המוליכות החשמלית של דיאלקטריות היא מאפיין פיזיקלי חשוב. מידע על זה מאפשר לך לזהות תחומי יישום של חומרים.
תנאים
לפי מוליכות הזרם החשמלי, חומרים מחולקים לקבוצות:
- dilectrics;
- מוליכים למחצה;
- conductors.
מתכות הן מוליכות זרם מצוינות - המוליכות החשמלית שלהן מגיעה ל-106-108 (אוהם m)-1.
וחומרים דיאלקטריים אינם מסוגלים להוליך חשמל, ולכן הם משמשים כמבודדים. אין להם נושאי מטען חופשיים, שונים במבנה הדיפול של מולקולות.
מוליכים למחצה הם חומרים מוצקים עם ערכי מוליכות ביניים.
Classification
כל החומרים הדיאלקטריים מחולקים לסוגים קוטביים ולא-קוטביים. במבודדים קוטביים, מרכזי המטענים החיוביים והשליליים נמצאים מחוץ למרכז. המולקולות של חומרים כאלה דומות בפרמטרים החשמליים שלהן לדיפול קשיח, שיש לו מומנט דיפול משלו. מים יכולים לשמש כדיאלקטרי קוטבי.אמוניה, מימן כלורי.
דיאלקטריות לא קוטביות נבדלות בצירוף מקרים של מרכזי מטענים חיוביים ושליליים. הם דומים במאפיינים החשמליים לדיפול אלסטי. דוגמאות למבודדים כאלה הם מימן, חמצן, פחמן טטרכלוריד.
מוליכות חשמלית
המוליכות החשמלית של דיאלקטריות מוסברת על ידי נוכחותם של מספר קטן של אלקטרונים חופשיים במולקולות שלהם. עם תזוזה של מטענים בתוך החומר על פני פרק זמן מסוים, נצפית כינון הדרגתי של מיקום שיווי משקל, וזו הסיבה להופעת זרם. המוליכות החשמלית של דיאלקטריות קיימת ברגע כיבוי והדלקת המתח. לדוגמאות טכניות של מבודדים יש את המספר המרבי של חיובים בחינם, לכן מופיעים בהם זרמי דרך לא משמעותיים.
המוליכות החשמלית של דיאלקטריות במקרה של ערך מתח קבוע מחושבת מזרם המעבר. תהליך זה כולל שחרור וניטרול המטענים הקיימים על האלקטרודות. במקרה של מתח חילופין, ערך המוליכות הפעילה מושפע לא רק מהזרם העובר, אלא גם מהרכיבים הפעילים של זרמי הקיטוב.
התכונות החשמליות של דיאלקטריות תלויות בצפיפות הזרם, בהתנגדות החומר.
סוליד דיאלקטרי
המוליכות החשמלית של דיאלקטריות מוצקות מחולקת לכמות גדולה ולמשטח. כדי להשוות פרמטרים אלה עבור חומרים שונים, נעשה שימוש בערכים של נפח ספציפי וספציפי משטח.התנגדות.
מוליכות מלאה היא סכום שני הערכים הללו, ערכה תלוי בלחות הסביבה ובטמפרטורת הסביבה. במקרה של פעולה רציפה במתח, יש ירידה בזרם המעבר העובר דרך מבודדים נוזליים ומוצקים.
ובמקרה של עלייה בזרם לאחר פרק זמן מסוים, אפשר לדבר על כך שיתרחשו תהליכים בלתי הפיכים בתוך החומר, שיובילו להרס (התמוטטות הדיאלקטרי).
תכונות של המצב הגזי
לדיאלקטריות גזים יש מוליכות חשמלית זניחה אם חוזק השדה מקבל ערכי מינימום. התרחשות של זרם בחומרים גזים אפשריים רק באותם מקרים שבהם הם מכילים אלקטרונים חופשיים או יונים טעונים.
דיאלקטריות גזים הם מבודדים באיכות גבוהה, ולכן הם משמשים באלקטרוניקה מודרנית בנפחים גדולים. יינון בחומרים כאלה נגרמת על ידי גורמים חיצוניים.
עקב התנגשויות של יוני גזים, כמו גם בחשיפה תרמית, חשיפה לאולטרה סגול או לקרני רנטגן, נצפה גם תהליך היווצרות של מולקולות ניטרליות (רקומבינציה). הודות לתהליך זה, הגדלת מספר היונים בגז מוגבלת, נוצר ריכוז מסוים של חלקיקים טעונים בפרק זמן קצר לאחר חשיפה למקור יינון חיצוני.
בתהליך הגדלת המתח המופעל על הגז, תנועת היונים לאלקטרודות עולה. הם לאיש זמן לשלב מחדש, אז הם נפרקים באלקטרודות. עם עלייה עוקבת במתח, הזרם אינו עולה, הוא נקרא זרם רוויה.
בהתחשב בדיאלקטריים לא קוטביים, אנו שמים לב שהאוויר הוא מבודד מושלם.
