Prevodniki in dielektriki so fizikalne snovi, ki imajo različne stopnje električne prevodnosti in se različno odzivajo na delovanje električnega polja. Nasprotne lastnosti materialov se pogosto uporabljajo na vseh področjih elektrotehnike.
Vsebina
Kaj so prevodniki in dielektriki
vodniki - snovi s prostimi električnimi naboji, ki se lahko pod vplivom zunanjega električnega polja premikajo smerno. Te lastnosti so:
- kovine in njihove taline;
- naravni ogljik (premog, grafit);
- elektroliti - raztopine soli, kislin in alkalij;
- ioniziran plin (plazma).
Glavna lastnost materialov: prosti naboji - elektroni v trdnih prevodnikih in ioni v raztopinah in talinah, ki se gibljejo po celotnem volumnu prevodnika, vodijo električni tok.Pod vplivom električne napetosti, ki se nanaša na prevodnik, nastane prevodni tok. Upornost in električna prevodnost sta glavna kazalca materiala.
Lastnosti dielektričnih materialov so nasprotne lastnosti prevodnikov elektrika. dielektriki (izolatorji) - sestavljeni iz nevtralnih atomov in molekul. Nimajo sposobnosti premikanja nabitih delcev pod vplivom električnega polja. Dielektriki v električnem polju kopičijo nekompenzirane naboje na površini. Tvorijo električno polje, usmerjeno v notranjost izolatorja, dielektrik je polariziran.
Zaradi polarizacije se naboji na površini dielektrika nagibajo k zmanjšanju električnega polja. Ta lastnost električnih izolacijskih materialov se imenuje dielektrična konstanta dielektrika.
Lastnosti in fizikalne lastnosti materialov
Parametri prevodnikov določajo obseg njihove uporabe. Glavne fizične lastnosti:
- električna upornost - označuje sposobnost snovi, da prepreči prehod električnega toka;
- temperaturni koeficient upora - vrednost, ki označuje spremembo indikatorja glede na temperaturo;
- toplotna prevodnost - količina toplote, ki prehaja na enoto časa skozi plast materiala;
- kontaktna potencialna razlika - nastane, ko prideta v stik dve različni kovini, se uporablja v termoelementi za merjenje temperature;
- natezna trdnost in natezni raztezek - odvisno od vrste kovine.
Ko se vodnik ohladi na kritične temperature, se upornost vodnika nagiba k nič. Ta pojav se imenuje superprevodnost.
Lastnosti, ki označujejo prevodnik:
- električna - upornost in električna prevodnost;
- kemična - interakcija z okoljem, protikorozijska, sposobnost povezovanja z varjenjem ali spajkanjem;
- fizikalna - gostota, tališče.
Značilnost dielektrikov je, da se uprejo učinkom električnega toka. Fizikalne lastnosti električnih izolacijskih materialov:
- dielektrična konstanta - sposobnost izolatorjev, da se polarizirajo v električnem polju;
- specifična volumenska odpornost;
- električna moč;
- tangent dielektrične izgube.
Za izolacijske materiale so značilni naslednji parametri:
- električna - velikost prelomne napetosti, električna moč;
- fizična - toplotna odpornost;
- kemična - topnost v agresivnih sredstvih, odpornost na vlago.
Vrste in klasifikacija dielektričnih materialov
Izolatorji so razdeljeni v skupine po več kriterijih.
Razvrstitev glede na agregacijsko stanje snovi:
- trdna - steklo, keramika, azbest;
- tekoče - rastlinska in sintetična olja, parafin, utekočinjen plin, sintetični dielektriki (silicijeve in organofluorove spojine freon, freon);
- plinasti - zrak, dušik, vodik.
Dielektriki so lahko naravnega ali umetnega izvora, organske ali sintetične narave.
Organski naravni izolacijski materiali vključujejo rastlinska olja, celulozo in gumo. Zanje je značilna nizka toplotna odpornost in odpornost na vlago, hitro staranje. Sintetični organski materiali so različne vrste plastike.
