Materiale dielectrice. Dielectric - ce este? Proprietățile dielectricilor Ce materiale sunt dielectricii

Dielectrice- sunt substante care nu conduc curentul electric, pana la un anumit timp. În anumite condiții, conductivitate apare în ele. Aceste condiții sunt mecanice, termice - în general, tipuri de influențe energetice. Pe lângă dielectrici, substanțele sunt clasificate și în conductori și semiconductori.

Cum diferă dielectricii de conductori și semiconductori?

Diferența teoretică dintre aceste trei tipuri de materiale poate fi reprezentată, și o voi face, în figura de mai jos:

Desenul este frumos, familiar de la școală, dar nu poți obține nimic practic din el. Cu toate acestea, această capodopera grafică definește clar diferența dintre un conductor, un semiconductor și un dielectric.

Iar diferența este în mărimea barierei energetice dintre banda de valență și banda de conducere.

În conductori, electronii se află în banda de valență, dar nu toți, deoarece banda de valență este granița cea mai exterioară. Exact, este ca și în cazul migranților. Zona de conducere este goală, dar primește oaspeții, deoarece are o mulțime de locuri de muncă gratuite pentru ei sub formă de zone de energie liberă. Când sunt expuse la exterior câmp electric, electronii cei mai exteriori câștigă energie și se deplasează la niveluri libere ale benzii de conducție. Numim și această mișcare curent electric.

În dielectrici și conductori, totul este similar, cu excepția faptului că există un „gard” - o zonă interzisă. Această bandă este situată între benzile de valență și de conducere. Cu cât această zonă este mai mare, cu atât este nevoie de mai multă energie pentru ca electronii să depășească această distanță. Dielectricii au o bandă mai mare decât semiconductorii. Există chiar și o condiție pentru aceasta: dacă dE>3Ev () - atunci este un dielectric, în caz contrar dE

Tipuri și tipuri de dielectrice

Clasificarea dielectricilor este destul de extinsă. Aici sunt substanțe lichide, solide și gazoase. Ele sunt împărțite în continuare în funcție de anumite caracteristici. Mai jos este o clasificare condiționată a dielectricilor cu exemple sub formă de listă.

• gazos
• - polar
• - nepolar (aer, )
• lichid
• - polar (apa, amoniac)
• - cristale lichide
• - nepolar (benzen, )
• greu
• - centrosimetric
• - amorf
• - rășini, bitum (rășini epoxidice)
• - sticla
• - polimeri dezordonati
• - policristale
• - cristale neregulate
• - ceramica
• - polimeri comandați
• - vitroceramica
• - monocristale
• - moleculară
• - covalent
• - ionică
• - paraelectrice de deplasare
• - paraelectrici „dezordine-ordine”
• - dipol
• - necentrosimetric
• - monocristale
• - piroelectrice
• - feroelectrice polarizate
• - feroelectrice „dezordine-ordine”
• - piroelectrice liniare
• - piezoelectrice
• - cu legături de hidrogen
• - covalent
• - ionică
• - texturi
• - defecte electronice
• - defecte ionice
• - molecule polare
• - macrodipoli
• - domenii feroelectrice
• - cristale din matrice

Dacă luăm dielectricele lichide și gazoase, atunci principala clasificare constă în problema polarității. Diferența constă în simetria moleculelor. În moleculele polare moleculele sunt asimetrice, în cele nepolare sunt simetrice. Moleculele asimetrice se numesc dipoli. Lichidele polare au o conductivitate atât de mare încât nu pot fi folosite ca substanțe izolante. Prin urmare, în aceste scopuri se utilizează ulei nepolar, de asemenea, ulei de transformator. Și prezența impurităților polare, chiar și în sutimi, reduce semnificativ nivelul de defalcare și afectează negativ proprietățile de izolare ale dielectricilor nepolari.

cristalele sunt o încrucișare între un lichid și un cristal, așa cum sugerează și numele.

O altă întrebare populară despre proprietățile și aplicațiile dielectricilor lichidi este următoarea: Este apa un dielectric sau un conductor? Apa distilată pură nu conține impurități care ar putea cauza curgerea curentului. Apă curată poate fi creat în condiţii de laborator sau industriale. Aceste condiții sunt complexe și greu de îndeplinit persoană obișnuită. Există o modalitate simplă de a verifica dacă apa distilată conduce curentul.



