Električna vodljivost dielektrika važna je fizička karakteristika. Informacije o njemu omogućuju vam da identificirate područja primjene materijala.
Uvjeti
Prema vodljivosti električne struje, tvari se dijele u skupine:
- dielektrici;
- poluvodiči;
- provodnici.
Metali su izvrsni provodnici struje - njihova električna vodljivost doseže 106-108 (Ohm m)-1.
A dielektrični materijali nisu sposobni provoditi električnu energiju, pa se koriste kao izolatori. Nemaju slobodne nosače naboja, razlikuju se po dipolnoj strukturi molekula.
Poluvodiči su čvrsti materijali sa srednjim vrijednostima vodljivosti.
Klasifikacija
Svi dielektrični materijali podijeljeni su na polarne i nepolarne tipove. U polarnim izolatorima, središta pozitivnih i negativnih naboja su izvan središta. Molekule takvih tvari su po svojim električnim parametrima slične krutom dipolu, koji ima svoj vlastiti dipolni moment. Voda se može koristiti kao polarni dielektrik.amonijak, klorovodik.
Nepolarni dielektrici razlikuju se po podudarnosti centara pozitivnih i negativnih naboja. Po električnim karakteristikama slični su elastičnom dipolu. Primjeri takvih izolatora su vodik, kisik, ugljikov tetraklorid.
Električna vodljivost
Električna vodljivost dielektrika objašnjava se prisutnošću malog broja slobodnih elektrona u njihovim molekulama. S pomicanjem naboja unutar tvari kroz određeno vremensko razdoblje uočava se postupno uspostavljanje ravnotežnog položaja, što je razlog za pojavu struje. Električna vodljivost dielektrika postoji u trenutku isključivanja i uključivanja napona. Tehnički uzorci izolatora imaju maksimalan broj slobodnih punjenja, stoga se u njima pojavljuju neznatne prolazne struje.
Električna vodljivost dielektrika u slučaju konstantne vrijednosti napona izračunava se iz prolazne struje. Ovaj proces uključuje oslobađanje i neutralizaciju postojećih naboja na elektrodama. U slučaju izmjeničnog napona, na vrijednost aktivne vodljivosti utječe ne samo prolazna struja, već i aktivne komponente polarizacijskih struja.
Električna svojstva dielektrika ovise o gustoći struje, otporu materijala.
Čvrsti dielektrici
Električna vodljivost čvrstih dielektrika dijeli se na masivnu i površinsku. Za usporedbu ovih parametara za različite materijale koriste se vrijednosti specifičnog volumena i specifičnosti površine.otpor.
Puna vodljivost je zbroj ove dvije vrijednosti, njezina vrijednost ovisi o vlažnosti okoliša i temperaturi okoline. U slučaju kontinuiranog rada pod naponom, dolazi do smanjenja prolazne struje koja prolazi kroz tekuće i čvrste izolatore.
A u slučaju povećanja struje nakon određenog vremenskog razdoblja, možemo govoriti o tome da će se unutar tvari dogoditi nepovratni procesi koji će dovesti do uništenja (razbijanja dielektrika).
Obilježja plinovitog stanja
Plinoviti dielektrici imaju zanemarivu električnu vodljivost ako jakost polja poprimi minimalne vrijednosti. Pojava struje u plinovitim tvarima moguća je samo u onim slučajevima kada sadrže slobodne elektrone ili nabijene ione.
Plinoviti dielektrici su visokokvalitetni izolatori, stoga se koriste u modernoj elektronici u velikim količinama. Ionizaciju u takvim tvarima uzrokuju vanjski čimbenici.
Uslijed sudara plinskih iona, kao i pod toplinskom izlaganjem, ultraljubičastim ili rendgenskim zrakama, također se opaža proces stvaranja neutralnih molekula (rekombinacija). Zahvaljujući ovom procesu, povećanje broja iona u plinu je ograničeno, određena koncentracija nabijenih čestica uspostavlja se u kratkom vremenskom razdoblju nakon izlaganja vanjskom izvoru ionizacije.
U procesu povećanja napona primijenjenog na plin, povećava se kretanje iona prema elektrodama. Nisuimaju vremena za rekombinaciju, pa se isprazne na elektrodama. Uz naknadno povećanje napona, struja se ne povećava, naziva se struja zasićenja.
S obzirom na nepolarne dielektrike, napominjemo da je zrak savršen izolator.
Tekući dielektrici
Električna vodljivost tekućih dielektrika objašnjava se osobitostima strukture tekućih molekula. Nepolarna otapala sadrže disocirane nečistoće, uključujući vlagu. U polarnim molekulama vodljivost električne struje također se objašnjava procesom raspadanja na ione same tekućine.
U ovom stanju agregacije, struja je također uzrokovana kretanjem koloidnih čestica. Zbog nemogućnosti potpunog uklanjanja nečistoća iz takvog dielektrika, javljaju se problemi u dobivanju tekućina niske strujne vodljivosti.
Sve vrste izolacije uključuju traženje opcija za smanjenje specifične vodljivosti dielektrika. Na primjer, nečistoće se uklanjaju, indikator temperature se podešava. Povećanje temperature uzrokuje smanjenje viskoznosti, povećanje pokretljivosti iona i povećanje stupnja toplinske disocijacije. Ovi čimbenici utječu na vodljivost dielektričnih materijala.
Električna vodljivost čvrstih tijela
To se objašnjava kretanjem ne samo iona samog izolatora, već i nabijenih čestica nečistoća sadržanih unutar čvrstog materijala. Prolaskom kroz čvrsti izolator dolazi do djelomičnog uklanjanja nečistoća, koje postupnoutječe na provođenje. Uzimajući u obzir strukturne značajke kristalne rešetke, kretanje nabijenih čestica je posljedica fluktuacija toplinskog gibanja.
Na niskim temperaturama pomiču se pozitivni i negativni ioni nečistoća. Takve vrste izolacije tipične su za tvari s molekularnom i atomskom kristalnom strukturom.
Za anizotropne kristale, vrijednost specifične vodljivosti varira ovisno o njihovim osi. Na primjer, u kvarcu u smjeru paralelnom s glavnom osi, on premašuje okomiti položaj za 1000 puta.
U čvrstim poroznim dielektricima, gdje praktički nema vlage, blagi porast električnog otpora dovodi do povećanja njihovog električnog otpora. Tvari koje sadrže nečistoće topive u vodi pokazuju značajno smanjenje volumne otpornosti zbog promjena vlažnosti.
Polarizacija dielektrika
Ovaj fenomen je povezan s promjenom položaja čestica izolatora u prostoru, što dovodi do stjecanja nekog električnog (induciranog) momenta svakim makroskopskim volumenom dielektrika.
Postoji polarizacija koja se javlja pod utjecajem vanjskog polja. Oni također razlikuju spontanu verziju polarizacije koja se pojavljuje čak i u odsutnosti vanjskog polja.
Relativnu permitivnost karakterizira:
- kapacitivnost kondenzatora s ovim dielektrikom;
- njegova veličina u vakuumu.
Ovaj proces prati pojavapovršina dielektrika vezanih naboja, koji smanjuju količinu napetosti unutar tvari.
U slučaju potpunog odsustva vanjskog polja, zasebni element dielektričnog volumena nema električni moment, budući da je zbroj svih naboja nula i postoji podudarnost negativnih i pozitivnih naboja u prostor.
Opcije polarizacije
Tijekom polarizacije elektrona dolazi do pomaka pod utjecajem vanjskog polja elektronske ljuske atoma. U ionskoj varijanti uočava se pomak mjesta rešetke. Dipolnu polarizaciju karakteriziraju gubici za prevladavanje unutarnjih sila trenja i vezivanja. Strukturna verzija polarizacije smatra se najsporijim procesom, karakterizira je orijentacija nehomogenih makroskopskih nečistoća.
Zaključak
Elektroizolacijski materijali su tvari koje omogućuju pouzdanu izolaciju nekih komponenti električne opreme pod određenim električnim potencijalima. U usporedbi sa strujnim vodičima, brojni izolatori imaju znatno veći električni otpor. Oni su u stanju stvoriti jaka električna polja i akumulirati dodatnu energiju. To je svojstvo izolatora koje se koristi u modernim kondenzatorima.
Ovisno o kemijskom sastavu, dijele se na prirodne i sintetičke materijale. Druga skupina je najbrojnija, pa se upravo ovi izolatori koriste u raznim električnim aparatima.
Ovisno o tehnološkim karakteristikama, strukturi, sastavu, film, keramika, vosak, mineralni izolatori se izoliraju.
Kada se dosegne probojni napon, uočava se slom, što dovodi do naglog povećanja veličine električne struje. Među karakterističnim značajkama takvog fenomena može se izdvojiti blaga ovisnost čvrstoće o naprezanju i temperaturi, debljini.