דיאלקטרי נוזלי
המוליכות החשמלית של דיאלקטריות נוזליות מוסברת על ידי המוזרויות של המבנה של מולקולות נוזל. ממיסים לא קוטביים מכילים זיהומים מפורקים, כולל לחות. במולקולות קוטביות, המוליכות של הזרם החשמלי מוסברת גם בתהליך ההתפרקות ליונים של הנוזל עצמו.
במצב צבירה זה, הזרם נגרם גם מתנועה של חלקיקים קולואידים. בשל חוסר האפשרות להסיר לחלוטין זיהומים מדיאלקטרי כזה, נוצרות בעיות בהשגת נוזלים בעלי מוליכות זרם נמוכה.
כל סוגי הבידוד כוללים חיפוש אחר אפשרויות להפחתת המוליכות הספציפית של דיאלקטריים. לדוגמה, זיהומים מוסרים, מחוון הטמפרטורה מותאם. עלייה בטמפרטורה גורמת לירידה בצמיגות, לעלייה בניידות של יונים ולעלייה בדרגת הניתוק התרמי. גורמים אלה משפיעים על המוליכות של חומרים דיאלקטריים.
מוליכות חשמלית של מוצקים
זה מוסבר על ידי תנועה של לא רק יונים של המבודד עצמו, אלא גם חלקיקים טעונים של זיהומים הכלולים בתוך החומר המוצק. כאשר הוא עובר דרך המבודד המוצק, מתרחשת הסרה חלקית של זיהומים, אשר בהדרגהמשפיע על ההולכה. אם לוקחים בחשבון את המאפיינים המבניים של סריג הגביש, התנועה של חלקיקים טעונים נובעת מתנודות בתנועה התרמית.
בטמפרטורות נמוכות, יוני טומאה חיוביים ושליליים נעים. סוגים כאלה של בידוד אופייניים לחומרים בעלי מבנה גבישי מולקולרי ואטומי.
עבור גבישים אנזוטרופיים, הערך של מוליכות ספציפית משתנה בהתאם לצירים שלו. לדוגמה, בקוורץ בכיוון המקביל לציר הראשי, הוא חורג פי 1000 מהמיקום הניצב.
בדיאלקטריים נקבוביים מוצקים, שבהם אין כמעט לחות, עלייה קלה בהתנגדות החשמלית מובילה לעלייה בהתנגדות החשמלית שלהם. חומרים המכילים זיהומים מסיסים במים מראים ירידה משמעותית בעמידות הנפח עקב שינויים בלחות.
קיטוב של דיאלקטריים
תופעה זו קשורה לשינוי במיקומם של חלקיקי המבודד בחלל, מה שמוביל לרכישת מומנט חשמלי (מושרה) כלשהו על ידי כל נפח מקרוסקופי של הדיאלקטרי.
יש קיטוב שמתרחש בהשפעת שדה חיצוני. הם גם מבחינים בגרסה ספונטנית של קיטוב המופיעה גם בהיעדר שדה חיצוני.
האפשריות היחסית מאופיינת ב:
- קיבול של קבל עם דיאלקטרי זה;
- גודלו בוואקום.
תהליך זה מלווה בהופעתפני השטח של הדיאלקטרי של מטענים קשורים, המפחיתים את כמות המתח בתוך החומר.
במקרה של היעדר מוחלט של שדה חיצוני, לאלמנט נפרד מהנפח הדיאלקטרי אין מומנט חשמלי, שכן סכום כל המטענים הוא אפס ויש צירוף מקרים של מטענים שליליים וחיוביים ב רווח.
אפשרויות קיטוב
במהלך קיטוב אלקטרונים, מתרחש תזוזה בהשפעת שדה חיצוני של קליפות האלקטרונים של האטום. בגרסה היונית, נצפה תזוזה של אתרי הסריג. קיטוב דיפול מאופיין בהפסדים כדי להתגבר על כוחות חיכוך וחיבור פנימיים. הגרסה המבנית של קיטוב נחשבת לתהליך האיטי ביותר, היא מאופיינת בכיוון של זיהומים מקרוסקופיים לא-הומוגניים.
מסקנה
חומרי בידוד חשמליים הם חומרים המאפשרים לך להשיג בידוד אמין של חלק מהרכיבים של ציוד חשמלי תחת פוטנציאלים חשמליים מסוימים. בהשוואה למוליכי זרם, למבודדים רבים יש התנגדות חשמלית גבוהה משמעותית. הם מסוגלים ליצור שדות חשמליים חזקים ולצבור אנרגיה נוספת. תכונה זו של מבודדים היא המשמשת בקבלים מודרניים.
בהתאם להרכב הכימי, הם מחולקים לחומרים טבעיים וסינתטיים. הקבוצה השנייה היא המרובה ביותר, לכן המבודדים הללו משמשים במגוון מכשירי חשמל.
בהתאם למאפיינים הטכנולוגיים, מבנה, הרכב, סרט, קרמיקה, שעווה, מבודדים מבודדים.
כאשר מגיעים למתח הפריצה, נצפה תקלה, המובילה לעלייה חדה בגודל הזרם החשמלי. בין המאפיינים האופייניים לתופעה כזו, ניתן לפרט תלות קלה של כוח במתח ובטמפרטורה, בעובי.
