Vilka är skillnaderna mellan ledare och dielektriker, deras egenskaper och tillämpningar?

Ledare och dielektriker är fysiska ämnen som har olika grader av elektrisk ledningsförmåga och reagerar olika på effekterna av ett elektriskt fält. Motsatta materialegenskaper används i stor utsträckning inom alla områden av elektroteknik.

Vad är ledare och dielektriker?

Ledare - är ämnen med fria elektriska laddningar som kan förflyttas slumpmässigt under påverkan av ett yttre elektriskt fält. Sådana egenskaper har:

• metaller och deras smältor;
• Naturligt kol (Stenkol, grafit.);
• elektrolyter - lösningar av salter, syror och alkalier;
• joniserad gas (Plasma).

Materialens viktigaste egenskaperFria laddningar - elektroner i fasta ledare och joner i lösningar och smältämnen - som rör sig genom hela ledarens volym leder en elektrisk ström. När en elektrisk spänning läggs på en ledare skapas en ledande ström. Specifikt motstånd och elektrisk ledningsförmåga är de viktigaste indikatorerna för ett material.

Egenskaperna hos dielektriska material är motsatta till egenskaperna hos en ledare. el. Dielektriska material (isolatorer) består av neutrala atomer och molekyler. De har inte förmågan att flytta laddade partiklar under påverkan av ett elektriskt fält. Dielektriska material i ett elektriskt fält ackumulerar okompenserade laddningar på sin yta. De bildar ett elektriskt fält som riktas in i isolatorn och polariserar dielektrikumet.

Som ett resultat av polariseringen tenderar laddningarna på den dielektriska ytan att minska det elektriska fältet. Denna egenskap hos isolerande material kallas isolatorns dielektriska konstant.

Materialens egenskaper och fysikaliska egenskaper

Ledarnas parametrar bestämmer deras användningsområde. De viktigaste fysiska egenskaperna är:

• elektrisk resistivitet - karakteriserar ett ämnes förmåga att hindra passage av elektrisk ström;
• Resistansens temperaturkoefficient är ett värde som karakteriserar ändringen i indexet som en funktion av temperaturen;
• värmeledningsförmåga - är den mängd värme som passerar genom ett materialskikt per tidsenhet;
• kontaktpotentialskillnad - uppstår när två olika metaller kommer i kontakt, används i Termokopplar för temperaturmätning;
• draghållfasthet och förlängning - beror på metallsorten.

När ledaren kyls ner till kritiska temperaturer tenderar ledarens resistivitet mot noll. Detta fenomen kallas supraledning.

De egenskaper som kännetecknar en ledare är:

• Elektrisk - motstånd och elektrisk ledningsförmåga;
• Kemisk - interaktion med miljön, korrosionsbeständighet, förmåga att sammanfogas genom svetsning eller lödning;
• fysikalisk - densitet, smältpunkt.

Dielektriska material har den egenskapen att de motstår påverkan av elektrisk ström. Fysiska egenskaper hos isolerande material:

• dielektrisk permittivitet - isolatorers förmåga att polariseras i ett elektriskt fält;
• Specifikt volymetriskt motstånd;
• elektrisk styrka;
• förlustfaktor.

Isoleringsmaterial kännetecknas av följande parametrar:

• elektrisk - värde för brytningsspänning, elektrisk styrka;
• Fysikalisk - termisk resistens;
• Kemisk - löslighet i aggressiva ämnen, fuktbeständighet.

Typer och klassificering av isoleringsmaterial

Isolatorer delas in i grupper enligt flera kriterier.

Klassificering efter aggregattillstånd:

• fasta - glas, keramik, asbest;
• Flytande - vegetabiliska och syntetiska oljor, paraffin, flytande gas, syntetiska dielektriska material (kisel och organofluorföreningar, kylmedel, freon);
• gasformiga - luft, kväve och väte.

Dielektriska ämnen kan vara av naturligt eller artificiellt ursprung, av organisk eller syntetisk natur.

Naturliga organiska isoleringsmaterial inkluderar vegetabiliska oljor, cellulosa och gummi. De kännetecknas av låg värmebeständighet, låg fuktbeständighet och snabb åldrande. Syntetiska organiska material - olika typer av plast.

Oorganiska dielektriska material av naturligt ursprung är bland annat glimmer, asbest, muskovit och phlogopit. Dessa material är motståndskraftiga mot kemiska angrepp och tål höga temperaturer. Konstgjorda oorganiska dielektriska material är glas, porslin och keramik.

Varför dielektriska material inte leder elektricitet

Den låga ledningsförmågan beror på de dielektriska molekylernas struktur. Materiens partiklar är tätt bundna till varandra och kan inte lämna atomens gränser utan rör sig i hela materialets volym. Under påverkan av ett elektriskt fält kan atompartiklar lossna en aning - bli polariserade.

Beroende på polarisationsmekanismen delas dielektriska material in i följande kategorier

• opolära - ämnen i olika aggregattillstånd med elektronisk polarisering (inerta gaser, väte, polystyren, bensen);
• polära - de har dipolrelaxation och elektronpolarisering (olika hartser, cellulosa, vatten);
• Joniska - fasta oorganiska dielektriska material (glas, keramik).

De dielektriska egenskaperna hos ett ämne är inte konstanta. Under påverkan av hög temperatur eller hög luftfuktighet lossnar elektronerna från kärnan och får egenskaper som fria elektriska laddningar. Dielektrikums isolerande egenskaper minskar då.

Ett tillförlitligt dielektrikum är ett material med en låg läckström som inte överstiger ett kritiskt värde och som inte stör systemets funktion.

När dielektriker och ledare används

Materialen används inom alla områden av mänsklig verksamhet där elektrisk ström används: industri, jordbruk, instrumentteknik, elektriska nätverk och hushållsapparater.

Valet av ledare bestäms av dess tekniska egenskaper. Silver-, guld- och platinaprodukter har den lägsta resistiviteten. På grund av den höga kostnaden är användningen begränsad till rymd- och militära tillämpningar. Koppar och aluminium är mindre ledande, men deras relativa billighet har lett till att de används i stor utsträckning som ledningar och kablar.

Rena metaller utan föroreningar leder strömmen bättre, men i vissa fall är det nödvändigt att använda ledare med hög resistivitet - för tillverkning av reostater, elektriska ugnar, elektriska värmeanordningar. Legeringar av nickel, koppar och mangan (manganin, konstantan) används för detta ändamål. Den elektriska ledningsförmågan hos volfram och molybden är tre gånger lägre än koppars, men deras egenskaper används i stor utsträckning vid tillverkning av elektriska lampor och radioapparater.

Fasta dielektriska material är material som garanterar säkerheten och en smidig funktion hos ledande element. De används som ett elektriskt isoleringsmaterial som förhindrar strömläckage, isolerar ledare mellan varandra, från apparatens kropp och från marken. Ett exempel på en sådan produkt är dielektriska handskar, som beskrivs i vår artikel.

Flytande dielektriker används i kondensatorer, strömkablarMaterialen används i kylkretsar i turbingeneratorer och högspänningsoljeskydd. Materialen används som fyllmedel och impregneringsmedel.

Gasformiga isoleringsmaterial. Luft är en naturlig isolator som också ger värmeavledning. Kväve används på platser där oxidationsprocesser är oacceptabla. Vätgas används i kraftfulla generatorer med hög värmekapacitet.

Ledare och dielektricitet arbetar i harmoni för att säkerställa säker och stabil drift av elektrisk utrustning och nät. Valet av ett visst element för en viss uppgift beror på ämnets fysiska egenskaper och tekniska parametrar.

Relaterade artiklar: