Πολικά και μη πολικά διηλεκτρικά

Σύμφωνα με τις απόψεις της κλασικής φυσικής, τα διηλεκτρικά διαφέρουν θεμελιωδώς από τους αγωγούς, επειδή υπό κανονικές συνθήκες δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρικά φορτία σε αυτά. Το συνολικό φορτίο των σωματιδίων που σχηματίζουν διηλεκτρικά μόρια είναι μηδέν. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει καθόλου ότι τα μόρια αυτών των ουσιών δεν είναι ικανά να παρουσιάζουν ηλεκτρικές ιδιότητες.

Όλα τα γνωστά γραμμικά διηλεκτρικά μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες: πολικά διηλεκτρικά και μη πολικά διηλεκτρικά. Αυτή η διαίρεση εισάγεται λόγω των διαφορών στους μηχανισμούς πόλωσης των μορίων κάθε τύπου διηλεκτρικού. Στην πραγματικότητα, ο μηχανισμός πόλωσης αποδεικνύεται ότι είναι μια εξαιρετικά σημαντική πτυχή στη μελέτη τόσο των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων των διηλεκτρικών όσο και στη μελέτη των ηλεκτρικών τους ιδιοτήτων.

Μη πολικά διηλεκτρικά

Τα μη πολικά διηλεκτρικά ονομάζονται επίσης ουδέτερα διηλεκτρικά, επειδή τα μόρια από τα οποία αποτελούνται αυτά τα διηλεκτρικά διαφέρουν ως προς τη σύμπτωση των κέντρων βάρους των αρνητικών και θετικών φορτίων στο εσωτερικό τους.Ως αποτέλεσμα, αποδεικνύεται ότι τα μόρια των μη πολικών διηλεκτρικών δεν έχουν τη δική τους ηλεκτρική ροπή, είναι ίση με μηδέν. Και ελλείψει εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, τα θετικά και αρνητικά φορτία των μορίων τέτοιων ουσιών είναι διατεταγμένα συμμετρικά.

Εάν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμοστεί σε ένα μη πολικό διηλεκτρικό, τότε το θετικό και αρνητικό φορτίο στα μόρια θα μετατοπιστούν από την αρχική τους θέση ισορροπίας, τα μόρια θα γίνουν δίπολα των οποίων οι ηλεκτρικές ροπές θα είναι τώρα ανάλογες με την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίο που εφαρμόζεται σε αυτά και θα κατευθύνεται παράλληλα με το πεδίο.

Παραδείγματα μη πολικών διηλεκτρικών που χρησιμοποιούνται με επιτυχία σήμερα ως ηλεκτρικά μονωτικά υλικά είναι τα ακόλουθα: πολυαιθυλένιο, πολυστυρένιο, υδρογονάνθρακες, πετρελαιομονωτικά λάδια κ.λπ. Επίσης, φωτεινοί εκπρόσωποι μη πολικών μορίων είναι, για παράδειγμα, το άζωτο, το διοξείδιο του άνθρακα, το μεθάνιο κ.λπ. Κύριος.

Τα μη πολικά διηλεκτρικά, λόγω των χαμηλών τιμών της εφαπτομένης διηλεκτρικής απώλειας, χρησιμοποιούνται ευρέως ως διηλεκτρικά υψηλής συχνότητας σε πυκνωτές όπως ο K78-2.

Πολικά διηλεκτρικά

Στα πολικά διηλεκτρικά, που ονομάζονται και διπολικά διηλεκτρικά, τα μόρια έχουν τη δική τους ηλεκτρική ροπή, δηλαδή τα μόριά τους είναι πολικά. Ο λόγος είναι ότι τα μόρια των πολικών διηλεκτρικών έχουν ασύμμετρη δομή, επομένως τα κέντρα μάζας αρνητικών και θετικών φορτίων στα μόρια τέτοιων διηλεκτρικών δεν συμπίπτουν.

Εάν σε ένα μη πολικό πολυμερές κάποια από τα άτομα υδρογόνου αντικατασταθούν από άτομα άλλων στοιχείων ή από ρίζες μη υδρογονάνθρακες, τότε θα έχουμε μόνο ένα πολικό (δίπολο) διηλεκτρικό, αφού η συμμετρία θα σπάσει ως αποτέλεσμα ενός τέτοιου αντικατάσταση. Καθορίζοντας την πολικότητα μιας ουσίας από τον χημικό τύπο της, ο ερευνητής πρέπει, φυσικά, να έχει μια ιδέα για τη χωρική δομή των μορίων της.

Όταν δεν υπάρχει εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, οι άξονες των μοριακών διπόλων προσανατολίζονται αυθαίρετα λόγω θερμικής κίνησης, έτσι ώστε στην επιφάνεια του διηλεκτρικού και σε κάθε στοιχείο του όγκου του το ηλεκτρικό φορτίο να είναι κατά μέσο όρο μηδέν. Ωστόσο, όταν ένα διηλεκτρικό εισάγεται σε ένα εξωτερικό πεδίο, εμφανίζεται ένας μερικός προσανατολισμός των μοριακών διπόλων, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται μη αντισταθμισμένα μακροσκοπικά συνδεδεμένα φορτία στην επιφάνεια του διηλεκτρικού, δημιουργώντας ένα πεδίο που κατευθύνεται προς το εξωτερικό πεδίο.

Παραδείγματα πολικών διηλεκτρικών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα: χλωριωμένους υδρογονάνθρακες, ρητίνες εποξειδικής και φαινολοφορμαλδεΰδης, ενώσεις πυριτίου πυριτίου κ.λπ. Τα μόρια του νερού και της αλκοόλης, για παράδειγμα, είναι επίσης αξιοσημείωτα παραδείγματα πολικών μορίων. Τα πολικά διηλεκτρικά χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας, όπως τα πιεζοηλεκτρικά και τα σιδηροηλεκτρικά, τα οπτικά, τα μη γραμμικά οπτικά, τα ηλεκτρονικά, η ακουστική κ.λπ.