Condutores e dieléctricos são substâncias físicas, que têm diferentes graus de condutividade eléctrica e reagem de forma diferente aos efeitos de um campo eléctrico. As propriedades opostas dos materiais são amplamente utilizadas em todas as áreas da engenharia eléctrica.
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O que são condutores e dieléctricos
Maquinistas - são substâncias com cargas eléctricas livres que podem ser movidas aleatoriamente sob a influência de um campo eléctrico externo. Tais características são possuídas por:
- metais e os seus derretimentos;
- carbono natural (carvão fóssil, grafite);
- electrólitos - soluções de sais, ácidos e álcalis;
- gás ionizado (plasma).
Propriedade principal dos materiaisCargas livres - electrões em condutores sólidos e iões em soluções e derretem, movendo-se através de todo o volume de um condutor conduz uma corrente eléctrica. Quando uma tensão eléctrica é aplicada a um condutor, é criada uma corrente condutora. A resistência específica e a condutividade eléctrica são os principais indicadores de um material.
As propriedades dos materiais dieléctricos são o oposto de um condutor electricidade. Dieléctricos (isoladores) consistem em átomos e moléculas neutras. Não têm a capacidade de mover partículas carregadas sob a influência de um campo eléctrico. Os dieléctricos num campo eléctrico acumulam cargas não compensadas na sua superfície. Formam um campo eléctrico que é dirigido dentro do isolador, a polarização do dieléctrico ocorre.
Como resultado da polarização, as cargas na superfície dieléctrica tendem a reduzir o campo eléctrico. Esta propriedade dos materiais isolantes é chamada de constante dieléctrica do isolador.
Características e propriedades físicas dos materiais
Os parâmetros dos condutores determinam o seu campo de aplicação. As principais características físicas são:
- resistividade eléctrica - caracteriza a capacidade de uma substância para impedir a passagem de corrente eléctrica;
- O coeficiente de resistência da temperatura é um valor que caracteriza a alteração do índice em função da temperatura;
- condutividade térmica - é a quantidade de calor que passa através de uma camada de material por unidade de tempo;
- diferença de potencial de contacto - ocorre quando dois metais dissimilares entram em contacto, é usado em termopares para medir a temperatura;
- resistência à tracção e alongamento - depende do tipo de metal.
Quando arrefecido a temperaturas críticas, a resistividade do condutor tende a zero. Este fenómeno é chamado supercondutividade.
As propriedades que caracterizam um condutor são:
- Resistência eléctrica - resistência e condutividade eléctrica;
- químico - interacção com o ambiente, resistência à corrosão, capacidade de união por soldadura ou soldadura;
- físico - densidade, ponto de fusão.
A peculiaridade da dieléctrica é resistir à influência da corrente eléctrica. Propriedades físicas dos materiais isolantes:
- permissividade dieléctrica - a capacidade dos isoladores de polarizar num campo eléctrico;
- resistência volumétrica específica;
- força eléctrica;
- factor de dissipação.
Os materiais isolantes são caracterizados de acordo com os seguintes parâmetros:
- valor de tensão eléctrica - de ruptura, resistência eléctrica;
- resistência física - térmica;
- química - solubilidade em agentes agressivos, resistência à humidade.
Tipos e classificação de materiais isolantes
Os isoladores são divididos em grupos de acordo com vários critérios.
Classificação por estado de agregação da matéria:
- sólido - vidro, cerâmica, amianto;
- líquido - óleos vegetais e sintéticos, parafina, gás liquefeito, dieléctricos sintéticos (silício e compostos organofluorados, líquido de arrefecimento, freon);
- gasosos - ar, azoto e hidrogénio.
Os dieléctricos podem ser de origem natural ou artificial, de natureza orgânica ou sintética.
Os materiais isolantes orgânicos naturais incluem óleos vegetais, celulose, borracha. Caracterizam-se por uma baixa resistência térmica e à humidade e por um envelhecimento rápido. Materiais orgânicos sintéticos - vários tipos de plástico.
Os dieléctricos inorgânicos de origem natural incluem: mica, amianto, moscovite, clogopite. Estes materiais são resistentes a ataques químicos e podem resistir a temperaturas elevadas. Os materiais dieléctricos inorgânicos artificiais são o vidro, a porcelana e a cerâmica.
Porque é que os dieléctricos não conduzem electricidade
A baixa condutividade é causada pela estrutura das moléculas dieléctricas. As partículas de matéria estão fortemente ligadas entre si, incapazes de sair dos limites do átomo e de se moverem ao longo do volume do material. Sob a influência de um campo eléctrico, as partículas atómicas são capazes de se soltar ligeiramente - para se polarizarem.
Dependendo do mecanismo de polarização, os materiais dieléctricos são divididos em
- não-polar - substâncias em diferentes estados agregados com polarização electrónica (gases inertes, hidrogénio, poliestireno, benzeno);
- polar - têm dipolo e polarização de electrões (diferentes resinas, celulose, água);
- Iónico - dieléctricos inorgânicos sólidos (vidro, cerâmica).
As propriedades dieléctricas de uma substância não são constantes. Sob a influência da alta temperatura ou da alta humidade, os electrões são removidos do núcleo e adquirem as propriedades de cargas eléctricas gratuitas. As propriedades isolantes do dieléctrico são então reduzidas.
Um dieléctrico fiável é um material com uma corrente de fuga baixa que não excede um valor crítico e não interfere com o funcionamento do sistema.
Onde são utilizados dieléctricos e condutores
Os materiais são utilizados em todas as áreas da actividade humana que envolvem a utilização de corrente eléctrica: indústria, agricultura, engenharia de instrumentos, redes eléctricas e electrodomésticos.
A escolha do maestro é determinada pelas suas características técnicas. Os produtos de prata, ouro e platina têm a resistividade mais baixa. A sua utilização é restrita ao espaço e a aplicações militares devido ao seu elevado custo. O cobre e o alumínio são menos condutivos, mas a sua relativa barateza levou à sua utilização generalizada como fios e cabos.
Os metais puros sem impurezas conduzem melhor a corrente, mas em alguns casos é necessário utilizar condutores com alta resistividade - para a produção de reóstatos, fornos eléctricos, dispositivos de aquecimento eléctrico. Ligas de níquel, cobre, manganês (manganina, constantan) são utilizadas para este fim. A condutividade eléctrica do tungsténio e do molibdénio é 3 vezes inferior à do cobre, mas as suas propriedades são amplamente utilizadas na produção de lâmpadas eléctricas e dispositivos de rádio.
Os dieléctricos sólidos são materiais que garantem a segurança e o bom funcionamento dos elementos condutores. São utilizados como material isolante eléctrico, evitando fugas de corrente, isolando os condutores entre si, a partir do corpo do dispositivo, a partir do solo. Um exemplo de tal produto são as luvas dieléctricas, descritas no nosso artigo.
Os dieléctricos líquidos são utilizados em condensadores, cabos eléctricosOs materiais são utilizados nos circuitos de arrefecimento de geradores de turbinas e disjuntores de óleo de alta tensão. Os materiais são utilizados como enchimentos e impregnadores.
Materiais isolantes gasosos. O ar é um isolante natural que também fornece dissipação de calor. O nitrogénio é utilizado em locais onde os processos de oxidação são inaceitáveis. O hidrogénio é utilizado em geradores potentes com alta capacidade térmica.
Condutores e dieléctricos trabalham em harmonia para assegurar um funcionamento seguro e estável do equipamento eléctrico e das redes. A escolha de um elemento específico para uma determinada tarefa depende das propriedades físicas e dos parâmetros técnicos da substância.
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