Elektrická vodivost dielektrik. Druhy dielektrik, jejich vlastnosti a aplikace

Elektrická vodivost dielektrik je důležitou fyzikální charakteristikou. Informace o tom vám umožní určit rozsah materiálů.

Termíny

By elektrická vodivost současné látky jsou rozděleny do skupin:

• dielektrika;
• polovodiče;
• průvodce.

Vynikající chování proudových kovů - hodnota jejich specifické elektrické vodivosti dosahuje 106-108 (Ohm middot-m)^-1.

Dielektrické materiály nejsou schopné provádět elektrický proud, takže se používají jako izolátory. Nemají nosiče volného náboje, liší se v dipólové struktuře molekul.

Polovodiče jsou pevné materiály se střední hodnotou vodivosti.

Klasifikace

Všechny dielektrické materiály jsou rozděleny na polární a nepolární druhy. V polárních izolátorech jsou středy kladných a záporných nábojů přesunuty ze středu. Molekuly těchto látek jsou ve svých elektrických parametrech podobné s tuhým dipólem, který má svůj vlastní dipólový moment. Jako polární dielektrikum lze uvést vodu, amoniak a chlorovodík.

Nepolární dielektrika se vyznačuje koincidencí center kladných a záporných nábojů. Jsou podobné elektrické vlastnosti jako elastický dipól. Příklady takových izolátorů jsou vodík, kyslík, tetrachlormethan.

Elektrická vodivost

Elektrická vodivost dielektrik se vysvětluje přítomností malého počtu volných elektronů ve svých molekulách. Když se náboje uvnitř látky posunou v určitém časovém intervalu, je pozorováno postupné ustavení rovnovážné polohy, což je důvod pro vznik proudu. Elektrická vodivost dielektrika existuje v okamžiku, kdy je napětí vypnuto a zapnuto. Technické vzorky izolátorů mají maximální počet bezplatných poplatků, a proto se přenášejí nevýznamnými proudy.

Elektrická vodivost dielektrik v případě hodnoty konstantního napětí se počítá z průchozího proudu. Tento proces zahrnuje přidělování a neutralizaci elektrod na dostupné náboje. V případě střídavého napětí je aktivní vodivost ovlivněna nejen proudovým proudem, ale také aktivními složkami polarizačních proudů.

Elektrické vlastnosti dielektrik jsou závislé na hustotě proudu, na odolnosti materiálu.

Pevná dielektrika

Elektrická vodivost tuhého dielektrika je rozdělena na objem a plochu. Pro porovnání těchto parametrů se pro různé materiály používají různé hodnoty objemového a povrchového rezistivity.

Celková vodivost je součtem těchto dvou veličin, jejich hodnota závisí na vlhkosti média a teplotě okolního vzduchu. V případě nepřetržitého provozu pod napětím je pozorován průchozí proud, který prochází kapalinovými a pevnými izolátory.

A v případě nárůstu proudu po určité době můžeme mluvit o tom, že nevratné procesy, které vedou ke zničení (porucha dielektrika).

Vlastnosti plynného stavu

Plynná dielektrika má zanedbatelnou elektrickou vodivost v případě, že intenzita pole předpokládá minimální hodnoty. Vzhled proudu v plynných látkách je možný pouze v těch případech, kdy jsou v nich přítomny volné elektrony nebo nabité ionty.

Plynné dielektrika jsou kvalitativní izolátory, proto se používají v moderní elektronice ve velkých objemech. Ionizace v takových látkách je způsobena vnějšími faktory.

Kvůli kolizím plynných iontů, stejně jako při tepelné expozici, působení ultrafialového nebo rentgenového záření, je pozorován proces tvorby neutrálních molekul (rekombinace). Díky tomuto procesu je zvýšení počtu iontů v plynu omezeno, určitá koncentrace nabitých částic je stanovena po krátkém časovém intervalu po působení externího ionizačního zdroje.

V procesu zvyšování napětí aplikovaného na plyn vzrůstá pohyb iontů na elektrody. Nemají čas na rekombinaci, takže jsou vypouštěny na elektrodách. S následným zvýšením napětí se proud nezvyšuje, nazývá se saturační proud.

Vzhledem k nepolární dielektrikum je třeba poznamenat, že vzduch je dokonalým izolátorem.

Tekutý dielektrikum

Elektrická vodivost kapalného dielektrika je vysvětlena strukturními rysy kapalných molekul. V nepolárních rozpouštědlech jsou disociované nečistoty, včetně vlhkosti. V polárních molekulách je vodivost elektrického proudu vysvětlena také procesem rozpadu na ionty samotné kapaliny.

V tomto souhrnném stavu je proud také způsoben pohybem koloidních částic. Kvůli nereálnosti úplného odstranění nečistot z takového dielektrika vznikají problémy při získávání kapalin s nevýznamnou proudovou vodivostí.

Všechny typy izolace zahrnují hledání možností snížení vodivosti dielektrik. Například odstraňte nečistoty, opravte teplotní index. Zvýšení teploty způsobuje pokles viskozity, zvýšení pohyblivosti iontů, zvýšení stupně tepelné disociace. Tyto faktory ovlivňují hodnotu vodivosti dielektrických materiálů.

Elektrická vodivost pevných látek

To je vysvětleno posunem nejen iontů samotného izolátoru, ale i nabitých částic nečistot obsažených v pevném materiálu. Při průchodu pevným izolátorem dochází k částečnému odstranění nečistot, které postupně ovlivňuje vodivost proudu. Při zohlednění strukturních vlastností krystalové mřížky je pohyb nabitých částic způsoben kolísáním tepelného pohybu.

Při nízkých teplotách se pohybují pozitivní a negativní ionty nečistot. Tyto typy izolace jsou charakteristické pro látky s strukturou molekul a atomových krystalů.

Pro anizotropní krystaly se specifická vodivost mění s osami. Například v křemene ve směru rovnoběžném s hlavní osou přesahuje 1000 násobek kolmice.

V pevných porézních dielektrikách, kde prakticky není žádná vlhkost, mírné zvýšení elektrického odporu vede ke zvýšení jejich elektrického odporu. V látkách, které obsahují nečistoty rozpustné ve vodě, dochází v důsledku změny vlhkosti k výraznému snížení objemového odporu.

Polarizace dielektrik

Tento jev je spojen se změnou polohy částic izolátoru v prostoru, což vede k získání každého makroskopického objemu dielektrika nějakého elektrického (indukovaného) momentu.

Existuje polarizace, která vzniká pod vlivem vnějšího pole. Také se rozlišuje spontánní varianta polarizace, která se objevuje i při absenci vnějšího pole.

Relativní permitivita je charakterizována:

• kapacita kondenzátoru s tímto dielektrikem;
• jeho velikost ve vakuu.

Tento proces je doprovázen vzhledu vazebných nábojů na dielektrickém povrchu, které snižují intenzitu uvnitř látky.

V případě úplné nepřítomnosti vnějšího pole nemá samostatný prvek dielektrického objemu elektrický moment, jelikož součet všech nábojů je nulový a pozoruje se shoda náhodných a negativních nábojů v prostoru.

Možnosti polarizace

V případě elektronové polarizace dochází k přemístění elektronických obalů atomu pod vlivem vnějšího pole. V iontové variantě je pozorováno posunutí mřížkových míst. Polarizace dipolu je charakterizována ztrátami, které překonávají vnitřní tření a vazební síly. Strukturní varianta polarizace je považována za nejpomalejší proces, je charakterizována orientací nehomogenních makroskopických nečistot.

Závěr

Elektrické izolační materiály jsou látky, které umožňují spolehlivou izolaci některých součástí elektrického zařízení umístěného pod určitými elektrickými potenciály. Ve srovnání s proudovými vodiči mají četné izolátory mnohem větší elektrický odpor. Mohou vytvářet silná elektrická pole a hromadit dodatečnou energii. Je to vlastnost izolátorů, která se používá v moderních kondenzátorech.

V závislosti na chemickém složení jsou rozděleny na přírodní a syntetické materiály. Druhá největší skupina je největší, proto se jedná o tyto izolátory, které se používají v řadě elektrických spotřebičů.

V závislosti na technologických vlastnostech, struktuře, složení, přidělit film, keramiku, vosk, minerální izolátory.

Po dosažení hodnoty poruchového napětí se pozoruje porucha, což vede k prudkému zvýšení velikosti elektrického proudu. Mezi charakteristické rysy tohoto jevu lze vyčíst zanedbatelnou závislost pevnosti na napětí a teplotě a tloušťce.