Anorganski dielektriki naravnega izvora vključujejo: sljudo, azbest, muskovit, flogopit. Snovi so odporne na kemične napade, prenesejo visoke temperature.Umetni anorganski dielektrični materiali - steklo, porcelan, keramika.
Zakaj dielektriki ne prevajajo elektrike?
Nizka prevodnost je posledica strukture dielektričnih molekul. Delci snovi so med seboj tesno povezani, ne morejo zapustiti atoma in se premikati po celotnem volumnu materiala. Pod vplivom električnega polja se delci atoma lahko rahlo zrahljajo - polarizirajo.
Glede na mehanizem polarizacije so dielektrični materiali razdeljeni na:
- nepolarne - snovi v različnih agregacijskih stanjih z elektronsko polarizacijo (inertni plini, vodik, polistiren, benzen);
- polarni - imajo dipolno sprostitev in elektronsko polarizacijo (različne smole, celuloza, voda);
- ionski - trdni dielektriki anorganskega izvora (steklo, keramika).
Dielektrične lastnosti snovi niso konstantne. Pod vplivom visoke temperature ali visoke vlažnosti se elektroni odcepijo od jedra in pridobijo lastnosti prostih električnih nabojev. Izolacijske lastnosti dielektrika se v tem primeru zmanjšajo.
Zanesljiv dielektrik je material z nizkim uhajajočim tokom, ki ne presega kritične vrednosti in ne moti delovanja sistema.
Kje se uporabljajo dielektriki in prevodniki?
Materiali se uporabljajo na vseh področjih človeške dejavnosti, kjer se uporablja električni tok: v industriji, kmetijstvu, instrumentarstvu, električnih omrežjih in gospodinjskih električnih aparatih.
Izbira vodnika je odvisna od njegovih tehničnih značilnosti. Najnižjo upornost imajo izdelki iz srebra, zlata, platine.Njihova uporaba je zaradi visokih stroškov omejena na vesoljske in vojaške namene. Baker in aluminij nekoliko slabše prevajata tok, vendar je njihova primerjalna pocenitev privedla do široke uporabe kot žice in kabelski izdelki.
Čiste kovine brez nečistoč bolje prevajajo tok, v nekaterih primerih pa je treba uporabiti prevodnike z visoko upornostjo - za proizvodnjo reostatov, električnih peči in električnih grelnikov. Za te namene se uporabljajo zlitine niklja, bakra, mangana (manganin, konstantan). Električna prevodnost volframa in molibdena je 3-krat nižja kot pri bakru, vendar se njihove lastnosti pogosto uporabljajo pri proizvodnji električnih svetilk in radijskih naprav.
Trdni dielektriki so materiali, ki zagotavljajo varnost in nemoteno delovanje prevodnih elementov. Uporabljajo se kot električni izolacijski material, ki preprečuje uhajanje toka, izolira prevodnike drug od drugega, od ohišja naprave, od tal. Primer takega izdelka so dielektrične rokavice, ki so opisane v našem Članek.
Tekoči dielektriki se uporabljajo v kondenzatorji, napajalni kabli, obtočni hladilni sistemi turbogeneratorjev in visokonapetostnih oljnih odklopnikov. Materiali se uporabljajo kot polnilo in impregnacija.
Plinasti izolacijski materiali. Zrak je naravni izolator, ki zagotavlja tudi odvajanje toplote. Dušik se uporablja na mestih, kjer so oksidativni procesi nesprejemljivi. Vodik se uporablja v močnih generatorjih z visoko toplotno zmogljivostjo.
Usklajeno delo prevodnikov in dielektrikov zagotavlja varno in stabilno delovanje opreme in napajalnih omrežij. Izbira določenega elementa za obravnavano nalogo je odvisna od fizikalnih lastnosti in tehničnih parametrov snovi.
Podobni članki:
