金屬和電介質——有什麼區別？

金屬

金屬的價電子與其原子弱結合。當金屬原子從金屬蒸氣中凝結形成液態或固態金屬時，外層電子不再與單個原子束縛，可以在體內自由移動。

這些電子負責金屬眾所周知的顯著導電性，它們被稱為傳導電子。

剝奪了價電子的金屬原子，即正離子，構成了晶格。

在晶格中，離子圍繞它們的平衡疊加進行混沌振盪，稱為晶格位點。這些振動代表晶格的熱運動，並隨著溫度的升高而增加。

在金屬中沒有電場的情況下，傳導電子以每秒數千公里的速度隨機移動。

當對金屬線施加電壓時，傳導電子在不削弱其混沌運動的情況下，被電場沿線相對緩慢地帶走。

有了這種偏差，除了混亂的速度之外，所有電子都獲得了小的有序運動速度（例如，毫米每秒的數量級）。 k 的這種弱有序運動導致 電線中的電流.

電介質

情況與其他同名物質完全不同 絕緣體 （用物理學的語言——電介質）。在電介質中，原子以與金屬相同的方式圍繞平衡振動，但它們具有完整的電子補充。

電介質原子的外層電子與其原子緊密結合，分離它們並不容易。為此，您需要顯著提高電介質的溫度或使其受到某種可以從原子中剝離電子的強烈輻射。在普通狀態下，電介質中沒有傳導電子，電介質不承載電流。

大多數電介質不是原子的，而是分子晶體或液體。這意味著晶格位置不是原子，而是分子。

許多分子由兩組原子或僅兩個原子組成，其中一個是正電的，另一個是負電的（這些稱為極性分子）。例如，在一個水分子中，兩個氫原子都是正電部分，而氫原子的電子大部分時間圍繞其旋轉的氧原子是負電的。

兩個大小相等但符號相反的電荷彼此相距很小的距離稱為偶極子。極性分子是偶極子的例子。

如果分子不是由帶相反電荷的離子（帶電原子）組成，即它們不是極性的，不代表偶極子，那麼它們在電場的作用下就變成了偶極子。

電場將分子（例如原子核）組成中包含的正電荷拉向一個方向，將負電荷拉向另一個方向，並將它們推開，形成偶極子。

這樣的偶極子被稱為彈性——場像彈簧一樣拉伸它們。具有非極性分子的電介質的行為與具有極性分子的電介質的行為幾乎沒有區別，我們假設電介質分子是偶極子。

如果將一塊電介質置於電場中，也就是說，將帶電物體帶到電介質上，例如帶有正齒輪的電介質，偶極子分子的負離子將被吸引到該電荷上，並且正離子會被排斥。因此，偶極子分子會旋轉。這種旋轉稱為定向。

方向並不代表所有介電分子的完整旋轉。在給定時間隨機選取的分子最終可能會面向場，並且只有平均數量的分子對場具有弱方向（即，面向場的分子多於相反方向的分子）。

取向受到熱運動的阻礙——分子在其平衡位置周圍的混沌振動。溫度越低，由給定場引起的分子取向越強。另一方面，在給定溫度下，方向自然是場強。

介電極化

由於介電分子在面向正電荷的表面上的取向，偶極子分子的負端出現，而正極分子出現在相反的表面上。

在電介質表面， 電荷……這些電荷稱為極化電荷，它們的出現稱為介電極化過程。

綜上所述，根據電介質的類型，極化可以是定向的（現成的偶極子分子是定向的）和變形或電子位移極化（電場中的分子發生變形，成為偶極子）。

可能會出現一個問題，為什麼極化電荷只形成在電介質表面而不是內部？這是因為在電介質內部，偶極子分子的正端和負端簡單地抵消了。只有在電介質的表面或兩個電介質之間的界面以及不均勻的電介質中才會沒有補償。

如果電介質被極化，並不意味著它帶電，即它具有總電荷。對於極化，電介質的總電荷不會改變。但是，可以通過從外部將一定數量的電子轉移到電介質或獲取一定數量的自身電子來將電荷賦予電介質。在第一種情況下，電介質將帶負電，而在第二種情況下，電介質將帶正電。

例如，可以通過以下方式產生這種電氣化 通過摩擦……如果你用一根玻璃棒在絲綢上摩擦，那麼玻璃棒和絲綢就會帶上相反的電荷（玻璃 - 正，絲綢 - 負）。在這種情況下，將從玻璃棒中選擇一定數量的電子（屬於玻璃棒所有原子的電子總數的很小一部分）。

所以， 在金屬和其他導體中 （例如電解質）電荷可以在體內自由移動。另一方面，電介質不導電，並且其中的電荷不能移動宏觀（即，與原子和分子的尺寸相比大）距離。在電場中，電介質僅被極化。

介電極化 在不超過給定材料的特定值的場強下，場強與場強成正比。

然而，隨著電壓的增加，結合分子中不同符號的基本粒子的內力變得不足以將這些粒子保持在分子中。然後電子從分子中射出，分子被電離，電介質失去絕緣性能—— 發生介質擊穿。

電介質擊穿開始時的電場強度值稱為擊穿梯度，或 介電強度。