Dielektrien sähkönjohtavuus on tärkeä fysikaalinen ominaisuus. Sitä koskevien tietojen avulla voit tunnistaa materiaalien käyttöalueet.
Ehdot
Sähkövirran johtavuuden mukaan aineet jaetaan ryhmiin:
- dielektriikka;
- puolijohteet;
- johtimet.
Metallit ovat erinomaisia virranjohtimia - niiden sähkönjohtavuus on 106-108 (Ohm m)-1.
Ja dielektriset materiaalit eivät pysty johtamaan sähköä, joten niitä käytetään eristeinä. Niissä ei ole vapaita varauksenkuljettajia, ne eroavat molekyylien dipolirakenteesta.
Puolijohteet ovat kiinteitä materiaaleja, joilla on keskitason johtavuusarvot.
Luokittelu
Kaikki dielektriset materiaalit jaetaan polaarisiin ja ei-polaarisiin tyyppeihin. Polaarisissa eristimissä positiivisten ja negatiivisten varausten keskukset ovat keskustan ulkopuolella. Tällaisten aineiden molekyylit ovat sähköisiltä parametreiltaan samanlaisia kuin jäykkä dipoli, jolla on oma dipolimomenttinsa. Vettä voidaan käyttää polaarisena dielektrisenä aineena.ammoniakki, kloorivety.
Ei-polaarisille eristeille on ominaista positiivisten ja negatiivisten varausten keskipisteiden yhteensopivuus. Ne ovat sähköisiltä ominaisuuksiltaan samanlaisia kuin elastinen dipoli. Esimerkkejä tällaisista eristeistä ovat vety, happi, hiilitetrakloridi.
Sähkönjohtavuus
Dielektrien sähkönjohtavuus selittyy sillä, että niiden molekyyleissä on pieni määrä vapaita elektroneja. Varausten siirtyessä aineen sisällä tietyn ajan kuluessa havaitaan tasapainoasennon asteittainen muodostuminen, mikä on syy virran esiintymiseen. Eristeiden sähkönjohtavuus on olemassa jännitteen poiskytkennän ja päällekytkennän hetkellä. Eristeiden teknisissä näytteissä on maksimimäärä vapaita varauksia, joten niissä näkyy merkityksettömiä läpivirtauksia.
Eristeiden sähkönjohtavuus vakiojännitearvon tapauksessa lasketaan läpivirtauksesta. Tämä prosessi sisältää elektrodien olemassa olevien varausten vapauttamisen ja neutraloinnin. Vaihtojännitteen tapauksessa aktiivisen johtavuuden arvoon ei vaikuta pelkästään läpimenovirta vaan myös polarisaatiovirtojen aktiiviset komponentit.
Eriste sähköiset ominaisuudet riippuvat virrantiheydestä, materiaalin resistanssista.
Kiinteät eristeet
Kiinteiden eristeiden sähkönjohtavuus on jaettu bulkki- ja pintamateriaaliin. Näiden parametrien vertaamiseksi eri materiaaleille käytetään tilavuus- ja pintakohtaisia arvoja.vastus.
Täysi johtavuus on näiden kahden arvon summa, sen arvo riippuu ympäristön kosteudesta ja ympäristön lämpötilasta. Jatkuvan jännitteen alaisen käytön tapauksessa nestemäisten ja kiinteiden eristeiden läpi kulkeva läpivirtaus pienenee.
Ja jos virta kasvaa tietyn ajan kuluttua, voimme puhua siitä, että aineen sisällä tapahtuu peruuttamattomia prosesseja, jotka johtavat tuhoutumiseen (eristeen hajoamiseen).
Kaasumaisen tilan ominaisuudet
Kaasumaisten eristeiden sähkönjohtavuus on mitätön, jos kentänvoimakkuus saa minimiarvot. Virran esiintyminen kaasumaisissa aineissa on mahdollista vain niissä tapauksissa, joissa ne sisältävät vapaita elektroneja tai varautuneita ioneja.
Kaasumaiset eristeet ovat korkealaatuisia eristeitä, joten niitä käytetään nykyaikaisessa elektroniikassa suuria määriä. Tällaisten aineiden ionisaatio johtuu ulkoisista tekijöistä.
Kaasu-ionien törmäysten sekä lämpö altistuksen, ultravioletti- tai röntgensäteilyn vaikutuksesta havaitaan myös neutraalien molekyylien muodostumisprosessi (rekombinaatio). Tämän prosessin ansiosta ionien määrän kasvu kaasussa on rajoitettua, tietty varautuneiden hiukkasten pitoisuus muodostuu lyhyessä ajassa ulkoiselle ionisaatiolähteelle altistumisen jälkeen.
Kaasun jännitteen noustessa ionien liike elektrodeihin lisääntyy. Ne eivät oleheillä on aikaa yhdistyä uudelleen, joten ne purkautuvat elektrodeista. Myöhemmin jännitteen noustessa virta ei kasva, sitä kutsutaan kyllästysvirraksi.
Kun otetaan huomioon ei-polaariset eristeet, huomaamme, että ilma on täydellinen eriste.
