A dielektrikumok elektromos vezetőképessége fontos fizikai jellemző. Az ezzel kapcsolatos információk lehetővé teszik az anyagok felhasználási területeinek azonosítását.
Feltételek
Az elektromos áram vezetőképessége szerint az anyagokat csoportokra osztják:
- dielektrikum;
- félvezetők;
- karmesterek.
A fémek kiváló áramvezetők – elektromos vezetőképességük eléri a 106-108 Ohm m értéket.-1.
A dielektromos anyagok pedig nem képesek elektromos áramot vezetni, ezért szigetelőként használják őket. Nincsenek szabad töltéshordozóik, különböznek a molekulák dipólusszerkezetében.
A félvezetők közepes vezetőképességi értékekkel rendelkező szilárd anyagok.
Osztályozás
Minden dielektromos anyag poláris és nem poláris típusra osztható. A poláris szigetelőkben a pozitív és negatív töltések középpontjai a középponton kívül vannak. Az ilyen anyagok molekulái elektromos paramétereikben hasonlóak egy merev dipólushoz, amelynek saját dipólusmomentuma van. A víz poláris dielektrikumként használható.ammónia, hidrogén-klorid.
A nem poláris dielektrikumokat a pozitív és negatív töltések középpontjainak egybeesése különbözteti meg. Elektromos jellemzőikben hasonlóak a rugalmas dipólushoz. Ilyen szigetelők például a hidrogén, oxigén, szén-tetraklorid.
Elektromos vezetőképesség
A dielektrikumok elektromos vezetőképessége azzal magyarázható, hogy molekuláikban kis számú szabad elektron van jelen. Az anyagon belüli töltések bizonyos időn belüli elmozdulásával az egyensúlyi helyzet fokozatos kialakulása figyelhető meg, ami az áram megjelenésének oka. A dielektrikumok elektromos vezetőképessége a feszültség ki- és bekapcsolásának pillanatában létezik. A szigetelők műszaki mintái a maximális számú szabad töltést tartalmazzák, ezért jelentéktelen átmenő áramok jelennek meg bennük.
A dielektrikumok elektromos vezetőképességét állandó feszültségérték esetén az átmenő áramból számítjuk. Ez a folyamat magában foglalja az elektródákon lévő meglévő töltések felszabadítását és semlegesítését. Váltakozó feszültség esetén az aktív vezetőképesség értékét nemcsak az átmenő áram, hanem a polarizációs áramok aktív összetevői is befolyásolják.
A dielektrikumok elektromos tulajdonságai az áramsűrűségtől, az anyag ellenállásától függenek.
Szilárd dielektrikumok
A szilárd dielektrikumok elektromos vezetőképessége térfogatra és felületre oszlik. Ezeknek a paramétereknek a különböző anyagokhoz történő összehasonlításához a térfogat- és felületspecifikus értékeket használják.ellenállás.
A teljes vezetőképesség e két érték összege, értéke a környezet páratartalmától és a környezeti hőmérséklettől függ. Feszültség alatti folyamatos működés esetén a folyékony és szilárd szigetelőkön áthaladó átmenő áram csökken.
És abban az esetben, ha egy bizonyos idő elteltével megnövekszik az áramerősség, arról beszélhetünk, hogy az anyag belsejében visszafordíthatatlan folyamatok mennek végbe, amelyek pusztuláshoz (a dielektrikum lebomlásához) vezetnek.
A gázhalmazállapot jellemzői
A gáznemű dielektrikumok elektromos vezetőképessége elhanyagolható, ha a térerősség minimális értéket vesz fel. A gáznemű anyagokban áram keletkezése csak akkor lehetséges, ha azok szabad elektronokat vagy töltött ionokat tartalmaznak.
A gáznemű dielektrikumok kiváló minőségű szigetelők, ezért a modern elektronikában nagy mennyiségben használják őket. Az ilyen anyagokban az ionizációt külső tényezők okozzák.
A gázionok ütközése miatt, valamint termikus expozíció, ultraibolya vagy röntgensugárzás hatására semleges molekulák képződése (rekombináció) is megfigyelhető. Ennek a folyamatnak köszönhetően a gázban lévő ionok számának növekedése korlátozott, a töltött részecskék bizonyos koncentrációja rövid időn belül kialakul a külső ionizációs forrásnak való kitettség után.
A gázra alkalmazott feszültség növelése során megnő az ionok mozgása az elektródák felé. Ezek nemvan idejük rekombinálni, így az elektródáknál kisülnek. A feszültség későbbi növekedésével az áram nem növekszik, ezt telítési áramnak nevezik.
A nem poláris dielektrikumokat figyelembe véve megjegyezzük, hogy a levegő tökéletes szigetelő.
Folyékony dielektrikum
A folyékony dielektrikumok elektromos vezetőképességét a folyadékmolekulák szerkezetének sajátosságai magyarázzák. A nem poláris oldószerek disszociált szennyeződéseket tartalmaznak, beleértve a nedvességet is. A poláris molekulákban az elektromos áram vezetőképessége magának a folyadéknak az ionokra való szétesésének folyamatával is magyarázható.
Ebben az aggregált állapotban az áramot a kolloid részecskék mozgása is okozza. Mivel egy ilyen dielektrikumból nem lehet teljesen eltávolítani a szennyeződéseket, problémák merülnek fel az alacsony áramvezetőképességű folyadékok előállítása során.
Minden típusú szigetelés magában foglalja a dielektrikumok fajlagos vezetőképességének csökkentésére szolgáló lehetőségek keresését. Például eltávolítják a szennyeződéseket, beállítják a hőmérséklet-jelzőt. A hőmérséklet emelkedése viszkozitás csökkenést, az ionok mobilitásának növekedését és a termikus disszociáció mértékének növekedését okozza. Ezek a tényezők befolyásolják a dielektromos anyagok vezetőképességét.
Szilárd anyagok elektromos vezetőképessége
Ez nem csak magának a szigetelőnek az ionjainak mozgásával magyarázható, hanem a szilárd anyag belsejében lévő szennyeződések töltött részecskéinek mozgásával is. Ahogy áthalad a szilárd szigetelőn, a szennyeződések részleges eltávolítása következik be, ami fokozatosanbefolyásolja a vezetést. Figyelembe véve a kristályrács szerkezeti jellemzőit, a töltött részecskék mozgása a hőmozgás ingadozásának köszönhető.
Alacsony hőmérsékleten a pozitív és negatív szennyező ionok mozognak. Az ilyen típusú izolálás a molekuláris és atomi kristályszerkezetű anyagokra jellemző.
Anizotróp kristályok esetében a fajlagos vezetőképesség értéke a tengelyétől függően változik. Például a kvarcban a főtengellyel párhuzamos irányban 1000-szeresen haladja meg a merőleges helyzetet.
Szilárd porózus dielektrikumokban, ahol gyakorlatilag nincs nedvesség, az elektromos ellenállás enyhe növekedése az elektromos ellenállásuk növekedéséhez vezet. A vízben oldódó szennyeződéseket tartalmazó anyagok térfogati ellenállása jelentős csökkenést mutat a páratartalom változása miatt.
Dielektrikumok polarizációja
Ez a jelenség a szigetelő részecskéinek térbeli helyzetében bekövetkezett változással jár, ami a dielektrikum minden makroszkopikus térfogatában valamilyen elektromos (indukált) nyomaték felvételéhez vezet.
Van egy polarizáció, amely külső mező hatására következik be. Megkülönböztetik a polarizáció spontán változatát is, amely külső mező hiányában is megjelenik.
A relatív permittivitást a következő jellemzi:
- egy kondenzátor kapacitása ezzel a dielektrikummal;
- nagysága vákuumban.
Ezt a folyamatot a megjelenése kíséria kötött töltések dielektrikumának felülete, amelyek csökkentik az anyagon belüli feszültség mértékét.
Külső tér teljes hiánya esetén a dielektromos térfogat különálló eleme nem rendelkezik elektromos nyomatékkal, mivel az összes töltés összege nulla, és a negatív és pozitív töltések egybeesnek. szóköz.
Polarizációs beállítások
Az elektronpolarizáció során eltolódás történik az atom elektronhéjainak külső mezőjének hatására. Az ionos változatban a rácshelyek eltolódása figyelhető meg. A dipólus polarizációt a belső súrlódási és kötési erők leküzdése miatti veszteségek jellemzik. A polarizáció szerkezeti változata a leglassabb folyamatnak tekinthető, ezt az inhomogén makroszkopikus szennyeződések orientációja jellemzi.
Következtetés
Az elektromos szigetelő anyagok olyan anyagok, amelyek lehetővé teszik az elektromos berendezések egyes alkatrészeinek megbízható szigetelését bizonyos elektromos potenciálok mellett. Az áramvezetőkhöz képest számos szigetelő lényegesen nagyobb elektromos ellenállással rendelkezik. Képesek erős elektromos mezőket létrehozni és további energiát felhalmozni. A szigetelőknek ezt a tulajdonságát használják a modern kondenzátorokban.
Kémiai összetételüktől függően természetes és szintetikus anyagokra oszthatók. A második csoport a legtöbb, ezért ezeket a szigetelőket használják különféle elektromos készülékekben.
A technológiai jellemzőktől függően a szerkezet, az összetétel, a fólia, a kerámia, a viasz, az ásványi szigetelők izolálva vannak.
A leállási feszültség elérésekor törés figyelhető meg, ami az elektromos áram erősségének meredek növekedéséhez vezet. Az ilyen jelenség jellemzői közül kiemelhető a szilárdság enyhe függése a feszültségtől és hőmérséklettől, vastagságtól.
