Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των διηλεκτρικών είναι ένα σημαντικό φυσικό χαρακτηριστικό. Οι πληροφορίες σχετικά με αυτό σας επιτρέπουν να προσδιορίσετε τομείς εφαρμογής των υλικών.
Όροι
Σύμφωνα με την αγωγιμότητα του ηλεκτρικού ρεύματος, οι ουσίες χωρίζονται σε ομάδες:
- διηλεκτρικά;
- ημιαγωγοί;
- conductors.
Τα μέταλλα είναι εξαιρετικοί αγωγοί ρεύματος - η ηλεκτρική τους αγωγιμότητα φτάνει τα 106-108 (Ohm m)-1.
Και τα διηλεκτρικά υλικά δεν είναι ικανά να μεταφέρουν ηλεκτρισμό, επομένως χρησιμοποιούνται ως μονωτές. Δεν έχουν δωρεάν φορείς φόρτισης, διαφέρουν ως προς τη διπολική δομή των μορίων.
Οι ημιαγωγοί είναι στερεά υλικά με ενδιάμεσες τιμές αγωγιμότητας.
Ταξινόμηση
Όλα τα διηλεκτρικά υλικά χωρίζονται σε πολικούς και μη πολικούς τύπους. Στους πολικούς μονωτές, τα κέντρα θετικών και αρνητικών φορτίων είναι εκτός κέντρου. Τα μόρια τέτοιων ουσιών είναι παρόμοια στις ηλεκτρικές τους παραμέτρους με ένα άκαμπτο δίπολο, το οποίο έχει τη δική του διπολική ροπή. Το νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πολικά διηλεκτρικά.αμμωνία, υδροχλώριο.
Τα μη πολικά διηλεκτρικά διακρίνονται από τη σύμπτωση των κέντρων θετικών και αρνητικών φορτίων. Είναι παρόμοια σε ηλεκτρικά χαρακτηριστικά με ένα ελαστικό δίπολο. Παραδείγματα τέτοιων μονωτών είναι το υδρογόνο, το οξυγόνο, ο τετραχλωράνθρακας.
Ηλεκτρική αγωγιμότητα
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των διηλεκτρικών εξηγείται από την παρουσία ενός μικρού αριθμού ελεύθερων ηλεκτρονίων στα μόριά τους. Με τη μετατόπιση των φορτίων στο εσωτερικό της ουσίας για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, παρατηρείται σταδιακή καθιέρωση μιας θέσης ισορροπίας, η οποία είναι η αιτία για την εμφάνιση ρεύματος. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των διηλεκτρικών υπάρχει τη στιγμή της απενεργοποίησης και ενεργοποίησης της τάσης. Τα τεχνικά δείγματα μονωτών έχουν τον μέγιστο αριθμό δωρεάν χρεώσεων, επομένως εμφανίζονται σε αυτά ασήμαντα διαμπερή ρεύματα.
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των διηλεκτρικών στην περίπτωση σταθερής τιμής τάσης υπολογίζεται από το διαμπερές ρεύμα. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την απελευθέρωση και εξουδετέρωση των υπαρχόντων φορτίων στα ηλεκτρόδια. Στην περίπτωση της εναλλασσόμενης τάσης, η τιμή της ενεργού αγωγιμότητας επηρεάζεται όχι μόνο από το διαμπερές ρεύμα, αλλά και από τα ενεργά συστατικά των ρευμάτων πόλωσης.
Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των διηλεκτρικών εξαρτώνται από την πυκνότητα ρεύματος, την αντίσταση του υλικού.
Στερεά Διηλεκτρικά
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των στερεών διηλεκτρικών χωρίζεται σε όγκο και επιφάνεια. Για τη σύγκριση αυτών των παραμέτρων για διαφορετικά υλικά, χρησιμοποιούνται οι τιμές του συγκεκριμένου όγκου και της ειδικής επιφάνειας.αντίσταση.
Η πλήρης αγωγιμότητα είναι το άθροισμα αυτών των δύο τιμών, η τιμή της εξαρτάται από την υγρασία του περιβάλλοντος και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στην περίπτωση συνεχούς λειτουργίας υπό τάση, υπάρχει μείωση του ρεύματος που διέρχεται από υγρούς και στερεούς μονωτές.
Και σε περίπτωση αύξησης του ρεύματος μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, μπορούμε να μιλήσουμε για το γεγονός ότι θα συμβούν μη αναστρέψιμες διεργασίες στο εσωτερικό της ουσίας, που θα οδηγήσουν σε καταστροφή (διάσπαση του διηλεκτρικού).
Χαρακτηριστικά της αέριας κατάστασης
Τα αέρια διηλεκτρικά έχουν αμελητέα ηλεκτρική αγωγιμότητα εάν η ένταση του πεδίου λάβει ελάχιστες τιμές. Η εμφάνιση ρεύματος σε αέριες ουσίες είναι δυνατή μόνο στις περιπτώσεις που περιέχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια ή φορτισμένα ιόντα.
Τα αέρια διηλεκτρικά είναι υψηλής ποιότητας μονωτήρες, επομένως χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα ηλεκτρονικά σε μεγάλους όγκους. Ο ιονισμός σε τέτοιες ουσίες προκαλείται από εξωτερικούς παράγοντες.
Λόγω των συγκρούσεων ιόντων αερίων, καθώς και υπό θερμική έκθεση, έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία ή ακτίνες Χ, παρατηρείται επίσης η διαδικασία σχηματισμού ουδέτερων μορίων (ανασυνδυασμός). Χάρη σε αυτή τη διαδικασία, η αύξηση του αριθμού των ιόντων στο αέριο είναι περιορισμένη, μια ορισμένη συγκέντρωση φορτισμένων σωματιδίων δημιουργείται σε σύντομο χρονικό διάστημα μετά την έκθεση σε μια εξωτερική πηγή ιονισμού.
Κατά τη διαδικασία αύξησης της τάσης που εφαρμόζεται στο αέριο, η κίνηση των ιόντων προς τα ηλεκτρόδια αυξάνεται. Δεν είναιέχουν χρόνο να ανασυνδυαστούν, ώστε να αποφορτίζονται στα ηλεκτρόδια. Με μια επακόλουθη αύξηση της τάσης, το ρεύμα δεν αυξάνεται, ονομάζεται ρεύμα κορεσμού.
Λαμβάνοντας υπόψη τα μη πολικά διηλεκτρικά, σημειώνουμε ότι ο αέρας είναι τέλειος μονωτής.
Υγρά διηλεκτρικά
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των υγρών διηλεκτρικών εξηγείται από τις ιδιαιτερότητες της δομής των υγρών μορίων. Οι μη πολικοί διαλύτες περιέχουν διασπασμένες ακαθαρσίες, συμπεριλαμβανομένης της υγρασίας. Στα πολικά μόρια, η αγωγιμότητα του ηλεκτρικού ρεύματος εξηγείται επίσης από τη διαδικασία αποσύνθεσης σε ιόντα του ίδιου του υγρού.
Σε αυτήν την κατάσταση συσσωμάτωσης, το ρεύμα προκαλείται επίσης από την κίνηση των κολλοειδών σωματιδίων. Λόγω της αδυναμίας πλήρους απομάκρυνσης των ακαθαρσιών από ένα τέτοιο διηλεκτρικό, προκύπτουν προβλήματα στη λήψη υγρών με χαμηλή αγωγιμότητα ρεύματος.
Όλοι οι τύποι μόνωσης περιλαμβάνουν την αναζήτηση επιλογών για τη μείωση της ειδικής αγωγιμότητας των διηλεκτρικών. Για παράδειγμα, αφαιρούνται ακαθαρσίες, ρυθμίζεται ο δείκτης θερμοκρασίας. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση του ιξώδους, αύξηση της κινητικότητας των ιόντων και αύξηση του βαθμού θερμικής διάστασης. Αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν την αγωγιμότητα των διηλεκτρικών υλικών.
Ηλεκτρική αγωγιμότητα στερεών
Εξηγείται από την κίνηση όχι μόνο των ιόντων του ίδιου του μονωτή, αλλά και των φορτισμένων σωματιδίων ακαθαρσιών που περιέχονται μέσα στο στερεό υλικό. Καθώς διέρχεται από τον στερεό μονωτήρα, συμβαίνει μερική απομάκρυνση των ακαθαρσιών, η οποία σταδιακάεπηρεάζει την αγωγιμότητα. Λαμβάνοντας υπόψη τα δομικά χαρακτηριστικά του κρυσταλλικού πλέγματος, η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων οφείλεται σε διακυμάνσεις στη θερμική κίνηση.
Σε χαμηλές θερμοκρασίες, κινούνται θετικά και αρνητικά ιόντα ακαθαρσίας. Τέτοιοι τύποι απομόνωσης είναι τυπικοί για ουσίες με μοριακή και ατομική κρυσταλλική δομή.
Για τους ανισότροπους κρυστάλλους, η τιμή της ειδικής αγωγιμότητας ποικίλλει ανάλογα με τους άξονές τους. Για παράδειγμα, στον χαλαζία στην κατεύθυνση παράλληλη προς τον κύριο άξονα, υπερβαίνει την κάθετη θέση κατά 1000 φορές.
Στα στερεά πορώδη διηλεκτρικά, όπου πρακτικά δεν υπάρχει υγρασία, μια ελαφρά αύξηση της ηλεκτρικής αντίστασης οδηγεί σε αύξηση της ηλεκτρικής τους αντίστασης. Ουσίες που περιέχουν υδατοδιαλυτές ακαθαρσίες παρουσιάζουν σημαντική μείωση στην αντίσταση όγκου λόγω αλλαγών στην υγρασία.
πόλωση διηλεκτρικών
Αυτό το φαινόμενο σχετίζεται με μια αλλαγή στη θέση των σωματιδίων του μονωτή στο χώρο, η οποία οδηγεί στην απόκτηση κάποιας ηλεκτρικής (επαγόμενης) ροπής από κάθε μακροσκοπικό όγκο του διηλεκτρικού.
Υπάρχει μια πόλωση που συμβαίνει υπό την επίδραση ενός εξωτερικού πεδίου. Διακρίνουν επίσης μια αυθόρμητη εκδοχή πόλωσης που εμφανίζεται ακόμη και απουσία εξωτερικού πεδίου.
Η σχετική διαπερατότητα χαρακτηρίζεται από:
- χωρητικότητα ενός πυκνωτή με αυτό το διηλεκτρικό;
- το μέγεθός του στο κενό.
Αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από την εμφάνιση τουη επιφάνεια του διηλεκτρικού των δεσμευμένων φορτίων, τα οποία μειώνουν την ένταση στο εσωτερικό της ουσίας.
Σε περίπτωση πλήρους απουσίας εξωτερικού πεδίου, ένα ξεχωριστό στοιχείο του διηλεκτρικού όγκου δεν έχει ηλεκτρική ροπή, αφού το άθροισμα όλων των φορτίων είναι μηδέν και υπάρχει σύμπτωση αρνητικών και θετικών φορτίων σε διάστημα.
Επιλογές πόλωσης
Κατά τη διάρκεια της πόλωσης ηλεκτρονίων, συμβαίνει μια μετατόπιση υπό την επίδραση ενός εξωτερικού πεδίου των ηλεκτρονιακών κελυφών του ατόμου. Στην ιοντική παραλλαγή, παρατηρείται μετατόπιση των θέσεων του πλέγματος. Η διπολική πόλωση χαρακτηρίζεται από απώλειες για την υπέρβαση της εσωτερικής τριβής και των δυνάμεων σύνδεσης. Η δομική εκδοχή της πόλωσης θεωρείται η πιο αργή διαδικασία, χαρακτηρίζεται από τον προσανατολισμό των ανομοιογενών μακροσκοπικών ακαθαρσιών.
Συμπέρασμα
Τα ηλεκτρικά μονωτικά υλικά είναι ουσίες που σας επιτρέπουν να αποκτήσετε αξιόπιστη μόνωση ορισμένων εξαρτημάτων του ηλεκτρικού εξοπλισμού κάτω από ορισμένα ηλεκτρικά δυναμικά. Σε σύγκριση με τους αγωγούς ρεύματος, πολλοί μονωτές έχουν σημαντικά υψηλότερη ηλεκτρική αντίσταση. Είναι σε θέση να δημιουργούν ισχυρά ηλεκτρικά πεδία και να συσσωρεύουν επιπλέον ενέργεια. Είναι αυτή η ιδιότητα των μονωτών που χρησιμοποιείται στους σύγχρονους πυκνωτές.
Ανάλογα με τη χημική σύσταση χωρίζονται σε φυσικά και συνθετικά υλικά. Η δεύτερη ομάδα είναι η πιο πολυάριθμη, επομένως είναι αυτοί οι μονωτές που χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία ηλεκτρικών συσκευών.
Ανάλογα με τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά, απομονώνονται η δομή, η σύνθεση, το φιλμ, το κεραμικό, το κερί, οι ορυκτές μονωτές.
Όταν επιτευχθεί η τάση διάσπασης, παρατηρείται βλάβη, που οδηγεί σε απότομη αύξηση του μεγέθους του ηλεκτρικού ρεύματος. Ανάμεσα στα χαρακτηριστικά γνωρίσματα ενός τέτοιου φαινομένου, μπορεί κανείς να ξεχωρίσει μια ελαφρά εξάρτηση της αντοχής από την τάση και τη θερμοκρασία, το πάχος.
