Проводниците и диелектриците са физически вещества, които имат различна степен на електрическа проводимост и реагират различно на действието на електрическо поле. Обратните свойства на материалите се използват широко във всички области на електротехниката.
Съдържание
Какво представляват проводниците и диелектриците
проводници - вещества със свободни електрически заряди, способни да се движат насочено под въздействието на външно електрическо поле. Тези характеристики са:
- метали и техните стопилки;
- естествен въглерод (въглища, графит);
- електролити - разтвори на соли, киселини и основи;
- йонизиран газ (плазма).
Основното свойство на материалите: свободни заряди - електрони в твърди проводници и йони в разтвори и стопилки, движещи се по целия обем на проводника, провеждат електрически ток.Под въздействието на електрическо напрежение, приложено към проводника, се създава ток на проводимост. Съпротивлението и електрическата проводимост са основните показатели за материала.
Свойствата на диелектричните материали са противоположни на тези на проводниците електричество. диелектрици (изолатори) - състоят се от неутрални атоми и молекули. Те нямат способността да движат заредени частици под въздействието на електрическо поле. Диелектриците в електрическо поле натрупват некомпенсирани заряди на повърхността. Те образуват електрическо поле, насочено вътре в изолатора, диелектрикът е поляризиран.
В резултат на поляризацията зарядите на повърхността на диелектрика са склонни да намалят електрическото поле. Това свойство на електрическите изолационни материали се нарича диелектрична константа на диелектрика.
Характеристики и физични свойства на материалите
Параметрите на проводниците определят обхвата на тяхното приложение. Основни физически характеристики:
- електрическо съпротивление - характеризира способността на веществото да предотвратява преминаването на електрически ток;
- температурен коефициент на съпротивление - стойност, която характеризира промяната в индикатора в зависимост от температурата;
- топлопроводимост - количеството топлина, преминаващо за единица време през слой от материал;
- контактна потенциална разлика - възниква, когато два различни метала влязат в контакт, се използва в термодвойки за измерване на температура;
- якост на опън и удължение на опън - зависи от вида на метала.
При охлаждане до критични температури съпротивлението на проводника клони към нула. Това явление се нарича свръхпроводимост.
Свойства, характеризиращи проводника:
- електрически - съпротивление и електропроводимост;
- химически - взаимодействие с околната среда, антикорозия, способност за свързване чрез заваряване или запояване;
- физически - плътност, точка на топене.
Характеристика на диелектриците е да издържат на въздействието на електрически ток. Физични свойства на електроизолационните материали:
- диелектрична константа - способността на изолаторите да се поляризират в електрическо поле;
- специфично обемно съпротивление;
- електрическа якост;
- тангенс на диелектрични загуби.
Изолационните материали се характеризират със следните параметри:
- електрически - величината на напрежението на пробив, електрическата якост;
- физическа - устойчивост на топлина;
- химически - разтворимост в агресивни агенти, устойчивост на влага.
Видове и класификация на диелектричните материали
Изолаторите са разделени на групи по няколко критерия.
Класификация според състоянието на агрегиране на веществото:
- твърди - стъкло, керамика, азбест;
- течност - растителни и синтетични масла, парафин, втечнен газ, синтетични диелектрици (силициеви и флуорни съединения, фреон, фреон);
- газообразни - въздух, азот, водород.
Диелектриците могат да бъдат от естествен или изкуствен произход, от органичен или синтетичен характер.
Органичните естествени изолационни материали включват растителни масла, целулоза и каучук. Характеризират се с ниска термична и влагоустойчивост, бързо стареене. Синтетичните органични материали са различни видове пластмаса.
Неорганичните диелектрици от естествен произход включват: слюда, азбест, мусковит, флогопит. Веществата са устойчиви на химическа атака, издържат на високи температури.Изкуствени неорганични диелектрични материали - стъкло, порцелан, керамика.
Защо диелектриците не провеждат електричество?
Ниската проводимост се дължи на структурата на диелектричните молекули. Частиците материя са тясно свързани помежду си, те не могат да напуснат атома и да се движат в целия обем на материала. Под въздействието на електрическо поле частиците на атома могат леко да се разхлабят - да се поляризират.
В зависимост от механизма на поляризация, диелектричните материали се разделят на:
- неполярни - вещества в различни агрегатни състояния с електронна поляризация (инертни газове, водород, полистирол, бензол);
- полярни - имат диполна релаксация и електронна поляризация (различни смоли, целулоза, вода);
- йонни - твърди диелектрици от неорганичен произход (стъкло, керамика).
Диелектричните свойства на веществото не са постоянни. Под въздействието на висока температура или висока влажност електроните се откъсват от ядрото и придобиват свойствата на свободни електрически заряди. Изолационните качества на диелектрика в този случай са намалени.
Надеждният диелектрик е материал с нисък ток на утечка, който не надвишава критична стойност и не нарушава работата на системата.
Къде се използват диелектрици и проводници?
Материалите се използват във всички области на човешката дейност, където се използва електрически ток: в индустрията, селското стопанство, уредостроенето, електрическите мрежи и домакинските електрически уреди.
Изборът на проводник се определя от неговите технически характеристики. Продуктите от сребро, злато, платина имат най-ниско съпротивление.Използването им е ограничено до космически и военни цели поради високата цена. Медта и алуминият провеждат ток малко по-лошо, но тяхната сравнителна евтиност доведе до широкото им използване като проводници и кабелни продукти.
Чистите метали без примеси провеждат по-добре тока, но в някои случаи е необходимо да се използват проводници с високо съпротивление - за производството на реостати, електрически пещи и електрически нагреватели. За тези цели се използват сплави на никел, мед, манган (манганин, константан). Електрическата проводимост на волфрама и молибдена е 3 пъти по-ниска от тази на медта, но техните свойства се използват широко в производството на електрически лампи и радиоустройства.
Твърдите диелектрици са материали, които осигуряват безопасността и непрекъснатата работа на проводящите елементи. Използват се като електрически изолационен материал, предотвратяващ изтичане на ток, изолират проводниците един от друг, от корпуса на устройството, от земята. Пример за такъв продукт са диелектричните ръкавици, които са описани в нашия статия.
Течните диелектрици се използват в кондензатори, захранващи кабели, циркулационни охладителни системи на турбогенератори и маслени прекъсвачи за високо напрежение. Материалите се използват като пълнеж и импрегниране.
Газообразни изолационни материали. Въздухът е естествен изолатор, който осигурява и разсейване на топлината. Азотът се използва на места, където окислителните процеси са неприемливи. Водородът се използва в мощни генератори с висок топлинен капацитет.
Координираната работа на проводниците и диелектриците осигурява безопасна и стабилна работа на оборудването и захранващите мрежи. Изборът на конкретен елемент за съответната задача зависи от физичните свойства и техническите параметри на веществото.
Подобни статии:
