Kakšna je razlika med prevodniki in dielektriki, njihove lastnosti in uporaba

Prevodniki in dielektriki so fizikalne snovi, ki imajo različne stopnje električne prevodnosti in se različno odzivajo na učinke električnega polja. Nasprotne lastnosti materiala se pogosto uporabljajo na vseh področjih elektrotehnike.

Kaj so prevodniki in dielektriki

Dirigenti - so snovi s prostim električnim nabojem, ki se lahko pod vplivom zunanjega električnega polja gibljejo smerno. Takšne lastnosti imajo:

• Kovine in njihove taline;
• naravni ogljik (črni premog, grafit);
• elektroliti - raztopine soli, kislin in alkalij;
• ioniziran plin (plazma).

Glavna lastnost materialovProsti naboji - elektroni v trdnih vodnikih in ioni v raztopinah in talinah, ki se gibljejo skozi celotno prostornino prevodnika, prevajajo električni tok. Električna napetost, ki se nanaša na prevodnik, ustvari prevodni tok. Specifični upor in električna prevodnost sta glavna pokazatelja materiala.

Lastnosti dielektričnih materialov so nasprotne lastnostim prevodnikov elektrika. Dielektriki (izolatorji) so sestavljeni iz nevtralnih atomov in molekul. Nimajo sposobnosti premikanja nabitih delcev pod vplivom električnega polja. Dielektriki v električnem polju kopičijo nekompenzirane naboje na svoji površini. Tvorijo električno polje, usmerjeno v notranjost izolatorja, pride do polarizacije dielektrika.

Zaradi polarizacije naboji na površini dielektrika težijo k zmanjšanju električnega polja. Ta lastnost električnih izolacijskih materialov se imenuje dielektrična prepustnost dielektrika.

Značilnosti in fizikalne lastnosti materialov

Parametri prevodnikov določajo njihovo področje uporabe. Glavne fizične lastnosti:

• specifični električni upor - označuje sposobnost snovi, da prepreči prehod električnega toka;
• temperaturni koeficient odpornosti - vrednost, ki označuje spremembo indeksa glede na temperaturo;
• toplotna prevodnost - količina toplote, ki prehaja skozi plast materiala na enoto časa;
• kontaktna potencialna razlika - nastane, ko prideta v stik dve različni kovini, uporablja se v termočleni za merjenje temperature;
• natezna trdnost in raztezek - odvisno od vrste kovine.

Pri ohlajanju na kritične temperature se specifična upornost prevodnika nagiba k ničli. Ta pojav imenujemo superprevodnost.

Lastnosti, ki so značilne za prevodnik, so:

• Električni - upornost in električna prevodnost;
• kemična - interakcija z okoljem, odpornost proti koroziji, sposobnost povezovanja z varjenjem ali spajkanjem;
• fizikalne - gostota, tališče.

Posebnost dielektrikov je, da se upirajo vplivu električnega toka. Fizikalne lastnosti električnih izolacijskih materialov:

• dielektrična prepustnost - sposobnost izolatorjev, da se polarizirajo v električnem polju;
• specifični volumetrični upor;
• električna trdnost;
• tangens kota dielektričnih izgub.

Za izolacijske materiale so značilni naslednji parametri:

• električna - vrednost prebojne napetosti, električna trdnost;
• fizično - toplotna odpornost;
• kemična - topnost v agresivnih sredstvih, odpornost na vlago.

Vrste in razvrstitev dielektričnih materialov

Izolatorje delimo v skupine po več kriterijih.

Razvrstitev po agregatnem stanju snovi:

• trdna - steklo, keramika, azbest;
• tekočina - rastlinska in sintetična olja, parafin, utekočinjen plin, sintetični dielektriki (silicijeve in organofluorove spojine, hladilna tekočina, freon);
• plinasto - zrak, dušik in vodik.

Dielektriki so lahko naravnega ali umetnega izvora, organske ali sintetične narave.

Organski naravni izolacijski materiali vključujejo rastlinska olja, celulozo, gumo. Zanje je značilna nizka odpornost na toploto in vlago, hitro staranje. Sintetični organski materiali - različne vrste plastike.

Anorganski dielektriki naravnega izvora vključujejo: sljudo, azbest, muskovit, flogopit. Snovi so odporne na kemične napade in prenesejo visoke temperature. Umetni anorganski dielektrični materiali so steklo, porcelan in keramika.

Zakaj dielektriki ne prevajajo električnega toka

Nizka prevodnost je posledica strukture dielektričnih molekul. Delci snovi so med seboj tesno povezani, ne morejo zapustiti meja atoma in se premikati po prostornini materiala. Pod vplivom električnega polja so atomski delci sposobni rahlo zrahljati - polarizirati.

Glede na mehanizem polarizacije delimo dielektrične materiale na:

• nepolarne - snovi v različnem agregatnem stanju z elektronsko polarizacijo (inertni plini, vodik, polistiren, benzen);
• polarni - imajo dipolno relaksacijo in polarizacijo elektronov (različne smole, celuloza, voda);
• Ionski - trdni dielektriki anorganskega izvora (steklo, keramika).

Dielektrične lastnosti snovi niso konstantne. Pod vplivom visoke temperature ali visoke vlažnosti se elektroni odcepijo od jedra in pridobijo lastnosti prostih električnih nabojev. V tem primeru se izolacijske lastnosti dielektrika zmanjšajo.

Zanesljiv dielektrik je material z majhnim uhajajočim tokom, ki ne presega kritične vrednosti in ne moti delovanja sistema.

Kjer se uporabljajo dielektriki in prevodniki

Materiali se uporabljajo na vseh področjih človeške dejavnosti, kjer se uporablja električni tok: v industriji, kmetijstvu, izdelavi instrumentov, električnih omrežjih in gospodinjskih aparatih.

Izbira vodnika je odvisna od njegovih tehničnih lastnosti. Izdelki iz srebra, zlata in platine imajo najmanjšo specifično odpornost. Njihova uporaba je zaradi visokih stroškov omejena na vesoljske in vojaške namene. Baker in aluminij nista tako dobra prevodnika, vendar je njuna relativna pocenist povzročila njuno široko uporabo kot žice in kabelski izdelki.

Čiste kovine brez primesi bolje prevajajo tok, vendar je v nekaterih primerih potrebna uporaba vodnikov z visoko upornostjo - za proizvodnjo reostatov, električnih peči, električnih grelnih naprav. V ta namen se uporabljajo zlitine niklja, bakra, mangana (manganin, konstantan). Električna prevodnost volframa in molibdena je 3-krat nižja od prevodnosti bakra, vendar se njihove lastnosti pogosto uporabljajo v proizvodnji električnih svetilk in radijskih naprav.

Trdni dielektriki - materiali, ki zagotavljajo varnost in nemoteno delovanje elementov, ki prevodijo tok. Uporabljajo se kot električni izolacijski material, ki preprečuje uhajanje toka, izolira vodnike drug od drugega, od telesa naprave, od tal. Primer takega izdelka so dielektrične rokavice, o katerih je napisano v našem Članek.

Uporabljajo se tekoči dielektriki kondenzatorji, napajalni kabliMateriali se uporabljajo kot polnilo in impregnacijsko sredstvo v obtočnih hladilnih sistemih turbinskih generatorjev in visokonapetostnih oljnih odklopnikov. Materiali se uporabljajo kot polnilo in impregnacija.

Plinasti izolacijski materiali. Zrak je naravni izolator, ki zagotavlja tudi odvajanje toplote. Dušik se uporablja tam, kjer so oksidacijski procesi nesprejemljivi. Vodik se uporablja v močnih generatorjih z visoko toplotno kapaciteto.

Usklajeno delovanje vodnikov in dielektrikov zagotavlja varno in stabilno delovanje opreme in napajalnih omrežij. Izbira določenega elementa za nalogo je odvisna od fizikalnih lastnosti in tehničnih parametrov snovi.

Povezani članki: