Ledere og dielektrika er fysiske stoffer, der har forskellige grader af elektrisk ledningsevne og reagerer forskelligt på virkningen af et elektrisk felt. Materialernes modsatte egenskaber er meget udbredt inden for alle områder af elektroteknik.
Indhold
Hvad er ledere og dielektrikum
konduktører - stoffer med frie elektriske ladninger, der er i stand til at bevæge sig retningsbestemt under påvirkning af et eksternt elektrisk felt. Disse funktioner er:
- metaller og deres smelter;
- naturligt kulstof (kul, grafit);
- elektrolytter - opløsninger af salte, syrer og baser;
- ioniseret gas (plasma).
Materialernes vigtigste egenskab: frie ladninger - elektroner i faste ledere og ioner i opløsninger og smelter, der bevæger sig gennem hele lederens volumen, leder elektrisk strøm.Under påvirkning af en elektrisk spænding påført lederen skabes en ledningsstrøm. Resistivitet og elektrisk ledningsevne er de vigtigste indikatorer for materialet.
Egenskaberne af dielektriske materialer er modsatte af ledernes egenskaber elektricitet. Dielektrik (isolatorer) - består af neutrale atomer og molekyler. De har ikke evnen til at flytte ladede partikler under påvirkning af et elektrisk felt. Dielektriske stoffer i et elektrisk felt akkumulerer ukompenserede ladninger på overfladen. De danner et elektrisk felt rettet inde i isolatoren, dielektrikumet er polariseret.
Som et resultat af polarisering har ladningerne på overfladen af dielektrikum en tendens til at reducere det elektriske felt. Denne egenskab ved elektriske isoleringsmaterialer kaldes dielektrikumets dielektriske konstant.
Materialers egenskaber og fysiske egenskaber
Ledernes parametre bestemmer omfanget af deres anvendelse. Vigtigste fysiske egenskaber:
- elektrisk resistivitet - karakteriserer et stofs evne til at forhindre passage af elektrisk strøm;
- temperaturkoefficient for modstand - en værdi, der karakteriserer ændringen i indikatoren afhængigt af temperaturen;
- termisk ledningsevne - mængden af varme, der passerer per tidsenhed gennem et lag materiale;
- kontaktpotentialforskel - opstår når to forskellige metaller kommer i kontakt, bruges i termoelementer til temperaturmåling;
- trækstyrke og trækforlængelse - afhænger af metaltypen.
Når den afkøles til kritiske temperaturer, har lederens resistivitet tendens til nul. Dette fænomen kaldes superledning.
Egenskaber, der karakteriserer lederen:
- elektrisk - modstand og elektrisk ledningsevne;
- kemisk - interaktion med miljøet, anti-korrosion, evnen til at forbinde ved svejsning eller lodning;
- fysisk - tæthed, smeltepunkt.
En egenskab ved dielektrikum er at modstå virkningerne af elektrisk strøm. Fysiske egenskaber af elektriske isoleringsmaterialer:
- dielektrisk konstant - isolatorers evne til at polarisere i et elektrisk felt;
- specifik volumen modstand;
- elektrisk styrke;
- dielektrisk tab tangens.
Isoleringsmaterialer er kendetegnet ved følgende parametre:
- elektrisk - størrelsen af nedbrydningsspændingen, elektrisk styrke;
- fysisk - varmemodstand;
- kemisk - opløselighed i aggressive midler, fugtbestandighed.
Typer og klassificering af dielektriske materialer
Isolatorer er opdelt i grupper efter flere kriterier.
Klassificering i henhold til et stofs aggregeringstilstand:
- fast - glas, keramik, asbest;
- flydende - vegetabilske og syntetiske olier, paraffin, flydende gas, syntetiske dielektrika (silicium og organofluorforbindelser freon, freon);
- gasformig - luft, nitrogen, brint.
Dielektriske stoffer kan være af naturlig eller kunstig oprindelse, af organisk eller syntetisk natur.
Organiske naturlige isoleringsmaterialer omfatter vegetabilske olier, cellulose og gummi. De er kendetegnet ved lav termisk og fugtbestandighed, hurtig aldring. Syntetiske organiske materialer er forskellige typer plast.
Uorganiske dielektrika af naturlig oprindelse omfatter: glimmer, asbest, muskovit, phlogopit. Stoffer er modstandsdygtige over for kemiske angreb, modstår høje temperaturer.Kunstige uorganiske dielektriske materialer - glas, porcelæn, keramik.
Hvorfor leder dielektrikum ikke elektricitet?
Lav ledningsevne skyldes strukturen af dielektriske molekyler. Partikler af stof er tæt forbundet med hinanden, de kan ikke forlade atomet og bevæge sig gennem hele materialets volumen. Under påvirkning af et elektrisk felt er et atoms partikler i stand til at løsne sig lidt - at polarisere.
Afhængigt af polarisationsmekanismen er dielektriske materialer opdelt i:
- ikke-polære - stoffer i forskellige aggregeringstilstande med elektronisk polarisering (inerte gasser, brint, polystyren, benzen);
- polær - har dipol-afslapning og elektronisk polarisering (forskellige harpikser, cellulose, vand);
- ionisk - fast dielektrikum af uorganisk oprindelse (glas, keramik).
Et stofs dielektriske egenskaber er ikke konstante. Under påvirkning af høj temperatur eller høj luftfugtighed bryder elektroner væk fra kernen og erhverver egenskaberne af frie elektriske ladninger. I dette tilfælde er dielektriskeets isolerende egenskaber reduceret.
Et pålideligt dielektrikum er et materiale med en lav lækstrøm, der ikke overstiger en kritisk værdi og ikke forstyrrer systemets drift.
Hvor bruges dielektrikum og ledere?
Materialerne bruges på alle områder af menneskelig aktivitet, hvor der bruges elektrisk strøm: i industri, landbrug, instrumentfremstilling, elektriske netværk og elektriske husholdningsapparater.
Valget af leder bestemmes af dens tekniske egenskaber. Produkter lavet af sølv, guld, platin har den laveste resistivitet.Deres brug er begrænset til rum og militære formål på grund af de høje omkostninger. Kobber og aluminium leder strømmen noget dårligere, men deres relative billighed har ført til udbredt brug som ledninger og kabelprodukter.
Rene metaller uden urenheder leder strøm bedre, men i nogle tilfælde er det påkrævet at bruge ledere med høj resistivitet - til produktion af reostater, elektriske ovne og elektriske varmeapparater. Til disse formål anvendes legeringer af nikkel, kobber, mangan (manganin, konstantan). Den elektriske ledningsevne af wolfram og molybdæn er 3 gange lavere end kobbers, men deres egenskaber er meget udbredt i produktionen af elektriske lamper og radioapparater.
Solid dielektrikum er materialer, der sikrer sikkerhed og uafbrudt drift af ledende elementer. De bruges som et elektrisk isolerende materiale, der forhindrer strømlækage, isolerer lederne fra hinanden, fra enhedshuset, fra jorden. Et eksempel på et sådant produkt er dielektriske handsker, som er beskrevet i vores artikel.
Flydende dielektrikum anvendes i kondensatorer, strømkabler, cirkulerende kølesystemer af turbogeneratorer og højspændingsolieafbrydere. Materialer anvendes som fyldning og imprægnering.
Gasformige isoleringsmaterialer. Luft er en naturlig isolator, der også giver varmeafledning. Nitrogen bruges på steder, hvor oxidative processer er uacceptable. Brint bruges i kraftige generatorer med høj varmekapacitet.
Det koordinerede arbejde med ledere og dielektriske stoffer sikrer sikker og stabil drift af udstyr og strømforsyningsnetværk. Valget af et specifikt element til den aktuelle opgave afhænger af stoffets fysiske egenskaber og tekniske parametre.
Lignende artikler:
