Ток смещения в диэлектрике

Мы рассмотрели поведение проводников первого (металлов) и второго рода (электролитов) в электрическом поле. В проводниках первого рода под действием сил электрического поля наблюдался ток проводимости— движение свободных электронов, в проводниках второго рода — ионный ток.

А что будет происходить в диэлектрике, если его поместить в электрическое поле? Ведь у диэлектрика нет ни свободных электронов, ни ионов.

Оказывается, что в диэлектрике под влиянием электрического поля происходит лишь незначительное смещение электронов в атомах. Электроны не покидают атома. Они продолжают вращаться по своим орбитам, которые несколько вытягиваются. За счет этого электрическое равновесие в атоме нарушается и он перестает быть электрически нейтральным, или, как говорят, поляризуется. В электрическом отношении свойства атома диэлектрика, находящегося в электрическом поле, подобны свойствам электрического диполя.

Определение: Электрический диполь — это совокупность двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов, расположенных на очень малом расстоянии один от другого по сравнению с расстоянием до точки поля, в которой исследуется действие этого диполя.

Электрическое поле диполя подобно полю двух разноименных зарядов (рис. 1).

Рисунок 1. Электрическое поле диполя.

Под действием внешнего электрического поля электроны всех атомов в диэлектрике смещаются одновременно в одну сторону. Создается своеобразное движение электронов, т. е. электрический ток. Этот ток в отличие от тока проводимости и ионного тока получил название электрического тока смещения. Ток смещения длится очень малый промежуток времени и характеризуется тем, что электроны не выходят за пределы атома.

После прекращения действия внешнего электрического поля атомы диэлектрика приходят в первоначальное состояние.

Если напряженность электрического поля, в которое помещен диэлектрик, превысит некоторое критическое значение, то произойдет пробой диэлектрика. При пробое диэлектрик теряет свои изолирующие свойства.

Определение: Напряженность поля, при которой пробивается диэлектрик, называется пробивной (или электрической прочностью диэлектрика) и измеряется в киловольтах на сантиметр (кВ\см).

Так, например, пробивная напряженность воздуха при нормальных условиях (давление 760 мм рт. ст. и температура 20° С) приблизительно равна 32 кВ/см.