Nestemäiset dielektrikot
Nestemäisten eristeiden sähkönjohtavuus selittyy nestemolekyylien rakenteen erityispiirteillä. Polaarittomat liuottimet sisältävät dissosioituneita epäpuhtauksia, mukaan lukien kosteus. Polaarisissa molekyyleissä sähkövirran johtavuus selittyy myös itse nesteen hajoamisprosessilla ioneiksi.
Tässä aggregaatiotilassa virran aiheuttaa myös kolloidisten hiukkasten liike. Koska tällaisesta dielektristä ei voida poistaa epäpuhtauksia kokonaan, syntyy ongelmia saataessa nesteitä, joilla on alhainen virranjohtavuus.
Kaikki eristystyypit sisältävät vaihtoehtojen etsimisen eristeiden ominaisjohtavuuden vähentämiseksi. Esimerkiksi epäpuhtaudet poistetaan, lämpötilan ilmaisin säädetään. Lämpötilan nousu aiheuttaa viskositeetin laskun, ionien liikkuvuuden lisääntymisen ja lämpödissosiaatioasteen lisääntymisen. Nämä tekijät vaikuttavat dielektristen materiaalien johtavuuteen.
Kiinteiden aineiden sähkönjohtavuus
Se selittyy paitsi itse eristimen ionien, myös kiinteän materiaalin sisällä olevien epäpuhtauksien varautuneiden hiukkasten liikkeellä. Kun se kulkee kiinteän eristeen läpi, epäpuhtaudet poistetaan osittain, mikä tapahtuu vähitellenvaikuttaa johtamiseen. Kun otetaan huomioon kidehilan rakenteelliset ominaisuudet, varautuneiden hiukkasten liike johtuu lämpöliikkeen vaihteluista.
Matalissa lämpötiloissa positiiviset ja negatiiviset epäpuhtausionit liikkuvat. Tällaiset eristystyypit ovat tyypillisiä aineille, joilla on molekyyli- ja atomikiderakenne.
Anisotrooppisten kiteiden ominaisjohtavuuden arvo vaihtelee sen akseleiden mukaan. Esimerkiksi kvartsissa pääakselin suuntaisessa suunnassa se ylittää kohtisuoran sijainnin 1000 kertaa.
Kiinteissä huokoisissa eristeissä, joissa ei käytännössä ole kosteutta, sähkövastuksen pieni lisäys johtaa niiden sähkövastuksen kasvuun. Vesiliukoisia epäpuhtauksia sisältävien aineiden tilavuusvastus heikkenee merkittävästi kosteuden muutosten vuoksi.
Dielektriikan polarisaatio
Tämä ilmiö liittyy eristeen hiukkasten sijainnin muutokseen avaruudessa, mikä johtaa siihen, että jokainen eristeen makroskooppinen tilavuus saa jonkin verran sähköistä (indusoitua) momenttia.
On olemassa polarisaatio, joka tapahtuu ulkoisen kentän vaikutuksesta. Ne erottavat myös polarisaation spontaanin version, joka ilmenee myös ulkoisen kentän puuttuessa.
Suhteellista permittiivisyyttä luonnehtii:
- kondensaattorin kapasitanssi tällä dielektrillä;
- sen suuruus tyhjiössä.
Tähän prosessiin liittyy ulkonäkösidottujen varausten eristeen pintaan, jotka vähentävät jännitystä aineen sisällä.
Jos ulkoinen kenttä puuttuu kokonaan, eristetilavuuden erillisellä elementillä ei ole sähkömomenttia, koska kaikkien varausten summa on nolla ja negatiivisten ja positiivisten varausten yhteensopivuus. välilyönti.
Polarisaatiovaihtoehdot
Elektronipolarisaation aikana tapahtuu siirtymä atomin elektronikuorten ulkoisen kentän vaikutuksesta. Ionivariantissa havaitaan hilakohtien siirtyminen. Dipolipolarisaatiolle on ominaista häviöt, jotka aiheutuvat sisäisen kitkan ja sidosvoimien voittamiseksi. Polarisoinnin rakenteellista versiota pidetään hitaimpana prosessina, sille on ominaista epähomogeenisten makroskooppisten epäpuhtauksien orientaatio.
Johtopäätös
Sähköeristysmateriaalit ovat aineita, jotka mahdollistavat joidenkin sähkölaitteiden komponenttien luotettavan eristyksen tietyissä sähköisissä potentiaaleissa. Virtajohtimiin verrattuna useilla eristimillä on huomattavasti suurempi sähkövastus. Ne pystyvät luomaan vahvoja sähkökenttiä ja keräämään lisäenergiaa. Juuri tätä eristeiden ominaisuutta käytetään nykyaikaisissa kondensaattoreissa.
Kemiallisen koostumuksen mukaan ne jaetaan luonnollisiin ja synteettisiin materiaaleihin. Toinen ryhmä on lukuisin, joten juuri näitä eristeitä käytetään erilaisissa sähkölaitteissa.
Teknologisista ominaisuuksista riippuen rakenne, koostumus, kalvo, keramiikka, vaha, mineraalieristeet erotetaan.
Kun läpilyöntijännite saavutetaan, havaitaan hajoaminen, joka johtaa sähkövirran voimakkuuden voimakkaaseen kasvuun. Tällaisen ilmiön tunnusomaisista piirteistä voidaan erottaa lievä lujuuden riippuvuus jännityksestä ja lämpötilasta, paksuudesta.
