Konduktor dan dielektrik adalah zat fisik yang memiliki tingkat konduktivitas listrik yang berbeda dan bereaksi secara berbeda terhadap efek medan listrik. Sifat material yang berlawanan banyak digunakan di semua bidang teknik elektro.
Isi
Apa itu konduktor dan dielektrik?
konduktor - adalah zat dengan muatan listrik bebas, mampu bergerak secara terarah di bawah pengaruh medan listrik eksternal. Ciri-ciri tersebut dimiliki oleh:
- Logam dan lelehannya;
- karbon alami (batubara keras, grafit);
- elektrolit - larutan garam, asam dan alkali;
- gas terionisasi (plasma).
Properti utama bahanMuatan bebas - elektron dalam konduktor padat dan ion dalam larutan dan meleleh, bergerak melalui seluruh volume konduktor menghantarkan arus listrik. Tegangan listrik yang diterapkan pada konduktor menciptakan arus konduksi. Resistansi spesifik dan konduktivitas listrik adalah indikator utama suatu material.
Sifat bahan dielektrik adalah kebalikan dari konduktor listrik. Dielektrik (isolator) terdiri dari atom dan molekul netral. Mereka tidak memiliki kemampuan untuk memindahkan partikel bermuatan di bawah pengaruh medan listrik. Dielektrik dalam medan listrik mengakumulasi muatan yang tidak terkompensasi pada permukaannya. Mereka membentuk medan listrik yang diarahkan di dalam isolator, polarisasi dielektrik terjadi.
Akibat polarisasi, muatan pada permukaan dielektrik cenderung mengurangi medan listrik. Sifat bahan isolator listrik ini disebut permitivitas dielektrik dielektrik.
Karakteristik dan Sifat Fisik Bahan
Parameter konduktor menentukan bidang aplikasinya. Ciri fisik utama :
- hambatan listrik spesifik - mencirikan kemampuan zat untuk mencegah lewatnya arus listrik;
- koefisien resistansi suhu - nilai yang mencirikan perubahan indeks tergantung pada suhu;
- konduktivitas termal - jumlah panas yang melewati lapisan material per unit waktu;
- beda potensial kontak - terjadi ketika dua logam yang berbeda bersentuhan, digunakan dalam termokopel untuk mengukur suhu;
- kekuatan tarik dan perpanjangan - tergantung pada jenis logam.
Ketika didinginkan sampai suhu kritis, resistansi spesifik konduktor cenderung nol. Fenomena ini disebut superkonduktivitas.
Sifat-sifat yang menjadi ciri konduktor adalah:
- Listrik - hambatan dan konduktivitas listrik;
- kimia - interaksi dengan lingkungan, ketahanan korosi, kemampuan untuk terhubung dengan pengelasan atau penyolderan;
- fisik - kepadatan, titik leleh.
Keunikan dielektrik adalah untuk menahan pengaruh arus listrik. Sifat fisik bahan isolasi listrik:
- permitivitas dielektrik - kemampuan isolator untuk mempolarisasi dalam medan listrik;
- resistensi volumetrik tertentu;
- kekuatan listrik;
- tangen sudut rugi-rugi dielektrik.
Bahan isolasi dicirikan oleh parameter berikut:
- listrik - nilai tegangan tembus, kekuatan listrik;
- fisik - tahan panas;
- kimia - kelarutan dalam agen agresif, tahan kelembaban.
Jenis dan klasifikasi bahan dielektrik
Isolator dibagi menjadi beberapa kelompok menurut beberapa kriteria.
Klasifikasi berdasarkan keadaan agregat materi:
- padat - kaca, keramik, asbes;
- cair - minyak nabati dan sintetis, parafin, gas cair, dielektrik sintetis (senyawa silikon dan organofluorin, pendingin, freon);
- gas - udara, nitrogen dan hidrogen.
Dielektrik dapat berasal dari alam atau buatan, organik atau sintetis.
Bahan isolasi alami organik termasuk minyak nabati, selulosa, karet. Mereka dicirikan oleh ketahanan termal dan kelembaban yang rendah, penuaan yang cepat. Bahan organik sintetis - berbagai jenis plastik.
Dielektrik anorganik yang berasal dari alam meliputi: mika, asbes, muskovit, phlogopite. Zat tersebut tahan terhadap serangan kimia dan tahan terhadap suhu tinggi. Bahan dielektrik anorganik buatan adalah kaca, porselen, dan keramik.
Mengapa dielektrik tidak menghantarkan arus listrik
Konduktivitas yang rendah disebabkan oleh struktur molekul dielektrik. Partikel materi terikat erat satu sama lain, tidak dapat meninggalkan batas atom dan bergerak sepanjang volume materi. Di bawah pengaruh medan listrik, partikel atom mampu sedikit mengendur - polarisasi.
Tergantung pada mekanisme polarisasi, bahan dielektrik dibagi menjadi:
- non-polar - zat dalam keadaan agregat berbeda dengan polarisasi elektronik (gas inert, hidrogen, polistirena, benzena);
- polar - memiliki relaksasi dipol dan polarisasi elektron (berbagai resin, selulosa, air);
- Ionik - dielektrik padat yang berasal dari anorganik (kaca, keramik).
Sifat dielektrik suatu zat tidak konstan. Di bawah pengaruh suhu tinggi atau kelembaban tinggi, elektron terlepas dari nukleus dan memperoleh sifat-sifat muatan listrik bebas. Dalam hal ini, sifat isolasi dielektrik berkurang.
Dielektrik yang andal adalah bahan dengan arus bocor rendah yang tidak melebihi nilai kritis dan tidak mengganggu operasi sistem.
Di mana dielektrik dan konduktor digunakan
Bahan digunakan di semua bidang aktivitas manusia yang menggunakan arus listrik: dalam industri, pertanian, pembuatan instrumen, jaringan listrik, dan peralatan rumah tangga.
Pilihan konduktor ditentukan oleh karakteristik teknisnya. Produk yang terbuat dari perak, emas dan platinum memiliki ketahanan spesifik terendah. Penggunaannya terbatas pada ruang dan keperluan militer karena biayanya yang tinggi. Tembaga dan aluminium bukanlah konduktor yang baik, tetapi harganya yang relatif murah telah menyebabkan penggunaannya secara luas sebagai kabel dan produk kabel.
Logam murni tanpa pengotor mengalirkan arus lebih baik, tetapi dalam beberapa kasus perlu menggunakan konduktor dengan resistivitas tinggi - untuk produksi rheostat, tungku listrik, perangkat pemanas listrik. Paduan nikel, tembaga, mangan (manganin, konstantan) digunakan untuk tujuan ini. Konduktivitas listrik tungsten dan molibdenum 3 kali lebih rendah dari tembaga, tetapi sifat mereka banyak digunakan dalam produksi lampu listrik dan perangkat radio.
Dielektrik padat - bahan yang memastikan keamanan dan kelancaran operasi elemen penghantar arus. Mereka digunakan sebagai bahan isolasi listrik, mencegah kebocoran arus, mengisolasi konduktor dari satu sama lain, dari badan perangkat, dari tanah. Contoh dari produk semacam itu adalah sarung tangan dielektrik, yang tertulis di kami artikel.
Dielektrik cair digunakan dalam kapasitor, kabel listrikBahan tersebut digunakan sebagai bahan pengisi dan impregnasi dalam sistem pendingin sirkulasi generator turbin dan pemutus sirkuit oli tegangan tinggi. Bahan tersebut digunakan sebagai pengisi dan impregnasi.
Bahan isolasi gas. Udara adalah isolator alami yang juga menyediakan pembuangan panas. Nitrogen digunakan di tempat-tempat di mana proses oksidasi tidak dapat diterima. Hidrogen digunakan dalam generator yang kuat dengan kapasitas panas yang tinggi.
Pengoperasian konduktor dan dielektrik yang terkoordinasi memastikan pengoperasian peralatan dan jaringan catu daya yang aman dan stabil. Pilihan elemen tertentu untuk tugas tergantung pada sifat fisik dan parameter teknis zat tersebut.
Artikel terkait:
