Diellektrikums elektriske ledningsevne er en vigtig fysisk egenskab. Oplysninger om det giver dig mulighed for at identificere materialers anvendelsesområder.
Vilkår
I henhold til elektrisk strøms ledningsevne opdeles stoffer i grupper:
- dielektrik;
- halvledere;
- conductors.
Metaler er fremragende strømledere - deres elektriske ledningsevne når 106-108 (Ohm m)-1.
Og dielektriske materialer er ikke i stand til at lede elektricitet, så de bruges som isolatorer. De har ikke frie ladningsbærere, adskiller sig i molekylernes dipolstruktur.
Halvledere er faste materialer med mellemliggende ledningsevneværdier.
Klassificering
Alle dielektriske materialer er opdelt i polære og ikke-polære typer. I polære isolatorer er centrene for positive og negative ladninger off-center. Sådanne stoffers molekyler ligner i deres elektriske parametre en stiv dipol, som har sit eget dipolmoment. Vand kan bruges som polære dielektriske stoffer.ammoniak, hydrogenchlorid.
Ikke-polære dielektriske stoffer er kendetegnet ved sammenfaldet af centrene for positive og negative ladninger. De ligner i elektriske egenskaber en elastisk dipol. Eksempler på sådanne isolatorer er brint, oxygen, carbontetrachlorid.
Elektrisk ledningsevne
Diellektrikas elektriske ledningsevne forklares ved tilstedeværelsen af et lille antal frie elektroner i deres molekyler. Med forskydningen af ladninger inde i stoffet over en vis periode observeres en gradvis etablering af en ligevægtsposition, hvilket er årsagen til fremkomsten af en strøm. Dielektrikkernes elektriske ledningsevne eksisterer i det øjeblik, hvor spændingen slukkes og tændes. Tekniske prøver af isolatorer har det maksimale antal gratis ladninger, derfor forekommer der ubetydelige gennemstrømme i dem.
Diellektrikums elektriske ledningsevne i tilfælde af en konstant spændingsværdi beregnes ud fra gennemstrømmen. Denne proces involverer frigivelse og neutralisering af de eksisterende ladninger på elektroderne. I tilfælde af vekselspænding påvirkes værdien af aktiv ledningsevne ikke kun af gennemstrømmen, men også af de aktive komponenter i polarisationsstrømmene.
Dielektrikas elektriske egenskaber afhænger af strømtætheden, materialets modstand.
Solid Dielectrics
Den elektriske ledningsevne af faste dielektriske stoffer er opdelt i bulk og overflade. For at sammenligne disse parametre for forskellige materialer bruges værdierne for volumenspecifik og overfladespecifik.modstand.
Fuld ledningsevne er summen af disse to værdier, dens værdi afhænger af fugtigheden i omgivelserne og den omgivende temperatur. I tilfælde af kontinuerlig drift under spænding er der et fald i den gennemgående strøm, der passerer gennem flydende og faste isolatorer.
Og i tilfælde af en stigning i strømmen efter et vist tidsrum, kan vi tale om, at der vil forekomme irreversible processer inde i stoffet, hvilket fører til ødelæggelse (nedbrydning af dielektrikumet).
Funktioner i den gasformige tilstand
Gasformige dielektrika har ubetydelig elektrisk ledningsevne, hvis feltstyrken antager minimumsværdier. Forekomsten af en strøm i gasformige stoffer er kun mulig i de tilfælde, hvor de indeholder frie elektroner eller ladede ioner.
Gasformige dielektrika er isolatorer af høj kvalitet, derfor bruges de i moderne elektronik i store mængder. Ionisering i sådanne stoffer er forårsaget af eksterne faktorer.
På grund af kollisioner af gasioner, såvel som under termisk eksponering, ultraviolet eller røntgenstråling, observeres processen med dannelse af neutrale molekyler (rekombination). Takket være denne proces er stigningen i antallet af ioner i gassen begrænset, en vis koncentration af ladede partikler etableres i løbet af kort tid efter eksponering for en ekstern ioniseringskilde.
I processen med at øge den spænding, der påføres gassen, øges bevægelsen af ioner til elektroderne. De er ikkehar tid til at rekombinere, så de aflades ved elektroderne. Med en efterfølgende stigning i spændingen stiger strømmen ikke, det kaldes mætningsstrøm.
I betragtning af ikke-polære dielektriske stoffer bemærker vi, at luft er en perfekt isolator.
Flydende dielektrik
Den elektriske ledningsevne af flydende dielektrikum forklares af de særlige kendetegn ved strukturen af flydende molekyler. Ikke-polære opløsningsmidler indeholder dissocierede urenheder, herunder fugt. I polære molekyler forklares ledningsevnen af den elektriske strøm også af processen med opløsning til ioner af selve væsken.
I denne aggregeringstilstand er strømmen også forårsaget af kolloide partiklers bevægelse. På grund af umuligheden af fuldstændigt at fjerne urenheder fra et sådant dielektrikum, opstår der problemer med at opnå væsker med lav strømledningsevne.
Alle typer isolering involverer søgningen efter muligheder for at reducere dielektriskes specifikke ledningsevne. For eksempel fjernes urenheder, temperaturindikatoren justeres. En stigning i temperaturen forårsager et fald i viskositeten, en stigning i mobiliteten af ioner og en stigning i graden af termisk dissociation. Disse faktorer påvirker ledningsevnen af dielektriske materialer.
Elektrisk ledningsevne for faste stoffer
Det forklares med bevægelsen af ikke kun ionerne i selve isolatoren, men også ladede partikler af urenheder indeholdt i det faste materiale. Når den passerer gennem den faste isolator, sker der en delvis fjernelse af urenheder, som gradvistpåvirker ledningen. Under hensyntagen til de strukturelle træk ved krystalgitteret skyldes bevægelsen af ladede partikler udsving i termisk bevægelse.
Ved lave temperaturer bevæger positive og negative urenheder sig. Sådanne typer af isolation er typiske for stoffer med en molekylær og atomær krystalstruktur.
For anisotrope krystaller varierer værdien af specifik ledningsevne afhængigt af dens akser. For eksempel, i kvarts i retningen parallel med hovedaksen, overskrider den den vinkelrette position med 1000 gange.
I faste porøse dielektrika, hvor der praktisk t alt ikke er nogen fugt, fører en lille stigning i elektrisk modstand til en stigning i deres elektriske modstand. Stoffer, der indeholder vandopløselige urenheder, viser et betydeligt fald i volumenmodstand på grund af ændringer i fugtighed.
Polarisering af dielektrikum
Dette fænomen er forbundet med en ændring i positionen af isolatorens partikler i rummet, hvilket fører til erhvervelse af et eller andet elektrisk (induceret) moment af hvert makroskopisk volumen af dielektrikumet.
Der er en polarisering, der opstår under påvirkning af et eksternt felt. De skelner også mellem en spontan version af polarisering, der optræder selv i fravær af et eksternt felt.
Den relative permittivitet er karakteriseret ved:
- kapacitans af en kondensator med denne dielektrikum;
- dens størrelse i et vakuum.
Denne proces er ledsaget af udseendet afoverfladen af dielektrikum af bundne ladninger, som reducerer mængden af spænding inde i stoffet.
I tilfælde af fuldstændig fravær af et eksternt felt, har et separat element i det dielektriske volumen ikke et elektrisk moment, da summen af alle ladninger er nul, og der er et sammenfald af negative og positive ladninger i mellemrum.
Polarisationsmuligheder
Under elektronpolarisering sker der et skift under påvirkning af et eksternt felt af atomets elektronskaller. I den ioniske variant observeres et skift af gitterstederne. Dipolpolarisering er karakteriseret ved tab for at overvinde intern friktion og bindingskræfter. Den strukturelle version af polarisering betragtes som den langsomste proces, den er karakteriseret ved orienteringen af inhomogene makroskopiske urenheder.
Konklusion
Elektriske isoleringsmaterialer er stoffer, der giver dig mulighed for at opnå pålidelig isolering af nogle komponenter i elektrisk udstyr under visse elektriske potentialer. Sammenlignet med strømledere har adskillige isolatorer en væsentlig højere elektrisk modstand. De er i stand til at skabe stærke elektriske felter og akkumulere yderligere energi. Det er denne egenskab ved isolatorer, der bruges i moderne kondensatorer.
Afhængigt af den kemiske sammensætning er de opdelt i naturlige og syntetiske materialer. Den anden gruppe er den mest talrige, derfor er det disse isolatorer, der bruges i en række forskellige elektriske apparater.
Afhængigt af de teknologiske egenskaber isoleres struktur, sammensætning, film, keramik, voks, mineralske isolatorer.
Når gennembrudsspændingen er nået, observeres et sammenbrud, hvilket fører til en kraftig stigning i størrelsen af den elektriske strøm. Blandt de karakteristiske træk ved et sådant fænomen kan man fremhæve en lille styrkeafhængighed af stress og temperatur, tykkelse.
