Ledare och dielektrika är fysiska ämnen som har olika grader av elektrisk ledningsförmåga och reagerar olika på inverkan av ett elektriskt fält. Materialens motsatta egenskaper används i stor utsträckning inom alla områden av elektroteknik.
Innehåll
Vad är ledare och dielektrikum
ledare - ämnen med fria elektriska laddningar som kan röra sig i riktning under påverkan av ett yttre elektriskt fält. Dessa funktioner är:
- metaller och deras smältor;
- naturligt kol (kol, grafit);
- elektrolyter - lösningar av salter, syror och alkalier;
- joniserad gas (plasma).
Materialets huvudsakliga egenskap: fria laddningar - elektroner i fasta ledare och joner i lösningar och smältor, som rör sig genom hela ledarens volym, leder elektrisk ström.Under påverkan av en elektrisk spänning som appliceras på ledaren skapas en ledningsström. Resistivitet och elektrisk ledningsförmåga är de viktigaste indikatorerna för materialet.
Egenskaperna hos dielektriska material är motsatta egenskaperna hos ledare elektricitet. Dielektrikum (isolatorer) - består av neutrala atomer och molekyler. De har inte förmågan att flytta laddade partiklar under påverkan av ett elektriskt fält. Dielektrika i ett elektriskt fält ackumulerar okompenserade laddningar på ytan. De bildar ett elektriskt fält riktat inuti isolatorn, dielektrikumet är polariserat.
Som ett resultat av polarisering tenderar laddningarna på ytan av dielektrikumet att minska det elektriska fältet. Denna egenskap hos elektriska isoleringsmaterial kallas dielektrikumets dielektriska konstant.
Materialens egenskaper och fysikaliska egenskaper
Ledarnas parametrar bestämmer omfattningen av deras tillämpning. Huvudsakliga fysiska egenskaper:
- elektrisk resistivitet - kännetecknar ett ämnes förmåga att förhindra passage av elektrisk ström;
- temperaturkoefficient för motstånd - ett värde som kännetecknar förändringen i indikatorn beroende på temperatur;
- värmeledningsförmåga - mängden värme som passerar per tidsenhet genom ett materiallager;
- kontaktpotentialskillnad - uppstår när två olika metaller kommer i kontakt, används i termoelement för temperaturmätning;
- draghållfasthet och dragtöjning - beror på typen av metall.
När den kyls till kritiska temperaturer tenderar ledarens resistivitet till noll. Detta fenomen kallas supraledning.
Egenskaper som kännetecknar ledaren:
- elektrisk - motstånd och elektrisk ledningsförmåga;
- kemisk - interaktion med miljön, anti-korrosion, förmågan att ansluta genom svetsning eller lödning;
- fysisk - densitet, smältpunkt.
En egenskap hos dielektrikum är att motstå effekterna av elektrisk ström. Fysiska egenskaper hos elektriska isoleringsmaterial:
- dielektrisk konstant - förmågan hos isolatorer att polarisera i ett elektriskt fält;
- specifik volymmotstånd;
- elektrisk styrka;
- dielektrisk förlusttangens.
Isoleringsmaterial kännetecknas av följande parametrar:
- elektrisk - storleken på nedbrytningsspänningen, elektrisk styrka;
- fysisk - värmebeständighet;
- kemisk - löslighet i aggressiva medel, fuktbeständighet.
Typer och klassificering av dielektriska material
Isolatorer delas in i grupper enligt flera kriterier.
Klassificering enligt tillståndet för aggregation av ett ämne:
- fast - glas, keramik, asbest;
- flytande - vegetabiliska och syntetiska oljor, paraffin, flytande gas, syntetiska dielektrika (kisel och organofluorföreningar freon, freon);
- gasformig - luft, kväve, väte.
Dielektrika kan vara av naturligt eller artificiellt ursprung, av organisk eller syntetisk natur.
Organiska naturliga isoleringsmaterial inkluderar vegetabiliska oljor, cellulosa och gummi. De kännetecknas av låg termisk och fuktbeständighet, snabb åldrande. Syntetiska organiska material är olika typer av plast.
Oorganiska dielektrika av naturligt ursprung inkluderar: glimmer, asbest, muskovit, flogopit. Ämnen är resistenta mot kemiska angrepp, tål höga temperaturer.Konstgjorda oorganiska dielektriska material - glas, porslin, keramik.
Varför leder dielektrikum inte elektricitet?
Låg konduktivitet beror på strukturen hos dielektriska molekyler. Materiapartiklar är nära besläktade med varandra, de kan inte lämna atomen och röra sig genom hela materialets volym. Under påverkan av ett elektriskt fält kan en atoms partiklar lossna något - för att polarisera.
Beroende på polarisationsmekanismen är dielektriska material indelade i:
- icke-polära - ämnen i olika aggregationstillstånd med elektronisk polarisering (inerta gaser, väte, polystyren, bensen);
- polär - har dipol-relaxation och elektronisk polarisering (olika hartser, cellulosa, vatten);
- joniska - fasta dielektrika av oorganiskt ursprung (glas, keramik).
De dielektriska egenskaperna hos ett ämne är inte konstanta. Under påverkan av hög temperatur eller hög luftfuktighet bryter elektroner sig loss från kärnan och förvärvar egenskaperna hos fria elektriska laddningar. De isolerande egenskaperna hos dielektrikumet reduceras i detta fall.
Ett pålitligt dielektrikum är ett material med en låg läckström som inte överstiger ett kritiskt värde och inte stör systemets funktion.
Var används dielektrikum och ledare?
Materialen används inom alla områden av mänsklig verksamhet där elektrisk ström används: inom industri, jordbruk, instrumenttillverkning, elektriska nätverk och elektriska hushållsapparater.
Valet av ledare bestäms av dess tekniska egenskaper. Produkter gjorda av silver, guld, platina har den lägsta resistiviteten.Deras användning är begränsad till utrymmen och militära ändamål på grund av den höga kostnaden. Koppar och aluminium leder ström något sämre, men deras jämförelsevis billighet har lett till att de används i stor utsträckning som ledningar och kabelprodukter.
Rena metaller utan föroreningar leder ström bättre, men i vissa fall är det nödvändigt att använda ledare med hög resistivitet - för produktion av reostater, elektriska ugnar och elektriska värmare. För dessa ändamål används legeringar av nickel, koppar, mangan (manganin, konstantan). Den elektriska ledningsförmågan hos volfram och molybden är 3 gånger lägre än för koppar, men deras egenskaper används i stor utsträckning vid tillverkning av elektriska lampor och radioapparater.
Fasta dielektrika är material som säkerställer säkerheten och oavbruten drift av ledande element. De används som ett elektriskt isolerande material, förhindrar strömläckage, isolerar ledarna från varandra, från enhetshöljet, från marken. Ett exempel på en sådan produkt är dielektriska handskar, som beskrivs i vår artikel.
Flytande dielektrikum används i kondensatorer, Strömkablar, cirkulerande kylsystem av turbogeneratorer och högspänningsolja brytare. Material används som fyllning och impregnering.
Gasformiga isoleringsmaterial. Luft är en naturlig isolator som även ger värmeavledning. Kväve används på platser där oxidativa processer är oacceptabla. Väte används i kraftfulla generatorer med hög värmekapacitet.
Det samordnade arbetet med ledare och dielektrikum säkerställer säker och stabil drift av utrustning och strömförsörjningsnätverk. Valet av ett specifikt element för den aktuella uppgiften beror på ämnets fysikaliska egenskaper och tekniska parametrar.
Liknande artiklar:
