Conductivitatea electrică a dielectricilor este o caracteristică fizică importantă. Informațiile despre acesta vă permit să identificați domeniile de aplicare a materialelor.
Termeni
În funcție de conductibilitatea curentului electric, substanțele sunt împărțite în grupuri:
- dielectrice;
- conductori;
- conductori.
Metalele sunt excelente conductoare de curent - conductivitatea lor electrică ajunge la 106-108 (Ohm m)-1.
Și materialele dielectrice nu sunt capabile să conducă electricitatea, așa că sunt folosite ca izolatori. Nu au purtători de încărcare liberi, diferă în structura dipolului moleculelor.
Semiconductorii sunt materiale solide cu valori de conductivitate intermediare.
Clasificare
Toate materialele dielectrice sunt împărțite în tipuri polare și nepolare. În izolatoarele polare, centrele sarcinilor pozitive și negative sunt decentrate. Moleculele unor astfel de substanțe sunt similare în parametrii lor electrici cu un dipol rigid, care are propriul său moment de dipol. Apa poate fi folosită ca dielectrici polari.amoniac, acid clorhidric.
Dielectricii nepolari se disting prin coincidența centrelor sarcinilor pozitive și negative. Ele sunt similare ca caracteristici electrice cu un dipol elastic. Exemple de astfel de izolatori sunt hidrogenul, oxigenul, tetraclorura de carbon.
Conductivitate electrică
Conductivitatea electrică a dielectricilor se explică prin prezența unui număr mic de electroni liberi în moleculele lor. Odată cu deplasarea sarcinilor în interiorul substanței pe o anumită perioadă de timp, se observă o stabilire treptată a unei poziții de echilibru, care este motivul apariției unui curent. Conductivitatea electrică a dielectricilor există în momentul opririi și pornirii tensiunii. Mostrele tehnice de izolatoare au numărul maxim de încărcări gratuite, prin urmare, în ele apar curenți nesemnificativi.
Conductivitatea electrică a dielectricilor în cazul unei valori constante a tensiunii se calculează din curentul de trecere. Acest proces presupune eliberarea și neutralizarea sarcinilor existente pe electrozi. În cazul tensiunii alternative, valoarea conductivității active este afectată nu numai de curentul de trecere, ci și de componentele active ale curenților de polarizare.
Proprietățile electrice ale dielectricilor depind de densitatea de curent, de rezistența materialului.
Dielectrici solizi
Conductivitatea electrică a dielectricilor solizi este împărțită în vrac și suprafață. Pentru a compara acești parametri pentru diferite materiale, se folosesc valorile specifice de volum și specifice suprafeței.rezistență.
Conductivitatea totală este suma acestor două valori, valoarea acesteia depinde de umiditatea mediului și de temperatura ambiantă. În cazul funcționării continue sub tensiune, există o scădere a curentului de trecere care trece prin izolatoarele lichide și solide.
Și în cazul creșterii curentului după o anumită perioadă de timp, putem vorbi despre faptul că în interiorul substanței vor avea loc procese ireversibile, ducând la distrugerea (defalcarea dielectricului).
Caracteristici ale stării gazoase
Dielectricii gazoși au o conductivitate electrică neglijabilă dacă intensitatea câmpului ia valori minime. Apariția unui curent în substanțele gazoase este posibilă numai în acele cazuri când acestea conțin electroni liberi sau ioni încărcați.
Dielectricii gazoși sunt izolatori de în altă calitate, prin urmare sunt utilizați în electronica modernă în volume mari. Ionizarea în astfel de substanțe este cauzată de factori externi.
Datorită ciocnirilor ionilor de gaz, precum și sub expunere termică, expunere la ultraviolete sau raze X, se observă și procesul de formare a moleculelor neutre (recombinare). Datorită acestui proces, creșterea numărului de ioni din gaz este limitată, se stabilește o anumită concentrație de particule încărcate într-o perioadă scurtă de timp după expunerea la o sursă externă de ionizare.
În procesul de creștere a tensiunii aplicate gazului, mișcarea ionilor către electrozi crește. Ei nu suntau timp să se recombine, astfel încât acestea sunt descărcate la electrozi. Odată cu o creștere ulterioară a tensiunii, curentul nu crește, se numește curent de saturație.
Având în vedere dielectricii nepolari, observăm că aerul este un izolator perfect.
