A dielektrikumok elektromos vezetőképessége fontos fizikai tulajdonság. A róla szóló információk lehetővé teszik az anyagok felhasználási területeinek azonosítását.
feltételek
Az elektromos áram vezetőképessége szerint az anyagokat csoportokra osztják:
- dielektrikum;
- félvezetők;
- vezetők.
A fémek jól vezetik az áramot - fajlagos elektromos vezetőképességük értéke eléri a 106-108 (Ohm m) értéket-1.
A dielektromos anyagok pedig nem képesek elektromos áram vezetésére, ezért szigetelőként használják őket. Nincsenek szabad töltéshordozók, különböznek a molekulák dipólstruktúrájában.
A félvezetők szilárd anyagok, köztes vezetőképességi értékekkel.
besorolás
Minden dielektromos anyag a következő kategóriákba tartozik:sarki és nem sarki fajok. A sarki szigetelőknél a pozitív és negatív töltések középpontjai a középponttól eltolódnak. Az ilyen anyagok molekulái elektromos paramétereikben hasonlóak egy merev dipólushoz, amelynek saját dipólus-nyomatéka van. Poláris dielektrikumként vizet, ammóniát, hidrogén-kloridot hozhat.
A nem poláris dielektrikák azonosakpozitív és negatív töltések központjai. Elektromos jellemzőikben hasonlóak a rugalmas dipólhoz. Ilyen szigetelők például a hidrogén, oxigén, szén-tetraklorid.
Elektromos vezetőképesség
A dielektrikum elektromos vezetőképességét elmagyarázzákkis számú szabad elektron jelenléte a molekuláikban. Az anyag belsejében egy bizonyos ideig tartó töltések elmozdulásakor megfigyelhető az egyensúlyi helyzet fokozatos kialakulása, ami az áram megjelenésének oka. A dielektrikum elektromos vezetőképessége abban a pillanatban létezik, amikor a feszültséget ki- és bekapcsolják. A szigetelők műszaki mintáin a maximális mennyiségű szabad töltés található, ezért az áramok révén jelentéktelenek jelennek meg.
A dielektrikum elektromos vezetőképessége az esetbenaz állandó feszültség értékét az átfolyó áramból számítják ki. Ez a folyamat magában foglalja az elektródákon meglévő töltések felszabadítását és semlegesítését. Váltakozó feszültség esetén az aktív vezetőképességet nemcsak az átfolyó áram, hanem a polarizációs áramok aktív komponensei is befolyásolják.
A dielektrikum elektromos tulajdonságai az áram sűrűségétől, az anyag ellenállásától függenek.
Szilárd dielektromos elemek
Szilárd dielektrikumok elektromos vezetőképességetérfogatra és felületre osztva. Ezeknek a paramétereknek a különböző anyagokkal való összehasonlításához a térfogatellenállás és a felületi ellenállás értékeit használjuk.
A belépés ennek a kettőnek az összegeértékek, értéke a környezet páratartalmától és a környezeti levegő hőmérsékletétől függ. Folyamatos feszültség alatti működés esetén csökken a folyékony és szilárd szigetelőkön áthaladó átfolyó áram.
Bizonyos idő elteltével az áram növekedése esetén pedig arról beszélhetünk, hogy az anyag belsejében visszafordíthatatlan folyamatok mennek végbe, amelyek pusztuláshoz vezetnek (dielektromos lebontás).
A gáz halmazállapot jellemzői
A gáznemű dielektrikumokban kevéselektromos vezetőképesség abban az esetben, ha a térerősség minimális értéket vesz fel. Az áram előfordulása gáznemű anyagokban csak azokban az esetekben lehetséges, amikor szabad elektronok vagy töltött ionok vannak bennük.
A gáznemű dielektrikumok kiváló minőségű szigetelők, ezért a modern elektronikában nagy mennyiségben használják őket. Az ilyen anyagok ionizációját külső tényezők okozzák.
A gázionok ütközése miatt, valamint mikorhőhatás, ultraibolya vagy röntgensugárzás, a semleges molekulák kialakulásának folyamata (rekombináció) is megfigyelhető. Ennek a folyamatnak köszönhetően korlátozott az ionok számának növekedése a gázban, a külső ionizációs forrás működése után rövid időintervallumban bizonyos töltésű részecskék koncentrációja jön létre.
A növekvő feszültség alatta gázra alkalmazva az ionok mozgása az elektródákhoz növekszik. Nincs idejük újrakombinálni, ezért az elektródáknál ürülnek. A feszültség későbbi növekedésével az áram nem növekszik, telítési áramnak nevezzük.
Figyelembe véve a nem poláris dielektrikumokat, megjegyezzük, hogy a levegő tökéletes szigetelő.
Folyékony dielektrikumok
Folyékony dielektrikum elektromos vezetőképességea folyékony molekulák szerkezetének sajátosságai miatt. A nem poláros oldószerekben disszociálódott szennyeződések, beleértve a nedvességet is. A poláris molekulákban az elektromos áram vezetőképességét a folyadék ionokká bomlásának folyamata is magyarázza.
Ebben az aggregációs állapotban az áramot is nevezzükkolloid részecskék mozgása. Az ilyen dielektromos szennyeződések teljes eltávolításának valószerűtlensége miatt problémák merülnek fel jelentéktelen áramvezető képességű folyadékok előállításában.
Minden típusú szigetelés magában foglalja a lehetőségek kereséséta dielektrikumok vezetőképességének csökkentése. Például eltávolítják a szennyeződéseket, beállítják a hőmérsékleti indexet. A hőmérséklet növekedése a viszkozitás csökkenését, az ionok mobilitásának növekedését és a termikus disszociáció fokának növekedését okozza. Ezek a tényezők befolyásolják a dielektromos anyagok vezetőképességének értékét.
Szilárd anyagok elektromos vezetőképessége
Nemcsak az ionok mozgásával magyarázhatómaga a szigetelő, hanem a szilárd anyagban lévő szennyeződés részecskék is. A szilárd szigetelőn való áthaladáskor a szennyeződések részleges eltávolítása következik be, ami fokozatosan befolyásolja az áram vezetőképességét. Figyelembe véve a kristályrács szerkezeti jellemzőit, a töltött részecskék mozgása a hőmozgás ingadozásainak köszönhető.
Alacsony hőmérsékleten pozitív és negatív szennyező ionok mozognak. Az ilyen típusú szigetelés a molekuláris és atomi kristályszerkezetű anyagokra jellemző.
Az anizotrop kristályok esetében a specifikusa vezetőképesség tengelyétől függően változik. Például a kvarcban a fő tengellyel párhuzamos irányban meghaladja a merőleges helyzet 1000-szeresét.
Szilárd porózus dielektrikumokban, ahol gyakorlatilagnincs nedvesség, az elektromos ellenállás enyhe növekedése elektromos ellenállásuk növekedéséhez vezet. A vízben oldódó szennyeződéseket tartalmazó anyagok esetében a nedvesség változásai miatt jelentősen csökken a térfogat-ellenállás.
Dielektromos polarizáció
Ez a jelenség a helyzet változásával járszigetelő részecskék az űrben, ami egy bizonyos elektromos (indukált) momentum megszerzéséhez vezet a dielektrikum minden makroszkopikus térfogata által.
Van egy polarizáció, amely külső mező hatására következik be. Ezenkívül megkülönböztetjük a polarizáció spontán változatát, amely külső mező hiányában is megjelenik.
A relatív permittivitást a következők jellemzik:
- a kondenzátor kapacitása ezzel a dielektrikummal;
- nagysága vákuumban.
Ezt a folyamatot kíséri a megkötött töltések dielektromos felületének megjelenése, amelyek csökkentik az anyag belsejében a feszültség nagyságát.
A külső mező teljes hiánya eseténa dielektrikum térfogatának egy külön elemének nincs elektromos nyomatéka, mivel az összes töltés összege nulla, és negatív és pozitív töltések egybeesnek az űrben.
Polarizációs lehetőségek
Elektronikus polarizációval elmozdulás következik beaz atom elektronhéjának külső mezőjének hatása alatt. Az ionos változatban a rácshelyek eltolódása figyelhető meg. A dipólusos polarizációt veszteségek jellemzik a belső súrlódás és a kötési erők leküzdésére. A polarizáció szerkezeti változatát tekintik a leglassabb folyamatnak, az inhomogén makroszkopikus szennyeződések orientációja jellemzi.
következtetés
Elektromos szigetelő anyagokanyagok, amelyek lehetővé teszik az elektromos berendezések bizonyos alkatrészeinek megbízható szigetelését, amelyek bizonyos elektromos potenciálban vannak. Az áramvezetőkhöz képest számos szigetelőnek jelentősen nagyobb az elektromos ellenállása. Erős elektromos mezőket képesek létrehozni és további energiát tárolni. A modern kondenzátorokban ezt a szigetelők tulajdonságát használják.
A kémiai összetételtől függően azoktermészetes és szintetikus anyagokra osztva. A második csoport a legtöbb, ezért ezeket a szigetelőket használják különféle elektromos készülékekben.
A technológiai jellemzőktől függően megkülönböztethető a szerkezet, az összetétel, a film, a kerámia, a viasz és az ásványi szigetelők.
Amikor a meghibásodási feszültség eléri,meghibásodás figyelhető meg, ami az elektromos áram nagyságának hirtelen növekedéséhez vezet. Egy ilyen jelenség jellegzetes jellemzői közül ki lehet emelni az erő enyhe függését a stressztől és a hőmérséklettől, a vastagságtól.