Creați un circuit electric (sursă de curent - fir - apă - fir - bec - alt fir - sursă de curent), în care una dintre zonele de curgere a curentului va fi un vas cu apă distilată. Când circuitul este pornit, becul nu se aprinde - prin urmare, nu curge curent. Ei bine, dacă se aprinde, înseamnă apă cu impurități.

Prin urmare, orice apă pe care o întâlnim: de la robinet, într-un lac, într-o baie - va fi un conductor datorită impurităților care creează posibilitatea curgerii curentului. Nu înotați într-o furtună și nu manipulați electricitatea cu mâinile ude. Deși apa distilată pură este un dielectric polar.

Pentru dielectricii solizi, clasificarea constă în principal în problema activității și pasivității sau ceva de genul. Dacă proprietățile sunt constante, atunci dielectricul este folosit ca material izolator, adică este pasiv. Dacă proprietățile se modifică în funcție de influențele externe (căldură, presiune), atunci acest dielectric este utilizat în alte scopuri. Hârtia este un dielectric; dacă apa este saturată cu apă, atunci curentul este condus și este un conductor, dacă hârtia este saturată cu ulei de transformator, atunci este un dielectric.

Folia este o placă metalică subțire; metalul este cunoscut a fi un conductor. De exemplu, folie din PVC este disponibilă pentru vânzare, aici cuvântul folie este pentru claritate, iar cuvântul PVC este pentru înțelegerea sensului - la urma urmei, PVC este un dielectric. Deși pe Wikipedia, folia este o foaie de metal subțire.

Lichide amorfe- aceasta include rășină, sticlă, bitum și ceară. Pe măsură ce temperatura crește, acest dielectric se topește, acestea sunt substanțe înghețate - acestea sunt definiții sălbatice care caracterizează doar o fațetă a adevărului.

Policristale- acestea sunt, parcă, cristale topite unite într-un singur cristal. De exemplu, sare.

Monocristal- acesta este un cristal solid, spre deosebire de policristalul mai sus menționat, care are o rețea cristalină continuă.

Piezoelectrice- dielectrici în care, sub acţiune mecanică (tensiune-compresie), are loc un proces de ionizare. Folosit la brichete, detonatoare, examinări cu ultrasunete.

Piroelectrice- la modificarea temperaturii se produce polarizarea spontana in acesti dielectrici. Apare și sub influență mecanică, adică piroelectricii sunt și piezoelectrici, dar nu invers. Exemple sunt chihlimbarul și turmalina.

Proprietățile fizice ale dielectricilor

Pentru a evalua calitatea și adecvarea unui dielectric, este necesar să se descrie cumva parametrii acestuia. Dacă monitorizați acești parametri, puteți preveni un accident la timp prin înlocuirea elementului cu unul nou cu parametri acceptabili. Acești parametri sunt: ​​polarizarea, conductivitatea electrică, rezistența electrică și pierderile dielectrice. Pentru fiecare dintre acești parametri există propria formulă și valoare constantă, în comparație cu care se face o concluzie despre gradul de adecvare a materialului.

Principalele proprietăți electrice ale dielectricilor sunt polarizarea (deplasarea sarcinilor) și conductivitatea electrică (capacitatea de a conduce curentul electric) Deplasarea sarcinilor legate ale unui dielectric sau orientarea lor într-un câmp electric se numește polarizare. Această proprietate a materialelor dielectrice este caracterizată de constanta dielectrică relativă ε . În timpul polarizării, pe suprafața dielectricului se formează sarcini electrice legate.

În funcție de tipul dielectricului, polarizarea poate fi: electronică, ionică, dipol-relaxare, spontană. Mai multe detalii despre proprietățile lor în infograficul de mai jos.

Conductivitatea electrică se referă la capacitatea unui dielectric de a conduce curentul electric. Curentul care curge în dielectric se numește curent de scurgere. Curentul de scurgere este format din două componente - curentul de absorbție și curentul de trecere. Curenții de trecere sunt cauzați de prezența sarcinilor libere în dielectric, curentul de absorbție este cauzat de procesele de polarizare până la stabilirea echilibrului în sistem.

Mărimea conductibilității electrice depinde de temperatură, umiditate și de numărul de purtători de încărcare liberi.

Pe măsură ce temperatura crește, conductivitatea electrică a dielectricilor crește și rezistența scade.

Dependența de umiditate ne readuce din nou la clasificarea dielectricilor. La urma urmei, dielectricii nepolari nu sunt umeziți de apă și nu le pasă de schimbările de umiditate. Iar pentru dielectricii polari, pe măsură ce umiditatea crește, crește conținutul de ioni și crește conductivitatea electrică.

Conductivitatea unui dielectric constă din conductivitate de suprafață și de volum. Este cunoscut conceptul de conductivitate specifică a volumului, notat cu litera sigma σ. Iar mărimea inversă se numește rezistivitate volumetrică și se notează cu litera rho ρ .

O creștere bruscă a conductibilității în dielectric cu creșterea tensiunii poate duce la defecțiunea electrică. Și, în mod similar, dacă rezistența de izolație scade, atunci izolația nu își face treaba și trebuie luate măsuri. Rezistența de izolație constă din rezistența la suprafață și la volum.

Pierderile dielectrice în dielectrice înseamnă pierderi de curent în interiorul dielectricului, care sunt disipate sub formă de căldură. Pentru a determina această valoare, introduceți parametrul tan delta tgδ. δ este un unghi, complementar cu 90 de grade, unghiul dintre curent și tensiune într-un circuit cu capacitate.

Pierderile dielectrice sunt: ​​rezonante, ionizare, conductivitate electrică, relaxare. Acum să vorbim mai detaliat despre fiecare tip.



Rezistența electrică este raportul dintre tensiunea de defalcare și distanța dintre electrozi (sau grosimea dielectrică). Această valoare este determinată de intensitatea minimă a câmpului electric la care se va produce defectarea.

Defalcarea poate fi electrică (ionizare prin impact, fotoionizare), termică (pierderi dielectrice mari, prin urmare se poate produce multă căldură și carbonizare cu topire) și electrochimică (ca urmare a formării ionilor mobili).

Iar la sfârșit există un tabel de dielectrici, ce ne-am face fără el.



Tabelul de mai sus prezintă date privind rezistența electrică, rezistivitatea volumetrică și constanta dielectrică relativă pentru diferite substanțe. De asemenea, tangenta pierderilor dielectrice nu a fost ignorată.

Ultimele articole

Cele mai populare

Toate substanțele lichide și solide, în funcție de natura acțiunii câmpului electrostatic asupra lor, sunt împărțite în conductori, semiconductori și dielectrice.

Dielectrice (izolatori)– substanțe care conduc slab sau deloc electricitatea. Dielectricii includ aer, unele gaze, sticlă, materiale plastice, diverse rășini și multe tipuri de cauciuc.

Dacă plasați corpuri neutre din materiale precum sticlă sau ebonită într-un câmp electric, puteți observa atracția acestora atât față de corpurile încărcate pozitiv, cât și asupra celor negative, dar mult mai slabe. Cu toate acestea, atunci când astfel de corpuri sunt separate într-un câmp electric, părțile lor se dovedesc a fi neutre, ca întregul corp ca întreg.

Prin urmare, în astfel de corpuri nu există particule libere încărcate electric, capabil să se deplaseze în corp sub influența unui câmp electric extern. Sunt numite substanțe care nu conțin particule încărcate electric liber dielectrici sau izolatori.

Atracția corpurilor dielectrice neîncărcate către corpurile încărcate se explică prin capacitatea lor de a polarizare.

Polarizare– fenomenul de deplasare a sarcinilor electrice legate în interiorul atomilor, moleculelor sau în interiorul cristalelor sub influența unui câmp electric extern. Cel mai simplu exemplu de polarizare– acţiunea unui câmp electric extern asupra unui atom neutru. Într-un câmp electric extern, forța care acționează asupra învelișului încărcat negativ este direcționată opus forței care acționează asupra miezului pozitiv. Sub influența acestor forțe, învelișul de electroni este ușor deplasat față de nucleu și este deformat. Atomul rămâne în general neutru, dar centrele de sarcină pozitivă și negativă din el nu mai coincid. Un astfel de atom poate fi considerat ca un sistem de două sarcini punctiforme egale ca mărime de semn opus, care se numește dipol.

Dacă plasați o placă dielectrică între două plăci metalice cu sarcini de semne opuse, toți dipolii din dielectric sub influența unui câmp electric extern se dovedesc a avea sarcini pozitive în fața plăcii negative și sarcini negative în fața plăcii încărcate pozitiv. Placa dielectrică rămâne în general neutră, dar suprafețele sale sunt acoperite cu sarcini legate de semne opuse.

Într-un câmp electric, sarcinile de polarizare de pe suprafața dielectricului creează un câmp electric în direcția opusă câmpului electric extern. Ca rezultat, intensitatea câmpului electric în dielectric scade, dar nu devine zero.

Raportul dintre modulul de intensitate E 0 al câmpului electric în vid și modulul de intensitate E al câmpului electric într-un dielectric omogen se numește constanta dielectrică ɛ a substanței:

ɛ = E 0 / E

Când două sarcini electrice punctuale interacționează într-un mediu cu constantă dielectrică ɛ, ca urmare a unei scăderi a intensității câmpului de ɛ ori, forța Coulomb scade și ea de ɛ ori:

F e = k (q 1 q 2 / ɛr 2)

Dielectricii sunt capabili să slăbească un câmp electric extern. Această proprietate este utilizată în condensatoare.

Condensatoare- Acestea sunt dispozitive electrice pentru stocarea sarcinilor electrice. Cel mai simplu condensator este format din două plăci metalice paralele separate de un strat dielectric. Când se transmit plăcilor sarcini de mărime egală și semn opus +q și –qîntre plăci se creează un câmp electric cu o intensitate E. În afara plăcilor, acțiunea câmpurilor electrice direcționate în plăci încărcate opus este compensată reciproc, intensitatea câmpului este zero. Voltaj U dintre plăci este direct proporțională cu sarcina de pe o placă, deci raportul de încărcare q la tensiune U

C=q/U

este o valoare constantă pentru condensator la orice valoare de încărcare q. Este o atitudine CU se numește capacitatea condensatorului.

Mai ai întrebări? Nu știi ce sunt dielectricii?
Pentru a obține ajutor de la un tutor, înregistrați-vă.
Prima lecție este gratuită!

site-ul web, atunci când copiați materialul integral sau parțial, este necesar un link către sursă.

Materialele dielectrice din echipamentele electronice sunt separate electric, în timp ce materialele solide sunt separate mecanic de conductori care se află sub potențiale electrice diferite. Sunt utilizate pentru izolarea electrică a elementelor de echipamente, pentru stocarea energiei de câmp electric (condensatori), pentru fabricarea pieselor structurale, precum și sub formă de acoperiri pe suprafața pieselor, pentru lipirea pieselor.

Proprietățile dielectrice ale materialelor

Principala proprietate a unui dielectric este de a nu conduce curentul electric. REZISTENTA DE VOLUM SPECIFĂ a dielectricilor este mare: de la 108 la 1018 Ohm, deoarece aproape că nu există purtători de sarcină electrică gratuit în ele. O anumită conductivitate este cauzată de impurități și defecte structurale.

Întotdeauna există mai multe impurități și defecte pe suprafața oricărui corp, de aceea, pentru dielectrici, se introduce conceptul de conductivitate de suprafață și parametrul REZISTENTĂ LA SUFAFAȚĂ s, definit ca rezistența măsurată între doi conductori liniari de 1 m lungime fiecare, situati paralel cu unul pe altul la o distanta de 1 m pe suprafata dielectricului . Valoarea lui s depinde în mare măsură de metoda de obținere (prelucrare) a suprafeței și de starea acesteia (prăfuit, umiditate etc.). Deoarece conductivitatea electrică de suprafață depășește, de obicei, semnificativ conductibilitatea volumetrică, se iau măsuri pentru a o reduce.

Un dielectric este un izolator numai în raport cu tensiunea continuă. Într-un câmp electric alternativ, curentul trece prin dielectric datorită polarizării sale.

POLARIZAREA este procesul de deplasare a sarcinilor legate pe o distanță limitată sub influența unui câmp electric extern.

Electronii atomilor sunt deplasati spre polul pozitiv, nucleii atomilor - spre negativ. Același lucru se întâmplă cu ionii din cristale ionice, cu molecule sau secțiuni de molecule cu o distribuție neuniformă a particulelor încărcate în volumul pe care îl ocupă. Ca urmare a polarizării, în dielectric se formează propriul câmp intern, vectorul său este mai mic ca mărime și opus în direcție vectorului câmp extern. Capacitatea electrică între electrozii cu dielectric este mai mare decât între aceiași electrozi fără dielectric cu un factor de, unde este CONTINUITATEA DIELECTRICĂ RELATIVA A DIELECTRICULUI.

În timpul POLARIZĂRII ELECTRONICE, sub influența unui câmp electric extern, învelișurile electronice ale atomilor substanței sunt deformate. Se caracterizează printr-un timp scurt de așezare (aproximativ 10-15 s) și, prin urmare, este lipsit de inerție pentru frecvențele radio, nu depinde de frecvență, depinde slab de temperatură și are loc practic fără pierderi. Substanțele cu polarizare predominant electronică (dielectrici slab polari) au o constantă dielectrică scăzută: de la 1,8 la 2,5. Acest tip de polarizare este inerent tuturor substanțelor.

POLARIZAREA IONICĂ apare în ionic solide, are un timp de așezare de ordinul 10-13 s, prin urmare, practic nu depinde de frecvența câmpului și depinde slab de temperatură. Valoarea pentru majoritatea materialelor cu polarizare ionică este de la 5 la 10.

POLARIZAREA DIPOL (ORIENTARE) se manifestă ca orientare sub influența unui câmp de molecule polare sau grupe de atomi. De exemplu, moleculele de apă sunt polare, în care atomii de hidrogen sunt localizați asimetric față de atomul de oxigen, sau clorură de vinil (monomer de clorură de polivinil) H2C-CHCl. Pentru a depăși interacțiunea moleculelor și forțele de frecare, se consumă energia câmpului, care se transformă în energie termică Prin urmare, polarizarea dipolului este de natură inelastică, de relaxare. Datorită dimensiunilor și maselor mari ale dipolilor implicați în polarizarea dipolului, inerția acestuia este semnificativă și se manifestă sub forma unei puternice dependențe a constantei dielectrice și a pierderilor de energie de frecvență.

POLARIZAREA MIGRĂRII este cauzată de mișcările inelastice ale ionilor de impurități slab legați pe distanțe scurte. În ceea ce privește consecințele (pierderea de energie, dependența de frecvență), această polarizare este similară cu dipolul.

Pierderile de energie într-un dielectric în timpul polarizării sunt estimate prin ANGURI DE PIERDERE TANGENS tg. Dielectric cu pierderi în circuit electric reprezentat sub forma unui circuit echivalent: un condensator ideal și o rezistență de pierdere conectate în paralel cu acesta. Unghiul completează până la 90o unghiul de deplasare dintre curent și tensiune din diagrama vectorială a unei astfel de rețele cu două terminale. Dielectricii buni (slab polari) au tg10-3, care este ușor dependent de frecvență. Dielectricii săraci au un tg măsurat în zecimi de unitate sau chiar mai mult, puternic dependent de frecvență.

Tipuri speciale se formează prin polarizare sub influența tensiunilor mecanice, observată în PIEZOELECTRICĂ, precum și POLARIZARE SPONTANĂ în PIROELECTRICĂ și FERROELECTRICĂ. Asemenea dielectrice se numesc ACTIVE și sunt utilizate în dispozitive speciale: rezonatoare, filtre, generatoare și transformatoare piezoelectrice, convertoare de radiații, condensatoare de capacitate specifică mare etc.

REZISTENTĂ ELECTRICĂ - capacitatea unui dielectric de a menține rezistivitate ridicată în circuitele de înaltă tensiune. Este estimată prin intensitatea câmpului de defalcare Epr = Upr/d, unde Upr este tensiunea care provoacă defectarea, d este grosimea dielectricului. Dimensiunea Epr - V/m. Pentru dielectrici diferiți, Epr = 10...1000 MV/m și chiar și pentru un material această valoare variază foarte mult în funcție de grosimea, forma electrozilor, temperatură și o serie de alți factori. Motivul pentru aceasta este varietatea proceselor în timpul unei defecțiuni. DETERMINAREA ELECTRICĂ este cauzată de tranziția tunelică a electronilor în banda de conducție din banda de valență, de la nivelurile de impurități sau electrozii metalici, precum și de reproducerea lor în avalanșă datorită ionizării de impact în câmpuri de mare intensitate. DETERMINAREA ELECTROTERMICĂ este cauzată de o creștere exponențială a conductibilității electrice a dielectricului odată cu creșterea temperaturii. În același timp, curentul de scurgere crește, încălzind și mai mult dielectricul, se formează un canal conducător în grosimea sa, rezistența scade brusc, iar topirea, evaporarea și distrugerea materialului au loc în zona de impact termic. DETERMINAREA ELECTROCHIMICĂ este cauzată de fenomenele de electroliză, migrarea ionilor și, ca urmare, modificările compoziției materialului. DETERMINAREA IONIZAȚIUNEA apare din cauza descărcărilor parțiale într-un dielectric care conține incluziuni de aer. Forța electrică a aerului este mai mică, iar intensitatea câmpului în aceste incluziuni este mai mare decât într-un dielectric dens. Acest tip de defalcare este tipic pentru materialele poroase. DETERMINAREA DE SURFACE (FLASHUP) a unui dielectric are loc din cauza curenților de suprafață inacceptabil de mari. Cu o putere suficientă a sursei de curent, o defalcare a suprafeței se dezvoltă prin aer și se transformă într-un arc. Condiții favorabile acestei defecțiuni: fisuri, alte nereguli și contaminare pe suprafața dielectricului, umiditate, praf, presiune scăzută a aerului atmosferic.

Pentru funcționarea fiabilă a oricărui dispozitiv electric, tensiunea de funcționare a izolației sale Uwork trebuie să fie semnificativ mai mică decât tensiunea de avarie Ubreak. Raportul Upr/Urab se numește FACTOR DE SIGURANȚĂ AL REZISTENTEI IZOLĂRII ELECTRICE.

Un dielectric este un material sau o substanță care practic nu permite trecerea curentului electric. Această conductivitate se datorează numărului mic de electroni și ioni. Aceste particule se formează într-un material neconductor numai atunci când se obțin proprietăți la temperaturi ridicate. Ce este un dielectric va fi discutat în acest articol.

Descriere

Fiecare conductor electronic sau radio, semiconductor sau dielectric încărcat trece curentul electric prin el însuși, dar particularitatea dielectricului este că, chiar și la tensiuni înalte de peste 550 V, curentul va curge prin el. dimensiuni mici. Curentul electric dintr-un dielectric este mișcarea particulelor încărcate într-o anumită direcție (poate fi pozitivă sau negativă).

Tipuri de curenți

Conductivitatea electrică a dielectricilor se bazează pe:

• Curenții de absorbție sunt un curent care circulă într-un dielectric cu un curent constant până când atinge o stare de echilibru, schimbând direcția atunci când este pornit și i se aplică tensiune și când este oprit. Cu curent alternativ, tensiunea din dielectric va fi prezentă în acesta tot timpul în care se află în acțiunea câmpului electric.
• Conductivitatea electronică este mișcarea electronilor sub influența unui câmp.
• Conductivitatea ionică este mișcarea ionilor. Se găsește în soluții de electroliți - săruri, acizi, alcalii, precum și în mulți dielectrici.
• Conductivitatea electrică a molionului este mișcarea particulelor încărcate numite molioni. Situat în sisteme coloidale, emulsii și suspensii. Fenomenul de mișcare a molionilor într-un câmp electric se numește electroforeză.

Clasificat după starea de agregare și natura chimica. Primele sunt împărțite în solide, lichide, gazoase și în solidificare. Pe baza naturii lor chimice, ele sunt împărțite în materiale organice, anorganice și organoelement.

