un champ électrique externe de cette manière est appelée constante diélectrique.