Dielectrici lichidi
Conductivitatea electrică a dielectricilor lichidi se explică prin particularitățile structurii moleculelor lichide. Solvenții nepolari conțin impurități disociate, inclusiv umiditate. În moleculele polare, conductivitatea curentului electric se explică și prin procesul de dezintegrare în ioni ai lichidului însuși.
În această stare de agregare, curentul este cauzat și de mișcarea particulelor coloidale. Din cauza imposibilității de a elimina complet impuritățile dintr-un astfel de dielectric, apar probleme în obținerea de lichide cu conductivitate de curent scăzută.
Toate tipurile de izolație implică căutarea opțiunilor de reducere a conductibilității specifice a dielectricilor. De exemplu, impuritățile sunt îndepărtate, indicatorul de temperatură este reglat. O creștere a temperaturii determină o scădere a vâscozității, o creștere a mobilității ionilor și o creștere a gradului de disociere termică. Acești factori afectează conductivitatea materialelor dielectrice.
Conductivitatea electrică a solidelor
Se explică prin mișcarea nu numai a ionilor izolatorului în sine, ci și a particulelor încărcate de impurități conținute în interiorul materialului solid. Pe măsură ce trece prin izolatorul solid, are loc o îndepărtare parțială a impurităților, care treptatafectează conducerea. Luând în considerare caracteristicile structurale ale rețelei cristaline, mișcarea particulelor încărcate se datorează fluctuațiilor mișcării termice.
La temperaturi scăzute, ionii de impurități pozitivi și negativi se mișcă. Astfel de tipuri de izolare sunt tipice pentru substanțele cu o structură cristalină moleculară și atomică.
Pentru cristalele anizotrope, valoarea conductivității specifice variază în funcție de axele sale. De exemplu, în cuarț în direcția paralelă cu axa principală, depășește poziția perpendiculară de 1000 de ori.
În dielectricele solide poroase, unde practic nu există umiditate, o ușoară creștere a rezistenței electrice duce la o creștere a rezistenței lor electrice. Substanțele care conțin impurități solubile în apă prezintă o scădere semnificativă a rezistenței în volum datorită modificărilor de umiditate.
Polarizarea dielectricilor
Acest fenomen este asociat cu o modificare a poziției particulelor izolatorului în spațiu, ceea ce duce la dobândirea unui moment electric (indus) de către fiecare volum macroscopic al dielectricului.
Există o polarizare care are loc sub influența unui câmp extern. Ele disting, de asemenea, o versiune spontană a polarizării care apare chiar și în absența unui câmp extern.
Permitivitatea relativă este caracterizată prin:
- capacitatea unui condensator cu acest dielectric;
- mărimea sa în vid.
Acest proces este însoțit de aparițiasuprafața dielectricului sarcinilor legate, care reduc cantitatea de tensiune din interiorul substanței.
În cazul absenței complete a unui câmp extern, un element separat al volumului dielectric nu are un moment electric, deoarece suma tuturor sarcinilor este zero și există o coincidență a sarcinilor negative și pozitive în spațiu.
Opțiuni de polarizare
În timpul polarizării electronilor, are loc o deplasare sub influența unui câmp extern al învelișurilor de electroni ale atomului. În varianta ionică, se observă o deplasare a situsurilor retice. Polarizarea dipolului este caracterizată prin pierderi pentru a depăși frecarea internă și forțele de legătură. Versiunea structurală a polarizării este considerată cel mai lent proces, se caracterizează prin orientarea impurităților macroscopice neomogene.
Concluzie
Materialele electroizolante sunt substanțe care vă permit să obțineți izolarea fiabilă a unor componente ale echipamentelor electrice sub anumite potențiale electrice. În comparație cu conductoarele de curent, numeroase izolatoare au o rezistență electrică semnificativ mai mare. Sunt capabili să creeze câmpuri electrice puternice și să acumuleze energie suplimentară. Această proprietate a izolatorilor este utilizată în condensatoarele moderne.
În funcție de compoziția chimică, acestea sunt împărțite în materiale naturale și sintetice. Al doilea grup este cel mai numeros, prin urmare acești izolatori sunt utilizați într-o varietate de aparate electrice.
În funcție de caracteristicile tehnologice, se izolează structura, compoziția, filmul, ceramica, ceara, izolatorii minerali.
Când se atinge tensiunea de avarie, se observă o defecțiune, ceea ce duce la o creștere bruscă a amplitudinii curentului electric. Printre trăsăturile caracteristice ale unui astfel de fenomen, se poate evidenția o ușoară dependență a rezistenței de stres și temperatură, grosime.
