Freie und gebundene elektrische Ladungen, Leitungs- und Verschiebungsströme

Die Partikel, aus denen jede Substanz besteht, haben elektrische Ladungen… Das Elektron hat eine negative Ladung e = 0,16 * 10-18 k und das Proton hat die gleiche positive Ladung. Die Gesamtladung eines Atoms, Moleküls oder Körpers, der aus vielen Molekülen besteht, kann positiv, negativ oder gleich Null sein, abhängig vom Verhältnis zwischen der gesamten positiven und negativen Ladung der Elementarteilchen, aus denen sie bestehen.

Abhängig von der Fähigkeit, sich in einem elektrischen Feld zu bewegen, können Ladungen in zwei große Gruppen eingeteilt werden. Die Ladungen der ersten Gruppe zeichnen sich durch die Möglichkeit der unbegrenzten Bewegung in einem elektrischen Feld aus und werden daher genannt kostenlose Gebühren… Die zweite Gruppe von Ladungen hat diese Möglichkeit nicht, ihre Bewegung wird durch die Struktur eines Atoms, Moleküls, Kristalls oder durch die Heterogenität der Struktur der Materie begrenzt. Diese Gebühren werden aufgerufen gebunden.

Die Trennung freier und gebundener Ladungen hängt nicht immer nur von der physikalischen Natur der betrachteten Teilchen ab.Ladungen, die in einem homogenen Medium frei sind, können bei der Bildung von Zusammensetzungen aus unterschiedlichen Materialien verbunden werden.

Freie Elektronen und Ionen der Substanz bewegen sich unter Einwirkung eines elektrischen Feldes von einer Elektrode zur anderen und bilden sich Leitungsstrom.

Verbundene elektrische Ladungen können sich unter Einwirkung eines elektrischen Feldes nur innerhalb bestimmter, oft sehr begrenzter Grenzen vermischen. Dieser Bewegungsvorgang, der sogenannte Polarisation, wird durch einen Polarisationsvektor charakterisiert und hängt im Wesentlichen von den physikalischen Verbindungen zwischen den Ladungen ab. Bei der Polarisation werden Ladungen unter Einwirkung eines elektrischen Feldes verschoben und erscheinen Ablenkstrom.

Das Dielektrikum enthält eine gleiche Anzahl positiver und negativer miteinander verbundener Ladungen, und die Wirkung eines externen elektrischen Feldes beeinflusst die gegenseitige Verschiebung der Zentren positiver und negativer Ladungen und das Auftreten elektrischer Momente von Paaren entgegengesetzter Ladungen – Dipolmomente. In einem gleichförmigen Feld ist der Polarisationsvektor der Durchschnittswert des gesamten Dipolmoments pro Volumeneinheit. Die Polarisation des Dielektrikums hängt von der Stärke des elektrischen Feldes ab.

Es werden Materialien genannt, bei denen nur Leitungsströme eine Rolle spielen und Verschiebungsströme vernachlässigt werden können Fahrer… Materialien, in denen Leitungsströme vernachlässigbar sind und vernachlässigt werden können, werden genannt Isolatoren… Materialien, bei denen die Polarisation von großer Bedeutung ist, werden Dielektrika genannt (siehe – Metalle und Dielektrika – Was ist der Unterschied?). Die Materialien, bei denen sowohl Leitungsströme als auch Verschiebungsströme berücksichtigt werden müssen, werden als klassifiziert Halbleiter.

Das Phänomen der Polarisation von Dielektrika und das Auftreten eines Vorspannungsstroms wird in der Industrie zur Hochfrequenzerwärmung von Dielektrika (z. B. Trocknen von Holz, Pappe, Erhitzen in der Lebensmittelindustrie) und Halbleitern genutzt.

Das zu erhitzende Material wird zwischen die Platten des Kondensators gelegt, an die eine Hochfrequenzspannung angelegt wird. Leitungs- und Verschiebungsströme, die in einem Material auftreten, das sich in einem hochfrequenten elektrischen Feld befindet, bewirken, dass im Material Wärme erzeugt und erhitzt wird. Diese Art der Heizung nennt man dielektrische Heizung.

Der Prozess des Trocknens nasser Materialien, d.h. Die Entfernung von Feuchtigkeit aus ihnen kann durch zwei Phänomene erfolgen: direkte Verdunstung von Feuchtigkeit im Inneren des Materials und deren Freisetzung in Form von Dampf sowie die Bewegung von Feuchtigkeit in flüssiger Phase aus den Innenbereichen an die Oberfläche. Das Vorhandensein eines elektrischen Feldes im Material beeinflusst die Verdunstung und Bewegung von Feuchtigkeit erheblich, wodurch der Trocknungsprozess deutlich beschleunigt werden kann.