După starea de agregare:

• Conductibilitatea electrică a gazelor. Substanțele gazoase au o conductivitate a curentului destul de scăzută. Poate apărea în prezența particulelor încărcate libere, care apare datorită influenței factorilor externi și interni, electronici și ionici: raze X și radiații radioactive, ciocniri de molecule și particule încărcate, factori termici.
• Conductibilitatea electrică a unui dielectric lichid. Factori de dependență: structura moleculară, temperatură, impurități, prezența unor sarcini mari de electroni și ioni. Conductivitatea electrică a dielectricilor lichidi depinde în mare măsură de prezența umidității și a impurităților. Conductivitatea electricității în substanțele polare este, de asemenea, creată folosind un lichid cu ioni disociați. Când se compară lichidele polare și nepolare, primele au un avantaj clar în conductivitate. Dacă curățați un lichid de impurități, acest lucru va ajuta la reducerea proprietăților sale conductoare. Odată cu creșterea conductibilității și a temperaturii sale, are loc o scădere a vâscozității sale, ceea ce duce la o creștere a mobilității ionilor.
• Dielectrice solide. Conductivitatea lor electrică este determinată de mișcarea particulelor dielectrice încărcate și a impurităților. În câmpurile puternice de curent electric, se dezvăluie conductivitatea electrică.

Proprietățile fizice ale dielectricilor

Când rezistența specifică a materialului este mai mică de 10-5 Ohm*m, acestea pot fi clasificate drept conductoare. Dacă mai mult de 108 Ohm*m - la dielectrici. Pot exista cazuri când rezistivitatea va fi de câteva ori mai mare decât rezistența conductorului. În intervalul 10-5-108 Ohm*m există un semiconductor. Materialul metalic este un excelent conductor de curent electric.

Din întregul tabel periodic, doar 25 de elemente sunt clasificate ca nemetale, iar 12 dintre ele pot avea proprietăți semiconductoare. Dar, desigur, pe lângă substanțele din tabel, există mult mai multe aliaje, compoziții sau compuși chimici cu proprietatea unui conductor, semiconductor sau dielectric. Pe baza acestui lucru, este dificil să se traseze o linie definită între valorile diferitelor substanțe și rezistențele acestora. De exemplu, la un factor de temperatură redus, un semiconductor se va comporta ca un dielectric.

Aplicație

Utilizarea materialelor neconductoare este foarte extinsă, deoarece este una dintre cele mai populare clase de componente electrice. A devenit destul de clar că pot fi folosite datorită proprietăților lor în formă activă și pasivă.

În forma lor pasivă, proprietățile dielectricilor sunt utilizate pentru utilizare în materiale electrice izolante.

În forma lor activă, ele sunt utilizate în feroelectrice, precum și în materiale pentru emițători laser.

Dielectrice de bază

Tipurile întâlnite frecvent includ:

• Sticlă.
• Cauciuc.
• Ulei.
• Asfalt.
• Porţelan.
• Cuarţ.
• Aer.
• Diamant.
• Apă curată.
• Plastic.

Ce este un dielectric lichid?

Polarizarea de acest tip are loc în domeniul curentului electric. Substanțele lichide neconductoare sunt utilizate în tehnologie pentru turnarea sau impregnarea materialelor. Există 3 clase de dielectrici lichidi:

Uleiurile din petrol sunt ușor vâscoase și în mare parte nepolare. Ele sunt adesea folosite în echipamentele de înaltă tensiune: apă de înaltă tensiune. este un dielectric nepolar. Uleiul de cablu și-a găsit aplicație în impregnarea firelor de hârtie izolatoare cu o tensiune de până la 40 kV, precum și a acoperirilor pe bază de metal cu un curent de peste 120 kV. Uleiul de transformator are o structură mai pură decât uleiul de condensator. Acest tip de dielectric este utilizat pe scară largă în producție, în ciuda costului ridicat în comparație cu substanțele și materialele analoge.

Ce este un dielectric sintetic? În prezent, este interzis aproape peste tot datorită toxicității sale ridicate, deoarece este produs pe bază de carbon clorurat. Iar dielectricul lichid, care se bazează pe siliciu organic, este sigur și ecologic. Acest tip nu provoacă rugina metalică și are proprietăți higroscopice scăzute. Există un dielectric lichefiat care conține un compus organofluor, care este deosebit de popular datorită neinflamabilității, proprietăților termice și stabilității oxidative.

Iar ultimul tip este uleiurile vegetale. Sunt dielectrici slab polari, acestea includ in, ricin, tung și cânepă. Uleiul de ricin este foarte fierbinte și este utilizat în condensatoarele de hârtie. Uleiurile rămase sunt evaporabile. Evaporarea în ele nu se datorează evaporării naturale, dar reacție chimică numită polimerizare. Folosit activ în emailuri și vopsele.

