導体と誘電体は、電気伝導度が異なり、電界の影響に対して異なる反応を示す物理的物質です。相反する材料特性は、電気工学のあらゆる分野で広く使用されています。
導体と誘電体とは
指揮者 - 外部電場の影響下で一方向に移動できる、自由電荷を持つ物質です。そのような機能は次のものによって所有されています。
- 金属とその溶融物;
- 天然炭素（硬質炭、グラファイト);
- 電解質 - 塩、酸、アルカリの溶液;
- 電離ガス（プラズマ).
材料の主な特性自由電荷 - 固体導体内の電子と、溶液および溶融物内のイオンが、導体の全体積を移動して電流を伝導します。導体に電圧を加えると、伝導電流が発生します。比抵抗と導電率は、材料の主な指標です。
誘電体の特性は導体の反対です 電気.誘電体 (絶縁体) は、中性の原子と分子で構成されています。それらは、電場の影響下で荷電粒子を動かす能力を持っていません。電界中の誘電体は、その表面に補償されていない電荷を蓄積します。それらは絶縁体の内部に向けられた電界を形成し、誘電体の分極が発生します。
分極の結果、誘電体表面の電荷は電界を減少させる傾向があります。電気絶縁材料のこの特性は、誘電体の誘電率と呼ばれます。
材料の特性と物性
導体のパラメータは、適用分野を決定します。主な身体的特徴:
- 比電気抵抗 - 電流の通過を妨げる物質の能力を特徴付けます。
- 抵抗温度係数 - 温度に応じた指数の変化を特徴付ける値。
- 熱伝導率 - 単位時間あたりに材料の層を通過する熱量。
- 接触電位差 - 2 つの異なる金属が接触したときに発生し、 熱電対 温度測定用;
- 引張強度と伸び - 金属の種類によって異なります。
臨界温度まで冷却すると、導体の比抵抗はゼロになる傾向があります。この現象は超伝導と呼ばれます。
導体を特徴付ける特性は次のとおりです。
- 電気 - 抵抗と導電率;
- 化学 - 環境との相互作用、耐食性、溶接またははんだ付けによる接続能力;
- 物理 - 密度、融点。
誘電体の特性は、電流の影響に抵抗することです。電気絶縁材料の物性：
- 誘電率 - 絶縁体が電場で分極する能力。
- 特定の体積抵抗;
- 耐電圧;
- 誘電損失の角度のタンジェント。
断熱材は、次のパラメータによって特徴付けられます。
- 電気 - 絶縁破壊電圧値、電気的強度;
- 物理的 - 熱抵抗;
- 化学物質 - 攻撃的な薬剤への溶解性、耐湿性。
誘電体の種類と分類
絶縁体は、いくつかの基準に従ってグループに分けられます。
物質の集合状態による分類:
- 固体 - ガラス、セラミック、アスベスト;
- 液体 - 植物油および合成油、パラフィン、液化ガス、合成誘電体（シリコンおよび有機フッ素化合物、冷却剤、フレオン）;
- 気体 - 空気、窒素、水素。
誘電体は、天然または人工の起源、有機または合成の性質のものであり得る。
有機天然絶縁材料には、植物油、セルロース、ゴムが含まれます。それらは、低い耐熱性と耐湿性、急速な老化が特徴です。合成有機材料 - さまざまな種類のプラスチック。
天然起源の無機誘電体には、雲母、アスベスト、白雲母、金雲母が含まれます。この物質は化学的攻撃に耐性があり、高温に耐えます。人工無機誘電体材料は、ガラス、磁器、セラミックスです。
誘電体が電流を通さない理由
導電率が低いのは、誘電体分子の構造によるものです。物質の粒子は互いにしっかりと結合しているため、原子の境界を離れて物質の体積全体を移動することができません。電場の影響下で、原子粒子はわずかに緩み、分極することができます。
分極のメカニズムに応じて、誘電体材料は次のように分類されます。
- 非極性 - 電子分極を伴う異なる凝集状態の物質 (不活性ガス、水素、ポリスチレン、ベンゼン);
- 極性 - 双極子緩和と電子分極 (さまざまな樹脂、セルロース、水) があります。
- イオン - 無機起源の固体誘電体 (ガラス、セラミック)。
物質の誘電特性は一定ではありません。高温や多湿の影響下で、電子は原子核から離れ、自由電荷の性質を獲得します。この場合、誘電体の絶縁特性が低下する。
信頼性の高い誘電体とは、漏れ電流が低く、臨界値を超えず、システムの動作に干渉しない材料です。
誘電体と導体が使用されている場所
材料は、産業、農業、器具製造、電気ネットワーク、家庭用電化製品など、電流を使用する人間活動のあらゆる分野で使用されています。
導体の選択は、その技術的特性によって決まります。銀、金、プラチナで作られた製品は、比抵抗が最も低くなります。コストが高いため、用途は宇宙や軍事目的に限られています。銅とアルミニウムは優れた導体ではありませんが、比較的安価であるため、広く使用されています。 ワイヤーおよびケーブル製品.
不純物のない純粋な金属は電流をよりよく伝導しますが、場合によっては抵抗率の高い導体を使用する必要があります-レオスタット、電気炉、電気加熱装置の製造。この目的のために、ニッケル、銅、マンガン（マンガン、コンスタンタン）の合金が使用されます。タングステンとモリブデンの電気伝導率は銅の 3 分の 1 ですが、その特性は電球やラジオ デバイスの製造に広く使用されています。
固体誘電体 - 導電要素の安全性とスムーズな動作を保証する材料。それらは電気絶縁材料として使用され、電流漏れを防ぎ、導体を互いに絶縁し、デバイスの本体から、地面から絶縁します。そのような製品の例は誘電手袋です。 論文.
液体誘電体は、 コンデンサ, 電源ケーブルこの材料は、タービン発電機や高圧オイル遮断器の循環冷却システムの充填および含浸剤として使用されます。材料は、充填および含浸として使用されます。
気体絶縁材料。空気は、熱放散も提供する自然の絶縁体です。窒素は、酸化プロセスが受け入れられない場所で使用されます。水素は、熱容量の大きい強力な発電機で使用されます。
導体と誘電体の協調動作により、機器と電源ネットワークの安全で安定した動作が保証されます。タスクのための特定の要素の選択は、物質の物理的特性と技術的パラメーターに依存します。
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