A vezetők és a dielektrikumok olyan fizikai anyagok, amelyek különböző mértékű elektromos vezetőképességgel rendelkeznek, és különbözőképpen reagálnak az elektromos mező hatására. Az ellentétes anyagtulajdonságokat széles körben használják az elektrotechnika minden területén.
Tartalom
Mik a vezetők és a dielektrikumok
Vezetők - olyan szabad elektromos töltéssel rendelkező anyagok, amelyek külső elektromos tér hatására véletlenszerűen mozoghatnak. Ilyen jellemzőkkel rendelkeznek:
- fémek és olvadékaik;
- természetes szén (kőszén, grafit);
- elektrolitok - sók, savak és lúgok oldatai;
- ionizált gáz (plazma).
Az anyagok fő tulajdonságaA szabad töltések - az elektronok a szilárd vezetőkben és az ionok az oldatokban és olvadékokban - a vezető teljes térfogatán keresztül mozogva elektromos áramot vezetnek. Amikor egy vezetőre elektromos feszültséget kapcsolunk, vezető áram keletkezik. A fajlagos ellenállás és az elektromos vezetőképesség az anyag fő mutatói.
A dielektromos anyagok tulajdonságai a vezetők tulajdonságainak ellentétei. villamosenergia. Dielektrikumok (szigetelők) semleges atomokból és molekulákból állnak. Nem képesek elektromos tér hatására töltött részecskéket mozgatni. A dielektrikumok elektromos térben kompenzálatlan töltéseket halmoznak fel a felületükön. Elektromos mezőt képeznek, amely a szigetelő belsejébe irányul, a dielektrikum polarizációja következik be.
A polarizáció következtében a dielektromos felületen lévő töltések az elektromos mezőt csökkenteni igyekeznek. A szigetelőanyagoknak ezt a tulajdonságát a szigetelő dielektromos állandójának nevezzük.
Az anyagok jellemzői és fizikai tulajdonságai
A vezetők paraméterei határozzák meg alkalmazási területüket. A főbb fizikai jellemzők a következők:
- elektromos ellenállás - az anyag azon képességét jellemzi, hogy akadályozza az elektromos áram áthaladását;
- Az ellenállás hőmérsékleti együtthatója egy olyan érték, amely a mutató változását jellemzi a hőmérséklet függvényében;
- hővezető képesség - az a hőmennyiség, amely egy anyagrétegen időegységenként áthalad;
- érintkezési potenciálkülönbség - akkor keletkezik, amikor két különböző fém érintkezik, ezt használják a hőelemek a hőmérséklet mérésére;
- szakítószilárdság és nyúlás - a fém fajtájától függ.
Kritikus hőmérsékletre hűtve a vezető fajlagos ellenállása nullához közelít. Ezt a jelenséget szupravezetésnek nevezik.
A vezetőre jellemző tulajdonságok a következők:
- Elektromos - ellenállás és elektromos vezetőképesség;
- kémiai - kölcsönhatás a környezettel, korrózióállóság, hegesztéssel vagy forrasztással való összeilleszthetőség;
- fizikai - sűrűség, olvadáspont.
A dielektrikumok sajátossága, hogy ellenállnak az elektromos áram hatásának. A szigetelőanyagok fizikai tulajdonságai:
- dielektromos permittivitás - a szigetelők azon képessége, hogy elektromos térben polarizálódnak;
- fajlagos térfogati ellenállás;
- elektromos szilárdság;
- disszipációs tényező.
A szigetelőanyagokat a következő paraméterek alapján jellemzik:
- elektromos - átütési feszültség értéke, elektromos szilárdság;
- fizikai - hőállóság;
- kémiai - agresszív szerekben való oldhatóság, nedvességállóság.
A szigetelőanyagok típusai és osztályozása
A szigetelőket több szempont szerint csoportokra osztják.
Az anyag összesített állapota szerinti osztályozás:
- szilárd - üveg, kerámia, azbeszt;
- folyékony - növényi és szintetikus olajok, paraffin, cseppfolyósított gáz, szintetikus dielektrikumok (szilícium és fluorozott szerves vegyületek, hűtőfolyadék, freon);
- gáznemű - levegő, nitrogén és hidrogén.
A dielektrikumok lehetnek természetes vagy mesterséges eredetűek, szerves vagy szintetikus jellegűek.
