Dielektrikų elektrinis laidumas yra svarbi fizikinė charakteristika. Informacija apie tai leidžia nustatyti medžiagų panaudojimo sritis.
Sąlygos
Pagal elektros srovės laidumą medžiagos skirstomos į grupes:
- dielektrikai;
- puslaidininkiai;
- laidininkai.
Metalai yra puikūs srovės laidininkai – jų elektrinis laidumas siekia 106-108 (omų m)-1.
Ir dielektrinės medžiagos nėra pajėgios praleisti elektros, todėl jos naudojamos kaip izoliatoriai. Jie neturi laisvųjų krūvininkų, skiriasi molekulių dipoline struktūra.
Puslaidininkiai yra kietos medžiagos, kurių laidumo vertės yra vidutinės.
Klasifikacija
Visos dielektrinės medžiagos skirstomos į polines ir nepolines rūšis. Poliariniuose izoliatoriuose teigiamų ir neigiamų krūvių centrai yra nukrypę nuo centro. Tokių medžiagų molekulės savo elektriniais parametrais panašios į standųjį dipolį, kuris turi savo dipolio momentą. Vanduo gali būti naudojamas kaip polinis dielektrikas.amoniakas, vandenilio chloridas.
Nepoliniai dielektrikai išsiskiria teigiamų ir neigiamų krūvių centrų sutapimu. Savo elektrinėmis charakteristikomis jie yra panašūs į elastingą dipolį. Tokių izoliatorių pavyzdžiai yra vandenilis, deguonis, anglies tetrachloridas.
Elektros laidumas
Dielektrikų elektrinis laidumas paaiškinamas tuo, kad jų molekulėse yra nedaug laisvųjų elektronų. Per tam tikrą laiką medžiagos viduje pasislinkus krūviams, stebimas laipsniškas pusiausvyros padėties nustatymas, o tai yra srovės atsiradimo priežastis. Dielektrikų elektrinis laidumas egzistuoja įtampos išjungimo ir įjungimo momentu. Techniniai izoliatorių pavyzdžiai turi maksimalų laisvųjų įkrovų skaičių, todėl juose atsiranda nereikšmingų per srovių.
Dielektrikų elektrinis laidumas esant pastoviai įtampai apskaičiuojamas pagal srovę. Šis procesas apima esamų elektrodų krūvių išleidimą ir neutralizavimą. Esant kintamajai įtampai, aktyvaus laidumo vertę įtakoja ne tik pratekanti srovė, bet ir aktyvieji poliarizacijos srovių komponentai.
Dielektrikų elektrinės savybės priklauso nuo srovės tankio, medžiagos varžos.
Kietieji dielektrikai
Kietųjų dielektrikų elektrinis laidumas skirstomas į tūrinį ir paviršinį. Norint palyginti šiuos skirtingų medžiagų parametrus, naudojamos specifinės tūrio ir paviršiaus specifinės vertės.pasipriešinimas.
Visas laidumas yra šių dviejų verčių suma, jo reikšmė priklauso nuo aplinkos drėgmės ir aplinkos temperatūros. Nepertraukiamo veikimo esant įtampai atveju sumažėja srovė, einanti per skystus ir kietus izoliatorius.
O jei srovė padidės po tam tikro laiko, galime kalbėti apie tai, kad medžiagos viduje vyks negrįžtami procesai, dėl kurių bus sunaikintas (dielektrikas suirs).
Dujinės būsenos ypatybės
Dujinių dielektrikų elektrinis laidumas yra nereikšmingas, jei lauko stiprumas įgauna minimalias vertes. Srovės atsiradimas dujinėse medžiagose galimas tik tais atvejais, kai jose yra laisvųjų elektronų arba įkrautų jonų.
Dujiniai dielektrikai yra aukštos kokybės izoliatoriai, todėl šiuolaikinėje elektronikoje jie naudojami dideliais kiekiais. Jonizaciją tokiose medžiagose sukelia išoriniai veiksniai.
Dėl dujų jonų susidūrimų, taip pat esant terminei, ultravioletiniams ar rentgeno spinduliams, taip pat stebimas neutralių molekulių susidarymo (rekombinacijos) procesas. Šio proceso dėka apribojamas jonų skaičiaus padidėjimas dujose, tam tikra įkrautų dalelių koncentracija nustatoma per trumpą laiką po išorinio jonizacijos š altinio poveikio.
Didėjant dujoms tiekiamai įtampai, didėja jonų judėjimas į elektrodus. Jie nėraturi laiko rekombinuotis, todėl jie išsikrauna prie elektrodų. Vėliau didėjant įtampai, srovė nedidėja, ji vadinama soties srove.
Atsižvelgdami į nepolinius dielektrikus, pastebime, kad oras yra puikus izoliatorius.
