Ledere og dielektrika er fysiske stoffer som har ulik grad av elektrisk ledningsevne og reagerer ulikt på virkningen av et elektrisk felt. De motsatte egenskapene til materialer er mye brukt i alle områder av elektroteknikk.
Innhold
Hva er ledere og dielektriske stoffer
konduktører - stoffer med frie elektriske ladninger som er i stand til å bevege seg retningsbestemt under påvirkning av et eksternt elektrisk felt. Disse funksjonene er:
- metaller og deres smelter;
- naturlig karbon (kull, grafitt);
- elektrolytter - løsninger av salter, syrer og alkalier;
- ionisert gass (plasma).
Hovedegenskapen til materialer: frie ladninger - elektroner i faste ledere og ioner i løsninger og smelter, beveger seg gjennom hele volumet av lederen, leder elektrisk strøm.Under påvirkning av en elektrisk spenning påført lederen, dannes en ledningsstrøm. Resistivitet og elektrisk ledningsevne er hovedindikatorene for materialet.
Egenskapene til dielektriske materialer er motsatte til ledere elektrisitet. Dielektrikk (isolatorer) - består av nøytrale atomer og molekyler. De har ikke evnen til å flytte ladede partikler under påvirkning av et elektrisk felt. Dielektriske stoffer i et elektrisk felt akkumulerer ukompenserte ladninger på overflaten. De danner et elektrisk felt rettet inne i isolatoren, dielektrikumet er polarisert.
Som et resultat av polarisering har ladningene på overflaten av dielektrikumet en tendens til å redusere det elektriske feltet. Denne egenskapen til elektriske isolasjonsmaterialer kalles dielektrikumets dielektriske konstant.
Egenskaper og fysiske egenskaper til materialer
Parametrene til lederne bestemmer omfanget av deres anvendelse. De viktigste fysiske egenskapene:
- elektrisk resistivitet - karakteriserer et stoffs evne til å forhindre passasje av elektrisk strøm;
- temperaturkoeffisient for motstand - en verdi som karakteriserer endringen i indikatoren avhengig av temperatur;
- termisk ledningsevne - mengden varme som passerer per tidsenhet gjennom et lag av materiale;
- kontaktpotensialforskjell - oppstår når to forskjellige metaller kommer i kontakt, brukes i termoelementer for temperaturmåling;
- strekkfasthet og strekkforlengelse - avhenger av typen metall.
Når den avkjøles til kritiske temperaturer, har lederens resistivitet en tendens til null. Dette fenomenet kalles superledning.
Egenskaper som karakteriserer lederen:
- elektrisk - motstand og elektrisk ledningsevne;
- kjemisk - interaksjon med miljøet, anti-korrosjon, evnen til å koble til ved sveising eller lodding;
- fysisk - tetthet, smeltepunkt.
En funksjon ved dielektrikum er å motstå effekten av elektrisk strøm. Fysiske egenskaper til elektriske isolasjonsmaterialer:
- dielektrisk konstant - evnen til isolatorer til å polarisere i et elektrisk felt;
- spesifikk volummotstand;
- elektrisk styrke;
- dielektrisk tap-tangens.
Isolasjonsmaterialer er preget av følgende parametere:
- elektrisk - størrelsen på sammenbruddsspenningen, elektrisk styrke;
- fysisk - varmemotstand;
- kjemisk - løselighet i aggressive midler, fuktighetsbestandighet.
Typer og klassifisering av dielektriske materialer
Isolatorer er delt inn i grupper etter flere kriterier.
Klassifisering i henhold til aggregeringstilstanden til et stoff:
- solid - glass, keramikk, asbest;
- flytende - vegetabilske og syntetiske oljer, parafin, flytende gass, syntetisk dielektrikum (silisium og organofluorforbindelser freon, freon);
- gass - luft, nitrogen, hydrogen.
Dielektriske stoffer kan være av naturlig eller kunstig opprinnelse, av organisk eller syntetisk natur.
Organiske naturlige isolasjonsmaterialer inkluderer vegetabilske oljer, cellulose og gummi. De er preget av lav termisk og fuktighetsbestandighet, rask aldring. Syntetiske organiske materialer er ulike typer plast.
Uorganiske dielektriske stoffer av naturlig opprinnelse inkluderer: glimmer, asbest, muskovitt, flogopitt. Stoffer er motstandsdyktige mot kjemisk angrep, tåler høye temperaturer.Kunstige uorganiske dielektriske materialer - glass, porselen, keramikk.
Hvorfor leder ikke dielektrikum elektrisitet?
Lav ledningsevne skyldes strukturen til dielektriske molekyler. Materiepartikler er nært beslektet med hverandre, de kan ikke forlate atomet og bevege seg gjennom hele volumet av materialet. Under påvirkning av et elektrisk felt er partiklene til et atom i stand til å løsne litt - for å polarisere.
Avhengig av polarisasjonsmekanismen er dielektriske materialer delt inn i:
- ikke-polare - stoffer i forskjellige aggregeringstilstander med elektronisk polarisering (inerte gasser, hydrogen, polystyren, benzen);
- polar - har dipolavslapning og elektronisk polarisering (ulike harpikser, cellulose, vann);
- ionisk - fast dielektrikum av uorganisk opprinnelse (glass, keramikk).
De dielektriske egenskapene til et stoff er ikke konstante. Under påvirkning av høy temperatur eller høy luftfuktighet bryter elektroner seg bort fra kjernen og får egenskapene til frie elektriske ladninger. De isolerende egenskapene til dielektrikumet er i dette tilfellet redusert.
Et pålitelig dielektrikum er et materiale med lav lekkasjestrøm som ikke overstiger en kritisk verdi og ikke forstyrrer driften av systemet.
Hvor brukes dielektrikum og ledere?
Materialene brukes i alle områder av menneskelig aktivitet der elektrisk strøm brukes: i industri, landbruk, instrumentproduksjon, elektriske nettverk og elektriske husholdningsapparater.
Valget av leder bestemmes av dens tekniske egenskaper. Produkter laget av sølv, gull, platina har den laveste resistiviteten.Bruken av dem er begrenset til plass og militære formål på grunn av de høye kostnadene. Kobber og aluminium leder strømmen noe dårligere, men deres komparative billighet har ført til utbredt bruk som ledninger og kabelprodukter.
Rene metaller uten urenheter leder strøm bedre, men i noen tilfeller er det nødvendig å bruke ledere med høy resistivitet - for produksjon av reostater, elektriske ovner og elektriske varmeovner. For disse formålene brukes legeringer av nikkel, kobber, mangan (manganin, konstantan). Den elektriske ledningsevnen til wolfram og molybden er 3 ganger lavere enn for kobber, men egenskapene deres er mye brukt i produksjon av elektriske lamper og radioenheter.
Solid dielektrikum er materialer som sikrer sikkerhet og uavbrutt drift av ledende elementer. De brukes som et elektrisk isolasjonsmateriale, forhindrer strømlekkasje, isolerer lederne fra hverandre, fra enhetshuset, fra bakken. Et eksempel på et slikt produkt er dielektriske hansker, som er beskrevet i vår artikkel.
Flytende dielektriske stoffer brukes i kondensatorer, strømkabler, sirkulerende kjølesystemer av turbogeneratorer og høyspente oljebrytere. Materialer brukes som fylling og impregnering.
Gassformige isolasjonsmaterialer. Luft er en naturlig isolator som også gir varmeavledning. Nitrogen brukes på steder der oksidative prosesser er uakseptable. Hydrogen brukes i kraftige generatorer med høy varmekapasitet.
Det koordinerte arbeidet med ledere og dielektrikum sikrer sikker og stabil drift av utstyr og strømforsyningsnettverk. Valget av et spesifikt element for oppgaven avhenger av stoffets fysiske egenskaper og tekniske parametere.
Lignende artikler:
