A vezetők és a dielektrikumok olyan fizikai anyagok, amelyek különböző fokú elektromos vezetőképességgel rendelkeznek, és eltérően reagálnak az elektromos tér hatására. Az anyagok ellentétes tulajdonságait széles körben alkalmazzák az elektrotechnika minden területén.
Tartalom
Mik azok a vezetők és a dielektrikumok
karmesterek - szabad elektromos töltéssel rendelkező anyagok, amelyek külső elektromos tér hatására iránymozgásra képesek. Ezek a jellemzők:
- fémek és olvadékaik;
- természetes szén (szén, grafit);
- elektrolitok - sók, savak és lúgok oldatai;
- ionizált gáz (vérplazma).
Az anyagok fő tulajdonsága: szabad töltések - a szilárd vezetőkben lévő elektronok és az oldatokban és olvadékokban lévő ionok, amelyek a vezető teljes térfogatában mozognak, elektromos áramot vezetnek.A vezetőre adott elektromos feszültség hatására vezetési áram jön létre. Az ellenállás és az elektromos vezetőképesség az anyag fő mutatói.
A dielektromos anyagok tulajdonságai ellentétesek a vezetőkével elektromosság. Dielektrikumok (szigetelők) - semleges atomokból és molekulákból áll. Nem képesek a töltött részecskéket elektromos tér hatására mozgatni. Az elektromos térben lévő dielektrikumok kompenzálatlan töltéseket halmoznak fel a felületen. A szigetelő belsejébe irányított elektromos mezőt képeznek, a dielektrikum polarizált.
A polarizáció következtében a dielektrikum felületén fellépő töltések csökkentik az elektromos teret. Az elektromos szigetelő anyagoknak ezt a tulajdonságát a dielektrikum dielektromos állandójának nevezzük.
Az anyagok jellemzői és fizikai tulajdonságai
A vezetékek paraméterei határozzák meg alkalmazásuk körét. Főbb fizikai jellemzők:
- elektromos ellenállás - jellemzi az anyag azon képességét, hogy megakadályozza az elektromos áram áthaladását;
- hőmérsékleti ellenállási együttható - olyan érték, amely az indikátor hőmérséklettől függő változását jellemzi;
- hővezető képesség - az egységnyi idő alatt áthaladó hő mennyisége egy anyagrétegen;
- érintkezési potenciál különbség - két különböző fém érintkezésekor keletkezik, használatos hőelemek hőmérséklet méréshez;
- szakítószilárdság és szakítószilárdság - a fém típusától függ.
Kritikus hőmérsékletre hűtve a vezető ellenállása nullára hajlik. Ezt a jelenséget szupravezetésnek nevezzük.
A karmestert jellemző tulajdonságok:
- elektromos - ellenállás és elektromos vezetőképesség;
- kémiai - kölcsönhatás a környezettel, korrózióvédelem, hegesztéssel vagy forrasztással történő csatlakozás képessége;
- fizikai - sűrűség, olvadáspont.
A dielektrikumok sajátossága, hogy ellenállnak az elektromos áram hatásainak. Az elektromos szigetelő anyagok fizikai tulajdonságai:
- dielektromos állandó - a szigetelők azon képessége, hogy elektromos térben polarizáljanak;
- fajlagos térfogati ellenállás;
- elektromos szilárdság;
- dielektromos veszteség érintő.
A szigetelő anyagokat a következő paraméterek jellemzik:
- elektromos - az áttörési feszültség nagysága, az elektromos szilárdság;
- fizikai - hőállóság;
- kémiai - oldhatóság agresszív anyagokban, nedvességállóság.
Dielektromos anyagok típusai és osztályozása
A szigetelőket több szempont szerint csoportokra osztják.
Osztályozás az anyag aggregációs állapota szerint:
- szilárd - üveg, kerámia, azbeszt;
- folyékony - növényi és szintetikus olajok, paraffin, cseppfolyósított gáz, szintetikus dielektrikumok (szilícium és szerves fluorvegyületek freon, freon);
- gáznemű - levegő, nitrogén, hidrogén.
A dielektrikumok lehetnek természetes vagy mesterséges eredetűek, szerves vagy szintetikus eredetűek.
A szerves természetes szigetelőanyagok közé tartoznak a növényi olajok, a cellulóz és a gumi. Alacsony hő- és nedvességállóság, gyors öregedés jellemzi őket. A szintetikus szerves anyagok különböző típusú műanyagok.
A természetes eredetű szervetlen dielektrikumok közé tartozik: csillám, azbeszt, muszkovit, flogopit. Az anyagok ellenállnak a vegyi hatásoknak, ellenállnak a magas hőmérsékletnek.Mesterséges szervetlen dielektromos anyagok - üveg, porcelán, kerámia.
Miért nem vezetik az elektromosságot a dielektrikumok?
Az alacsony vezetőképesség a dielektromos molekulák szerkezetének köszönhető. Az anyagrészecskék szorosan kapcsolódnak egymáshoz, nem hagyhatják el az atomot és mozoghatnak az anyag teljes térfogatában. Az elektromos tér hatására az atom részecskéi enyhén lazulhatnak - polarizálódhatnak.
A polarizáció mechanizmusától függően a dielektromos anyagokat a következőkre osztják:
- nem poláris - különféle aggregációs állapotú anyagok elektronikus polarizációval (inert gázok, hidrogén, polisztirol, benzol);
- poláris - dipól-relaxációval és elektronikus polarizációval rendelkezik (különböző gyanták, cellulóz, víz);
- ionos - szervetlen eredetű szilárd dielektrikumok (üveg, kerámia).
Egy anyag dielektromos tulajdonságai nem állandóak. Magas hőmérséklet vagy magas páratartalom hatására az elektronok elszakadnak az atommagtól, és a szabad elektromos töltések tulajdonságait sajátítják el. A dielektrikum szigetelő tulajdonságai ebben az esetben csökkennek.
A megbízható dielektrikum olyan alacsony szivárgóáramú anyag, amely nem haladja meg a kritikus értéket, és nem zavarja a rendszer működését.
Hol használják a dielektrikumokat és a vezetőket?
Az anyagokat az emberi tevékenység minden olyan területén használják, ahol elektromos áramot használnak: az iparban, a mezőgazdaságban, a műszergyártásban, az elektromos hálózatokban és a háztartási elektromos készülékekben.
A vezető kiválasztását annak műszaki jellemzői határozzák meg. Az ezüstből, aranyból, platinából készült termékek a legalacsonyabb ellenállással rendelkeznek.Használatuk a magas költségek miatt űr- és katonai célokra korlátozódik. A réz és az alumínium valamivel rosszabbul vezeti az áramot, de viszonylag olcsóságuk miatt széles körben elterjedtek. vezetékek és kábeltermékek.
A tiszta fémek, szennyeződések nélkül, jobban vezetik az áramot, de bizonyos esetekben nagy ellenállású vezetőket kell használni - reosztátok, elektromos kemencék és elektromos fűtőtestek gyártásához. Erre a célra nikkel, réz, mangán (mangán, konstans) ötvözeteket használnak. A volfrám és a molibdén elektromos vezetőképessége 3-szor alacsonyabb, mint a rézé, de tulajdonságaikat széles körben használják elektromos lámpák és rádiókészülékek gyártásában.
A szilárd dielektrikumok olyan anyagok, amelyek biztosítják a vezető elemek biztonságát és zavartalan működését. Elektromos szigetelőanyagként használják, megakadályozzák az áramszivárgást, elszigetelik a vezetékeket egymástól, a készülékháztól, a talajtól. Ilyen termék például a dielektromos kesztyűk, amelyek leírása a mi cikk.
Folyékony dielektrikumokat használnak kondenzátorok, tápkábelek, turbógenerátorok és nagyfeszültségű olajmegszakítók keringető hűtőrendszerei. Az anyagokat töltelékként és impregnálásként használják.
Gáznemű szigetelő anyagok. A levegő természetes szigetelő, amely hőelvezetést is biztosít. A nitrogént olyan helyeken használják, ahol az oxidációs folyamatok elfogadhatatlanok. A hidrogént nagy teljesítményű, nagy hőkapacitású generátorokban használják.
A vezetők és dielektrikumok összehangolt munkája biztosítja a berendezések és az áramellátó hálózatok biztonságos és stabil működését. Egy adott elem kiválasztása az adott feladathoz az anyag fizikai tulajdonságaitól és műszaki paramétereitől függ.
Hasonló cikkek:
