Dielektrika

Fyzika normálních dielektrik

Vyhodnocení otázky 1 až 5 dotazníkového šetření

Následující text obsahuje vyhodnocení první až páté otázky dotazníkového šetření.

Otázka 1
Znění:   Mezi dielektrické materiály patří
a)    zlato                                                            b)    sklo
c)    měď                                                             d)    hliník
Tato otázka sleduje znalost vlastností dielektrického materiálu. Dielektrikem je pouze sklo, zatímco ostatní materiály jsou výbornými vodiči elektrického proudu.
 polozka 1
Obr. 4 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 1
Přestože byli respondenti upozorněni na nutnost zodpovězení všech otázek, objevovaly se dotazníky bez označené odpovědi. Protože se jednalo o velmi malý počet takových dotazníků, nebyly vyřazeny z vyhodnocení. Z grafu je zřejmé, že většina studentů je schopna určit, zda daný materiál je dielektrikem či nikoliv.

Otázka 2
Znění:    Vyberte nesprávné tvrzení:
a)    Permanentně polarizovaná dielektrika označujeme jako elektrety.
b)    Relativní permitivita epsilon r (dielektrická konstanta) vakua je rovna eps r rovno nula.
c)    Polarizací dielektrika vzniká na jeho povrchu vázaný náboj.
d)    Veličina charakterizující nesymetrické rozložení náboje v molekule se nazývá elektrický dipólový moment.
Druhá otázka je zaměřena na základní vlastnosti dielektrik. První tvrzení popisuje zvláštní skupinu dielektrik schopných si uchovat polarizaci po delší dobu. Existence těchto materiálů byla experimentálně potvrzena ve 20. letech minulého století (Eguchi). Druhé tvrzení je nesprávné, protože z teorie dielektrik je zřejmé, že relativní permitivita vakua je rovna .Třetí tvrzení poukazuje na skutečnost, že při polarizaci dielektrika můžeme pozorovat vznik povrchového náboje, který není možné z materiálu odvést. Poslední tvrzení je stručnou definicí molekulového dipólového momentu, který hraje důležitou roli při vyšetřování orientační polarizace a dalších procesů.
polozka 2
Obr. 5 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 2
Vyhodnocení této položky již není tak jednoznačné jako v případě otázky 1. Jednotlivé odpovědi dosahují obdobného skóre, a tak můžeme považovat tuto položku jako obtížnou, přestože sleduje znalost fundamentálních vlastností dielektrik.

Otázka 3
Znění:    Mezi významná dielektrika patří voda. Odhadněte statickou relativní permitivitu vody za normálních podmínek
a)                                                       b)   
c)                                                         c)   
Jak bylo naznačeno u předchozí položky, odpovědi a) a b) jsou nesmyslné. Relativní permitivita jakéhokoliv materiálu nemůže být . Normální dielektrika nedosahují hodnot relativní permitivity vyšší než přibližně , vyšší hodnoty můžeme pozorovat u feroelektrik. Správně je tedy hodnota [6].
polozka 3
Obr. 6 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 3
Rozložení odpovědí ukazuje (Obr. 6), že studenti mají velké problémy s odhadem relativní permitivity tak běžného dielektrika, jako je voda. Předpoklad vysokého podílu odpovědí c) a d) se nepotvrdil, studenti častěji označovali odpovědi a) a b), přestože jejich nesprávnost je zcela zřejmá.

Otázka 4
Znění:   Zajímavým obecně nastávajícím jevem je termodielektrický jev, který můžeme popsat jako
a)    polarizace dielektrika nehomogenní deformací
b)    polarizace dielektrika průchodem fázového rozhraní
c)    polarizace dielektrika infračerveným zářením
d)    polarizace dielektrika ionizujícím zářením
Termodielektrický jev souvisí s průchodem fázového rozhraní materiálem. Tento jev není často zmiňován i v uznávaných publikacích [7].
polozka 4
Obr. 7 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 4
Výsledky dotazníkového šetření ukazují (Obr. 7)m že název "termodielektrický jev" si respondenti spojují s působením infračerveného záření. Tato záměna pravděpodobně spočívá v nesprávném pochopení předpony "termo".

Otázka 5
Znění:   Uspořádaný pohyb částic s elektrickým nábojem označujeme jako
a)    elektrické napětí                                           b)    elektrický proud
c)    Hallův jev                                                     d)    elektrický odpor
Tato položka je již zaměřena na znalost základních pojmů nauky o elektřině a magnetismu. Uvedené tvrzení je zcela zřejmě definicí elektrického proudu. Elektrické napětí můžeme spíše ztotožnit s rozdílem elektrických potenciálů mezi dvěma body v prostoru. Hallův jev je typickým jevem, který probíhá v polovodičích při působení vnějšího elektrického a magnetického pole. Důsledkem tohoto působení je zvýšení koncentrace elektronů či děr v určitých oblastech materiálu. Elektrický odpor je pak veličina charakterizující schopnost vodiče vést elektrický proud.
polozka 5
Obr. 8 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 5
U této položky je zřejmé, že většina respondentů dokáže spojit definici s konkrétní elektrickou veličinou. Vysoký podíl Hallova jevu pravděpodobně souvisí s neznalostí tohoto jevu.

[6] Landolt-Bornstein: Physikalisch - chemische Tabellen. 2. dodatkový svazek, 2. část, 5. vydání, Berlín: nakladatelství Julius Springer, 1931
[7] Kittel, Ch.: Úvod do fyziky pevných látek. Praha: Academia, 1985.


Creative Commons License
Webová prezentace tématu o dielektrikách, jejímž autorem je PhDr. Martin Tomáš, podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 Česká republika.