Vapaat ja sidotut sähkövaraukset, johtumis- ja siirtymävirrat

Hiukkasilla, jotka muodostavat minkä tahansa aineen, on sähkömaksut… Elektronilla on negatiivinen varaus e = 0,16 * 10-18 k, ja protonilla on sama positiivinen varaus. Monista molekyyleistä koostuvan atomin, molekyylin tai kappaleen kokonaisvaraus voi olla positiivinen, negatiivinen tai yhtä suuri kuin nolla riippuen niiden alkuainehiukkasten positiivisen ja negatiivisen kokonaisvarauksen välisestä suhteesta.

Varaukset voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään riippuen kyvystä liikkua sähkökentässä. Ensimmäisen ryhmän varauksille on ominaista mahdollisuus liikkua rajattomasti sähkökentässä, ja siksi niitä kutsutaan ns. ilmaiset maksut… Toisella varausryhmällä tätä mahdollisuutta ei ole, niiden liikettä rajoittaa atomin, molekyylin, kiteen rakenne tai aineen rakenteen heterogeenisyys. Näitä maksuja kutsutaan sidottu.

Vapaiden ja sidottujen varausten erottelu ei aina riipu vain tarkasteltavien hiukkasten fysikaalisesta luonteesta.Homogeenisessa väliaineessa vapaita varauksia voidaan yhdistää muodostamalla eri materiaaleista koostuvia koostumuksia.

Aineen vapaat elektronit ja ionit siirtyvät sähkökentän vaikutuksesta elektrodista toiseen muodostaen johtavuusvirta.

Sähkökentän vaikutuksesta yhdistetyillä sähkövarauksilla on kyky sekoittua vain tietyissä, usein hyvin rajoitetuissa rajoissa. Tämä liikeprosessi, ns polarisaatio, on ominaista polarisaatiovektorilla ja riippuu olennaisesti varausten välisistä fyysisistä yhteyksistä. Polarisaatiossa varaukset siirtyvät sähkökentän vaikutuksesta ja ilmaantuvat poikkeutusvirta.

Dielektri sisältää saman määrän positiivisia ja negatiivisia toisiinsa kytkettyjä varauksia, ja ulkoisen sähkökentän vaikutus vaikuttaa positiivisten ja negatiivisten varausten keskusten keskinäiseen siirtymiseen, ja vastakkaisten varausten parien sähkömomenttien ilmaantuessa - dipolimomentit. Tasaisessa kentässä polarisaatiovektori on kokonaisdipolimomentin keskiarvo tilavuusyksikköä kohti. Eristeen polarisaatio riippuu sähkökentän voimakkuudesta.

Materiaalit, joissa vain johtavuusvirrat ovat tärkeitä ja siirtymävirrat voidaan jättää huomiotta, kutsutaan Kuljettajat… Kutsutaan materiaaleja, joissa johtavuusvirrat ovat merkityksettömiä ja ne voidaan jättää huomiotta eristimet…Materiaaleja, joissa polarisaatiolla on suuri merkitys, kutsutaan dielektrisiksi (ks. Metallit ja eristeet - mitä eroa on?). Ne materiaalit, joissa on tarpeen ottaa huomioon sekä johtavuusvirrat että siirtymävirrat, luokitellaan puolijohteet.

Eristeiden polarisaatioilmiötä ja bias-virran ilmaantumista teollisuudessa käytetään eristeiden (esim. puun, pahvin kuivaamiseen, elintarviketeollisuuden lämmitykseen) ja puolijohteiden suurtaajuiseen lämmitykseen.

Lämmitettävä materiaali sijoitetaan kondensaattorin levyjen väliin, joihin syötetään suurtaajuusjännite. Korkeataajuiseen sähkökenttään asetetussa materiaalissa esiintyvät johtamis- ja syrjäytysvirrat aiheuttavat lämmön muodostumista materiaalissa ja sen kuumenemisessa. Tämän tyyppistä lämmitystä kutsutaan dielektrinen lämmitys.

Kosteiden materiaalien kuivausprosessi, ts. kosteuden poisto niistä voi johtua kahdesta ilmiöstä: kosteuden suora haihtuminen materiaalin sisällä ja sen vapautuminen höyryn muodossa sekä kosteuden liikkuminen nestefaasissa sisäalueilta pintaan. Sähkökentän läsnäolo materiaalissa vaikuttaa merkittävästi kosteuden haihtumiseen ja liikkumiseen, mikä mahdollistaa merkittävästi kuivausprosessin tehostamisen.