A természetes szerves szigetelőanyagok közé tartoznak a növényi olajok, a cellulóz, a gumi. Alacsony hő- és nedvességállóság és gyors öregedés jellemzi őket. Szintetikus szerves anyagok - különböző típusú műanyagok.
Természetes eredetű szervetlen dielektrikumok: csillám, azbeszt, muskovit, flogopit. Ezek az anyagok ellenállnak a vegyi támadásoknak és ellenállnak a magas hőmérsékletnek. A mesterséges szervetlen dielektromos anyagok az üveg, a porcelán és a kerámia.
Miért nem vezetik a dielektrikumok az elektromosságot
Az alacsony vezetőképességet a dielektromos molekulák szerkezete okozza. Az anyag részecskéi szorosan össze vannak kötve, nem képesek elhagyni az atom határait, és az anyag térfogatán belül mozognak. Elektromos tér hatására az atomi részecskék képesek kissé meglazulni - polarizálódni.
A polarizációs mechanizmustól függően a dielektromos anyagok a következőkre oszthatók
- nem poláris - különböző aggregátumú, elektronikus polarizációval rendelkező anyagok (inert gázok, hidrogén, polisztirol, benzol);
- polárisak - dipólrelaxációval és elektronpolarizációval rendelkeznek (különböző gyanták, cellulóz, víz);
- Ionikus - szilárd szervetlen dielektrikumok (üveg, kerámia).
Egy anyag dielektromos tulajdonságai nem állandóak. Magas hőmérséklet vagy magas páratartalom hatására az elektronok leválnak az atommagról, és a szabad elektromos töltések tulajdonságait nyerik el. A dielektrikum szigetelő tulajdonságai ekkor csökkennek.
A megbízható dielektrikum olyan anyag, amelynek szivárgási árama alacsony, nem haladja meg a kritikus értéket, és nem zavarja a rendszer működését.
Ahol dielektrikumokat és vezetőket használnak
Az anyagokat az emberi tevékenység minden olyan területén használják, ahol elektromos áramot használnak: az iparban, a mezőgazdaságban, a műszertechnikában, az elektromos hálózatokban és a háztartási készülékekben.
A vezeték kiválasztását annak műszaki jellemzői határozzák meg. Az ezüst, az arany és a platina termékek rendelkeznek a legalacsonyabb fajlagos ellenállással. Használatuk magas költségük miatt az űr- és katonai alkalmazásokra korlátozódik. A réz és az alumínium kevésbé vezetőképes, de viszonylagos olcsóságuk miatt széles körben használják őket vezetékek és kábelek.
A szennyeződések nélküli tiszta fémek jobban vezetik az áramot, de bizonyos esetekben nagy ellenállású vezetőket kell használni - reosztátok, elektromos sütők, elektromos fűtőberendezések gyártásához. Erre a célra nikkel, réz, mangán (mangán, constantan) ötvözeteket használnak. A volfrám és a molibdén elektromos vezetőképessége 3-szor kisebb, mint a rézé, de tulajdonságaikat széles körben használják az elektromos lámpák és a rádiós eszközök gyártásában.
A szilárd dielektrikumok olyan anyagok, amelyek biztosítják a vezető elemek biztonságát és zavartalan működését. Elektromos szigetelőanyagként használják, megakadályozzák az áramszivárgást, szigetelik a vezetőket egymás között, a készülék testétől, a földtől. Ilyen termék például a dielektromos kesztyű, amelyet az alábbiakban ismertetünk cikk.
A folyékony dielektrikumokat a következőkben használják kondenzátorok, tápkábelekAz anyagokat turbinagenerátorok és nagyfeszültségű olajos megszakítók hűtőkörében használják. Az anyagokat töltőanyagként és impregnálószerként használják.
Gáznemű szigetelőanyagok. A levegő természetes szigetelőanyag, amely egyben hőelvezetést is biztosít. A nitrogént olyan helyeken használják, ahol az oxidációs folyamatok elfogadhatatlanok. A hidrogént nagy teljesítményű, nagy hőkapacitású generátorokban használják.
A vezetők és a dielektrikumok harmóniában működnek együtt az elektromos berendezések és hálózatok biztonságos és stabil működése érdekében. Egy adott elem kiválasztása egy adott feladathoz az anyag fizikai tulajdonságaitól és műszaki paramétereitől függ.
Kapcsolódó cikkek:
