Diellektrikas elektriska ledningsförmåga är en viktig fysisk egenskap. Information om det låter dig identifiera användningsområden för material.
Villkor
I enlighet med elektrisk ströms ledningsförmåga delas ämnen in i grupper:
- dielectrics;
- halvledare;
- dirigenter.
Metaler är utmärkta strömledare - deras elektriska ledningsförmåga når 106-108 (Ohm m)-1.
Och dielektriska material kan inte leda elektricitet, så de används som isolatorer. De har inte gratis laddningsbärare, skiljer sig åt i dipolstrukturen hos molekyler.
Halvledare är fasta material med mellanliggande konduktivitetsvärden.
Klassificering
Alla dielektriska material är indelade i polära och icke-polära typer. I polära isolatorer är mitten av positiva och negativa laddningar off-center. Molekylerna av sådana ämnen liknar i sina elektriska parametrar en stel dipol, som har sitt eget dipolmoment. Vatten kan användas som polär dielektrikum.ammoniak, väteklorid.
Icke-polära dielektrika kännetecknas av sammanträffandet av centra för positiva och negativa laddningar. De liknar i elektriska egenskaper en elastisk dipol. Exempel på sådana isolatorer är väte, syre, koltetraklorid.
Elektrisk konduktivitet
Diellektrikas elektriska ledningsförmåga förklaras av närvaron av ett litet antal fria elektroner i deras molekyler. Med förskjutningen av laddningar inuti ämnet under en viss tidsperiod observeras en gradvis etablering av en jämviktsposition, vilket är orsaken till uppkomsten av en ström. Den elektriska ledningsförmågan hos dielektrikum finns i ögonblicket då spänningen stängs av och slås på. Tekniska prover av isolatorer har det maximala antalet gratisladdningar, därför förekommer obetydliga genomströmmar i dem.
Den elektriska ledningsförmågan för dielektrikum vid ett konstant spänningsvärde beräknas från genomströmmen. Denna process involverar frigöring och neutralisering av de befintliga laddningarna på elektroderna. Vid växelspänning påverkas värdet av aktiv konduktivitet inte bara av genomströmmen utan också av polarisationsströmmarnas aktiva komponenter.
De elektriska egenskaperna hos dielektrikum beror på strömtätheten, materialets resistans.
Solid Dielectrics
Den elektriska ledningsförmågan hos fast dielektrikum är uppdelad i bulk och yta. För att jämföra dessa parametrar för olika material används värdena för volymspecifik och ytspecifik.motstånd.
Full konduktivitet är summan av dessa två värden, dess värde beror på luftfuktigheten i omgivningen och den omgivande temperaturen. Vid kontinuerlig drift under spänning sker en minskning av genomströmmen som passerar genom flytande och fasta isolatorer.
Och i fallet med en ökning av strömmen efter en viss tidsperiod kan vi tala om det faktum att irreversibla processer kommer att inträffa inuti ämnet, vilket leder till förstörelse (nedbrytning av dielektrikumet).
Funktioner i det gasformiga tillståndet
Gasformiga dielektrika har försumbar elektrisk ledningsförmåga om fältstyrkan antar minimivärden. Uppkomsten av en ström i gasformiga ämnen är endast möjlig i de fall de innehåller fria elektroner eller laddade joner.
Gasformiga dielektrika är högkvalitativa isolatorer, därför används de i modern elektronik i stora volymer. Jonisering i sådana ämnen orsakas av yttre faktorer.
På grund av kollisioner av gasjoner, såväl som under termisk exponering, ultraviolett eller röntgenstrålning, observeras också processen för bildning av neutrala molekyler (rekombination). Tack vare denna process begränsas ökningen av antalet joner i gasen, en viss koncentration av laddade partiklar etableras under en kort tidsperiod efter exponering för en extern joniseringskälla.
I processen att öka spänningen som appliceras på gasen, ökar jonernas rörelse till elektroderna. De är intehinner kombinera, så de laddas ur vid elektroderna. Med en efterföljande ökning av spänningen ökar inte strömmen, det kallas mättnadsström.
Med tanke på opolär dielektrik, noterar vi att luft är en perfekt isolator.
Flytande dielektrik
Den elektriska ledningsförmågan hos flytande dielektrikum förklaras av vätskemolekylernas egenheter. Opolära lösningsmedel innehåller dissocierade föroreningar, inklusive fukt. I polära molekyler förklaras den elektriska strömmens ledningsförmåga också av processen för sönderdelning till joner av själva vätskan.
I detta tillstånd av aggregering orsakas strömmen också av kolloidala partiklars rörelse. På grund av omöjligheten att helt avlägsna föroreningar från ett sådant dielektrikum uppstår problem med att få fram vätskor med låg strömledningsförmåga.
Alla typer av isolering involverar sökandet efter alternativ för att minska den specifika konduktiviteten hos dielektrikum. Till exempel avlägsnas föroreningar, temperaturindikatorn justeras. En ökning av temperaturen orsakar en minskning av viskositeten, en ökning av jonernas rörlighet och en ökning av graden av termisk dissociation. Dessa faktorer påverkar konduktiviteten hos dielektriska material.
Elektrisk ledningsförmåga för fasta ämnen
Det förklaras av rörelsen av inte bara jonerna i själva isolatorn, utan även laddade partiklar av föroreningar som finns inuti det fasta materialet. När den passerar genom den fasta isolatorn sker ett partiellt avlägsnande av föroreningar, vilket gradvispåverkar ledningen. Med hänsyn till kristallgittrets strukturella egenskaper beror rörelsen hos laddade partiklar på fluktuationer i termisk rörelse.
Vid låga temperaturer rör sig positiva och negativa föroreningsjoner. Sådana typer av isolering är typiska för ämnen med en molekylär och atomär kristallstruktur.
För anisotropa kristaller varierar värdet på specifik konduktivitet beroende på dess axlar. Till exempel, i kvarts i riktningen parallell med huvudaxeln, överskrider den den vinkelräta positionen med 1000 gånger.
I fasta porösa dielektrika, där det praktiskt taget inte finns någon fukt, leder en liten ökning av det elektriska motståndet till en ökning av deras elektriska resistans. Ämnen som innehåller vattenlösliga föroreningar visar en signifikant minskning av volymmotståndet på grund av förändringar i luftfuktigheten.
Polarisering av dielektrikum
Detta fenomen är förknippat med en förändring i positionen av isolatorns partiklar i rymden, vilket leder till förvärvet av något elektriskt (inducerat) moment av varje makroskopisk volym av dielektrikumet.
Det finns en polarisering som sker under påverkan av ett externt fält. De urskiljer också en spontan version av polarisering som uppträder även i frånvaro av ett externt fält.
Den relativa permittiviteten kännetecknas av:
- kapacitans för en kondensator med denna dielektrikum;
- dess storlek i ett vakuum.
Denna process åtföljs av uppkomsten avytan på dielektrikumet av bundna laddningar, vilket minskar mängden spänning inuti ämnet.
I fallet med fullständig frånvaro av ett yttre fält, har ett separat element i den dielektriska volymen inte ett elektriskt moment, eftersom summan av alla laddningar är noll och det finns en sammanträffande av negativa och positiva laddningar i blanksteg.
Polarisations alternativ
Under elektronpolarisering sker en förskjutning under påverkan av ett yttre fält av atomens elektronskal. I den joniska varianten observeras en förskjutning av gitterställena. Dipolpolarisation kännetecknas av förluster för att övervinna inre friktion och bindningskrafter. Den strukturella versionen av polarisering anses vara den långsammaste processen, den kännetecknas av orienteringen av inhomogena makroskopiska föroreningar.
Slutsats
Elektriska isoleringsmaterial är ämnen som gör att du kan få tillförlitlig isolering av vissa komponenter i elektrisk utrustning under vissa elektriska potentialer. Jämfört med strömledare har många isolatorer ett betydligt högre elektriskt motstånd. De kan skapa starka elektriska fält och ackumulera ytterligare energi. Det är denna egenskap hos isolatorer som används i moderna kondensatorer.
Beroende på den kemiska sammansättningen är de uppdelade i naturliga och syntetiska material. Den andra gruppen är den mest talrika, därför är det dessa isolatorer som används i en mängd olika elektriska apparater.
Beroende på de tekniska egenskaperna isoleras struktur, sammansättning, film, keramik, vax, mineralisolatorer.
När genombrottsspänningen uppnås observeras ett genombrott, vilket leder till en kraftig ökning av den elektriska strömmens storlek. Bland de karakteristiska egenskaperna hos ett sådant fenomen kan man peka ut ett litet styrkaberoende på stress och temperatur, tjocklek.