Skysti dielektrikai
Skystųjų dielektrikų elektrinis laidumas paaiškinamas skysčių molekulių sandaros ypatumais. Nepoliniuose tirpikliuose yra disocijuotų priemaišų, įskaitant drėgmę. Polinėse molekulėse elektros srovės laidumas taip pat paaiškinamas paties skysčio skilimo į jonus procesu.
Šioje agregacijos būsenoje srovę taip pat sukelia koloidinių dalelių judėjimas. Dėl to, kad neįmanoma visiškai pašalinti priemaišų iš tokio dielektriko, kyla problemų gaunant mažo srovės laidumo skysčius.
Visų tipų izoliacijai reikia ieškoti galimybių sumažinti savitąjį dielektrikų laidumą. Pavyzdžiui, pašalinamos priemaišos, reguliuojamas temperatūros indikatorius. Temperatūros padidėjimas sumažina klampumą, padidina jonų mobilumą ir padidina terminės disociacijos laipsnį. Šie veiksniai turi įtakos dielektrinių medžiagų laidumui.
Kietųjų kūnų elektrinis laidumas
Tai paaiškinama ne tik paties izoliatoriaus jonų, bet ir įkrautų priemaišų dalelių, esančių kietos medžiagos viduje, judėjimu. Kai jis praeina per kietą izoliatorių, dalinai pašalinamos priemaišos, kurios palaipsniuituri įtakos laidumui. Atsižvelgiant į kristalinės gardelės struktūrines ypatybes, įkrautos dalelės juda dėl šiluminio judėjimo svyravimų.
Žemoje temperatūroje juda teigiamų ir neigiamų priemaišų jonai. Tokie izoliavimo tipai būdingi medžiagoms, turinčioms molekulinę ir atominę kristalų struktūrą.
Anizotropinių kristalų specifinio laidumo vertė skiriasi priklausomai nuo jo ašių. Pavyzdžiui, kvarco kryptimi lygiagrečia pagrindinei ašiai jis 1000 kartų viršija statmeną padėtį.
Kietuose porėtuose dielektrikuose, kur praktiškai nėra drėgmės, šiek tiek padidėjus elektrinei varžai, padidėja jų elektrinė varža. Medžiagų, kuriose yra vandenyje tirpių priemaišų, tūrio atsparumas labai sumažėja dėl drėgmės pokyčių.
Dielektrikų poliarizacija
Šis reiškinys yra susijęs su izoliatoriaus dalelių padėties erdvėje pasikeitimu, dėl kurio kiekvienas makroskopinis dielektriko tūris įgyja tam tikrą elektrinį (indukuotą) momentą.
Yra poliarizacija, kuri atsiranda veikiant išoriniam laukui. Jie taip pat išskiria spontanišką poliarizacijos versiją, kuri atsiranda net ir nesant išorinio lauko.
Santykinis laidumas apibūdinamas taip:
- kondensatoriaus su šiuo dielektriku talpa;
- jo dydis vakuume.
Šį procesą lydi išvaizdasurištų krūvių dielektriko paviršius, mažinantis įtampą medžiagos viduje.
Jei visiškai nėra išorinio lauko, atskiras dielektriko tūrio elementas neturi elektrinio momento, nes visų krūvių suma lygi nuliui, o neigiami ir teigiami krūviai sutampa. tarpas.
Poliarizacijos parinktys
Elektronų poliarizacijos metu poslinkis vyksta veikiant išoriniam atomo elektronų apvalkalų laukui. Joniniame variante stebimas gardelės vietų poslinkis. Dipolio poliarizacijai būdingi nuostoliai, siekiant įveikti vidinę trintį ir surišimo jėgas. Struktūrinė poliarizacijos versija laikoma lėčiausiu procesu, jai būdinga nehomogeniškų makroskopinių priemaišų orientacija.
Išvada
Elektros izoliacinės medžiagos yra medžiagos, leidžiančios patikimai izoliuoti kai kuriuos elektros įrangos komponentus esant tam tikram elektros potencialui. Palyginti su srovės laidininkais, daugelis izoliatorių turi žymiai didesnę elektrinę varžą. Jie sugeba sukurti stiprius elektrinius laukus ir kaupti papildomą energiją. Būtent ši izoliatorių savybė naudojama šiuolaikiniuose kondensatoriuose.
Priklausomai nuo cheminės sudėties, jie skirstomi į natūralias ir sintetines medžiagas. Antroji grupė yra pati gausiausia, todėl būtent šie izoliatoriai naudojami įvairiuose elektros prietaisuose.
Priklausomai nuo technologinių charakteristikų, izoliuojama struktūra, sudėtis, plėvelė, keramika, vaškas, mineraliniai izoliatoriai.
Kai pasiekiama gedimo įtampa, pastebimas gedimas, dėl kurio smarkiai padidėja elektros srovės stiprumas. Tarp būdingų tokio reiškinio bruožų galima išskirti nedidelę stiprumo priklausomybę nuo įtempių ir temperatūros, storio.
