Conductivitatea electrică a dielectricilor este o caracteristică fizică importantă. Informațiile despre acesta vă permit să identificați domeniile de aplicare a materialelor.
Termeni
În funcție de conductivitatea curentului electric, substanțele sunt împărțite în grupuri:
- dielectrice;
- semiconductori;
- conductoare.
Metalele conduc foarte bine curentul - valoarea conductibilității lor electrice ajunge la 106-108 (Ohm m)-1.
Și materialele dielectrice nu sunt capabile să conducă curentul electric, așa că sunt folosite ca izolatori. Nu au purtători de încărcare liberi, diferă în structura dipolului moleculelor.
Semiconductorii sunt materiale solide cu valori intermediare de conductivitate.
clasificare
Toate materialele dielectrice sunt împărțite înspecii polare și nepolare. În izolatoarele polare, centrele sarcinilor pozitive și negative sunt decentrate. Moleculele unor astfel de substanțe sunt similare în parametrii lor electrici cu un dipol rigid, care are propriul său moment de dipol. Apa, amoniacul, clorura de hidrogen pot fi folosite ca dielectrici polari.
Dielectricii nepolari se disting prin coincidențăcentre de sarcini pozitive și negative. Ele sunt similare ca caracteristici electrice cu un dipol elastic. Exemple de astfel de izolatori sunt hidrogenul, oxigenul, tetraclorura de carbon.
Conductivitate electrică
Este explicată conductivitatea electrică a dielectricilorprezența unui număr mic de electroni liberi în moleculele lor. Odată cu deplasarea sarcinilor în interiorul substanței pe o anumită perioadă de timp, se observă o stabilire treptată a unei poziții de echilibru, care este motivul apariției unui curent. Conductivitatea electrică a dielectricilor există în momentul opririi și pornirii tensiunii. Probele tehnice de izolatoare au numărul maxim de încărcări gratuite, prin urmare, în ele apar curenți nesemnificativi.
Conductivitatea electrică a dielectricilor în cazvaloarea tensiunii constante se calculează din curentul de trecere. Acest proces presupune eliberarea și neutralizarea sarcinilor existente pe electrozi. În cazul tensiunii alternative, valoarea conductivității active este afectată nu numai de curentul de trecere, ci și de componentele active ale curenților de polarizare.
Proprietățile electrice ale dielectricilor depind de densitatea curentului, rezistența materialului.
Dielectrice solide
Conductibilitatea electrică a dielectricilor soliziîmpărțite în volumetrice și superficiale. Pentru a compara acești parametri pentru diferite materiale, se folosesc valorile rezistivității de volum și ale rezistivității suprafeței.
Conductivitatea totală se însumează din acestea douăvalori, valoarea acestuia depinde de umiditatea mediului ambiant si de temperatura ambianta. În cazul funcționării continue sub tensiune, există o scădere a curentului de trecere prin izolatoarele lichide și solide.
Și în cazul creșterii curentului după o anumită perioadă de timp, putem vorbi despre faptul că în interiorul substanței vor avea loc procese ireversibile, ducând la distrugerea (defalcarea dielectricului).
Caracteristicile stării gazoase
Dielectricii gazoși au puținconductivitate electrică în cazul în care intensitatea câmpului capătă valori minime. Apariția unui curent în substanțele gazoase este posibilă numai în acele cazuri când acestea conțin electroni liberi sau ioni încărcați.
Dielectricii gazoși sunt izolatori de înaltă calitate, prin urmare sunt utilizați în electronica modernă în volume mari. Ionizarea în astfel de substanțe este cauzată de factori externi.
Din cauza ciocnirilor ionilor de gaz, precum și în timpulacțiune termică, acțiune ultravioletă sau cu raze X, se observă și procesul de formare a moleculelor neutre (recombinare). Datorită acestui proces, creșterea numărului de ioni din gaz este limitată, iar o anumită concentrație de particule încărcate se stabilește după un interval scurt de timp după expunerea la o sursă externă de ionizare.
Pe măsură ce tensiunea crește,aplicat gazului, mișcarea ionilor către electrozi crește. Nu au timp să se recombine, așa că sunt descărcate la electrozi. Odată cu o creștere ulterioară a tensiunii, curentul nu crește, se numește curent de saturație.
Având în vedere dielectricii nepolari, observăm că aerul este un izolator perfect.
Dielectrice lichide
Conductibilitatea electrică a dielectricilor lichididatorită caracteristicilor structurale ale moleculelor lichide. Solvenții nepolari conțin impurități disociate, inclusiv umiditate. În moleculele polare, conductivitatea curentului electric se explică și prin procesul de descompunere în ioni ai lichidului însuși.
În această stare de agregare se mai numește și curentulmișcarea particulelor coloidale. Din cauza imposibilității de a elimina complet impuritățile dintr-un astfel de dielectric, apar probleme în obținerea de lichide cu conductivitate de curent scăzută.
Toate tipurile de izolație implică căutarea de opțiuniscăderea conductivității specifice a dielectricilor. De exemplu, impuritățile sunt îndepărtate, indicatorul de temperatură este reglat. O creștere a temperaturii determină o scădere a vâscozității, o creștere a mobilității ionilor și o creștere a gradului de disociere termică. Acești factori afectează valoarea conductivității specifice a materialelor dielectrice.
Conductibilitatea electrică a solidelor
Se explică prin mișcarea nu numai a ionilorizolatorul în sine, dar și particulele încărcate de impurități conținute în interiorul materialului solid. Pe măsură ce trece printr-un izolator solid, impuritățile sunt parțial îndepărtate, ceea ce afectează treptat conductivitatea curentului. Luând în considerare caracteristicile structurale ale rețelei cristaline, mișcarea particulelor încărcate se datorează fluctuațiilor mișcării termice.
La temperaturi scăzute, ionii de impurități pozitivi și negativi se mișcă. Astfel de tipuri de izolare sunt tipice pentru substanțele cu o structură cristalină moleculară și atomică.
Pentru cristalele anizotrope, specificulconductivitatea variază în funcție de axele sale. De exemplu, în cuarț în direcția paralelă cu axa principală, depășește poziția perpendiculară de 1000 de ori.
În dielectrice poroase solide, unde practicnu există umiditate, o ușoară creștere a rezistenței electrice duce la o creștere a rezistenței lor electrice. Pentru substanțele care conțin impurități solubile în apă, există o scădere semnificativă a rezistenței de volum din cauza modificărilor de umiditate.
Polarizarea dielectricelor
Acest fenomen este asociat cu o schimbare a pozițieiparticule izolatoare în spațiu, ceea ce duce la achiziționarea de către fiecare volum macroscopic a dielectricului unui moment electric (indus).
Există o polarizare care are loc sub influența unui câmp extern. De asemenea, se distinge o versiune spontană a polarizării, care apare chiar și în absența unui câmp extern.
Permitivitatea relativă se caracterizează prin:
- capacitatea unui condensator cu acest dielectric;
- valoarea sa în vid.
Acest proces este însoțit de apariția unor sarcini legate pe suprafața dielectricului, care reduc mărimea tensiunii din interiorul substanței.
În cazul absenţei complete a unui câmp externun element separat al volumului dielectric nu are un moment electric, deoarece suma tuturor sarcinilor este zero și există o coincidență a sarcinilor negative și pozitive în spațiu.
Opțiuni de polarizare
Odată cu polarizarea electronilor, are loc o schimbaresub influența câmpului extern al învelișurilor de electroni ale atomului. În varianta ionică se observă o deplasare a situsurilor retice. Polarizarea dipolului este caracterizată prin pierderi pentru a depăși frecarea internă și forțele de legătură. Varianta structurală de polarizare este considerată cel mai lent proces; se caracterizează prin orientarea impurităților macroscopice neomogene.
concluzie
Materialele electroizolante suntsubstanțe care fac posibilă obținerea unei izolații fiabile a anumitor componente ale echipamentelor electrice sub anumite potențiale electrice. În comparație cu conductoarele de curent, numeroase izolatoare au o rezistență electrică semnificativ mai mare. Sunt capabili să creeze câmpuri electrice puternice și să acumuleze energie suplimentară. Această proprietate a izolatorilor este utilizată în condensatoarele moderne.
În funcție de compoziția chimică, acesteaîmpărțit în materiale naturale și sintetice. Al doilea grup este cel mai numeros, prin urmare acești izolatori sunt utilizați într-o varietate de aparate electrice.
In functie de caracteristicile tehnologice se disting structura, compozitie, film, ceramica, ceara, izolatori minerali.
Când se atinge tensiunea de avarie,se observă defalcare, ducând la o creștere bruscă a amplitudinii curentului electric. Printre trăsăturile caracteristice ale unui astfel de fenomen, se poate evidenția o dependență nesemnificativă a rezistenței de stres și temperatură, grosime.
