Působení elektrického pole na vodič a dielektrikum

Nejdříve si musíme definovat elektrický potenciál ϕ.

Z fyziky víme, že na přenesení jakéhokoliv břemene musíme vykonat určitou práci W. Stejně tak ji musíme použít i k přenesení elektrického náboje. Potenciál ϕ je tedy daný poměrem této práce W a velikosti náboje Q.

Obr. 1: Znázornění elektrického potenciálu

Jak vidíte, jednotkou elektrického potenciálu je Volt, stejně jako je jednotkou elektrického napětí. Vysvětlení je jednoduché. Napětí se totiž definuje jako rozdíl potenciálů.

U = ϕ1 – ϕ2

Tedy správně napětí je rozdíl elektrických potenciálů mezi konci vodiče nebo mezi svorkami elektrického zdroje.

Vodič v elektrickém poli

Vložíme-li vodič do elektrického pole, toto stane se, že jeho síly začnou působit na volné elektrony ve vodiči. Vznikne tím usměrněný tok těchto elektronů vodičem. Ve vodiči vznikne elektrické pole proto, že mezi konci vodiče je napětí (uzavřený elektrický obvod).

Pokud je vodič v uzavřeném obvodu a zajistíme-li na jedné straně dodávku elektronů a na druhé straně jejich únik, dojde k trvalému proudu.

Pokud v elektrickém poli není spojen vodič se zdrojem, vznikne ve vodiči jev, kterému se říká – elektrická indukce.

Obr. 2: Elektrická indukce

Je to pomocná veličina, která charakterizuje indukční účinky elektrického pole.

Dojde-li však ke zvýšení intenzity elektrického pole nad určitou mez, dojde k vytržení elektronů z obalů a jejich průchodů dielektrikem. Tento nebezpečný jev se nazývá průraz dielektrika.

Dielektrikum v elektrickém poli

Nejdříve si musíme uvědomit, že v atomu elektrony obíhají kolem jádra v kruhových drahách. Počet elektronů v obalu je stejný jako počet protonů j jádru. Tedy látka se vždy jeví navenek jako elektricky neutrální.

Vložíme-li tedy dielektrikum (izolant) do elektrického pole, to svými silami způsobí přesun částic v atomu na různé póly. Tím dojde k jevu, který se nazývá polarizace atomu. Tím současně dojde k tomu, že dielektrikum se jeví jako elektricky nabité těleso, protože jedna strana tělesa má kladný náboj a druhá záporný. Vznikne tzv. dipól neboli dvojpól.

Pozn. Polarizaci můžeme způsobit nejen elektrickým polem, ale i tlakem. Toho se využívá u tzv. piezoelektrického krystalu, kdy tlakem vznikne na povrchu napětí a získáme tím jiskrový výboj např. v piezoelektrických zapalovačích nebo přenášíme elektrický signál v gramofonech.

Obr. 3: Polarizace dielektrika

Kondenzátor

Je to vlastně akumulátor elektrické energie. Je tvořen dvěma vodivými deskami, mezi kterými je určitý druh dielektrika. Na vodivé desky se vejde určité množství elektrického náboje. Toto množství je dáno plošným obsahem desek. Hlavním parametrem kondenzátoru je kapacita.

Značky kondenzátoru

Obr. 4: Princip kondenzátoru

Ta je dána jednak plošným obsahem desek a také druhem dielektrika mezi deskami protože polarizace dielektrika zmenšuje elektrické pole.

Kapacita je dána vztahem:

Kde ε – je vliv dielektrika

S – je plošný obsah desek d – je vzdálenost mezi deskami

Jednotkou kapacity je Farad. Je to poměr velikosti nahromaděného náboje a napětí. F = C/V.

Kondenzátory se rozdělují podle druhu použitého dielektrika. Tedy například: papírový, slídový, keramický, tantalový atd. Zvláštní kondenzátory jsou s kondenzátory s proměnnou kapacitou, u kterých se mění činná plocha desek.

Obr. 5: Různé druhy kondenzátorů, otočný kondenzátor

Zdroje

• VOŽENÍLEK, Ladislav , ŘEŠÁTKO, Miloš , Základy elektrotechniky - SNTL Praha 1986, Druhé, nezměněné vydání

Obrázky:

• Obr. 1: Autor neznámý. Znázornění elektrického potenciálu. [online]. [cit. 2014-11-17]. Dostupné z: http://kvinta-html.wz.cz/fyzika/elektrina_a_magnetismus/elektricky_naboj_a_elektricke_pole/potencialni_energie_v_elektrickem_poli_elektricky_potencial.htm
• Obr. 2: Autor neznámý. Elektrická indukce. [online]. [cit. 2014-11-17]. Dostupné z: http://elektross.gjn.cz/el_pole/elstat.html
• Obr. 3: Autor neznámý. Polarizace dielektrika.  [online]. [cit. 2014-11-17]. Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Dielektrikum_polarni.svg/220px-Dielektrikum_polarni.svg.png
• Obr. 4: Autor neznámý. Princip kondenzátoru.  [online]. [cit. 2014-11-17].  Dostupné z: https://filip2ms.wordpress.com/elektrotechnika/kondenzatory/
• Obr. 5: Autor neznámý. Různé druhy kondenzátorů. [online]. [cit. 2014-11-17].  Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a2/Kondensatory-rozne.jpg/220px-Kondensatory-rozne.jpg
• Obr. 6: Autor neznámý. Otočný vzduchový kondenzátor. [online]. [cit. 2014-11-17].  Dostupné z: http://eluc.railsformers.com/uploads/block_images/4709/thumb_Oto_n__vzduchov__kondenz_tor.jpg
• Obr. 7: Autor neznámý. Velký olejový kondenzátor. [online]. [cit. 2014-11-17].  Dostupné z: http://eluc.railsformers.com/uploads/block_images/4711/thumb_220px-Kondenz_tor-CERN.jpg