Concluzie

Articolul a discutat în detaliu ce este un dielectric. Au fost menționate diferite tipuri și proprietățile lor. Desigur, pentru a înțelege subtilitatea caracteristicilor lor, va trebui să studiezi mai aprofundat secțiunea de fizică despre ele.

5.8.2. Dielectrice lichide

Împărțit în 3 grupe:

1) uleiuri de petrol;

2) fluide sintetice;

3) uleiuri vegetale.

Dielectricii lichidi sunt utilizați pentru impregnarea cablurilor de înaltă tensiune, condensatoarelor, pentru umplerea transformatoarelor, întrerupătoarelor și bucșelor. În plus, îndeplinesc funcțiile unui lichid de răcire în transformatoare, un stingător cu arc în întrerupătoare etc.

Uleiuri de petrol

Uleiuri de petrol sunt un amestec de hidrocarburi de parafină ( CnH2n+2) și naftenice (CnH2n ) rânduri. Sunt utilizate pe scară largă în inginerie electrică ca uleiuri pentru transformatoare, cabluri și condensatoare. Uleiul, umplerea golurilor și a porilor din interiorul instalațiilor și produselor electrice, crește rezistența electrică a izolației și îmbunătățește îndepărtarea căldurii din produse.

Ulei de transformator obtinut din petrol prin distilare. Proprietăți electrice uleiul de transformator depinde în mare măsură de calitatea epurării uleiului de impurități, de conținutul de apă din acesta și de gradul de degazare. Constanta dielectrică a uleiului 2,2, rezistivitate electrică 10 13 Ohm m.

Scopul uleiurilor de transformatoare este de a crește rezistența electrică a izolației; îndepărtați căldura; promovează stingerea arcului în întrerupătoarele cu ulei, îmbunătățește calitatea izolatie electricaîn produse electrice: reostate, condensatoare de hârtie, cabluri izolate cu hârtie, cabluri de alimentare - prin turnare și impregnare.

Uleiul de transformator îmbătrânește în timpul funcționării, ceea ce îi deteriorează calitatea. Îmbătrânirea uleiului este favorizată de: contactul uleiului cu aerul, temperaturile ridicate, contactul cu metalele (Cu, Рb, Fe), expunerea la lumină. Pentru a crește durata de viață, uleiul este regenerat prin curățarea și îndepărtarea produselor îmbătrânite și prin adăugarea de inhibitori.

CabluŞi condensator uleiurile diferă mai mult de uleiurile de transformator calitate superioară curatenie.

Dielectrice lichide sintetice

Dielectricii lichidi sintetici au unele proprietăți care sunt superioare uleiurilor electrice izolante pe bază de petrol.

Hidrocarburi clorurate

Sovol – pentaclorobifenil C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 , obținut prin clorurarea bifenilului C12H10

C 6 H 5 – C 6 H 5 + 5 Cl 2 → C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 + 5 HCl

Sovolfolosit pentru impregnarea și umplerea condensatoarelor. Are o constantă dielectrică mai mare în comparație cu uleiurile din petrol. Sovol constantă dielectrică 5,0, rezistivitate electrică 10 11 ¸ 10 12 ohmi m. Sovol este utilizat pentru impregnarea rezistenței hârtiei și condensatoare radio cu capacitate specifică crescută și tensiune scăzută de funcționare.

Sovtol – un amestec de bufniță cu triclorbenzen. Folosit pentru izolarea transformatoarelor rezistente la explozie.

Lichide organosilicioase

Cele mai răspândite sunt polidimetilsiloxan, polidietilsiloxan, polimetilfenilsiloxan lichide.

fluide polisiloxanice - polimeri organosiliciici lichizi ( poliorganosiloxani), au proprietăți atât de valoroase precum: ridicat rezistenta la caldura, inerție chimică, higroscopicitate scăzută, punct de curgere scăzut, caracteristici electrice ridicate pe o gamă largă de frecvențe și temperaturi.

Poliorganosiloxanii lichizi sunt compuși polimerici cu un grad scăzut de polimerizare, ale căror molecule conțin o grupare de atomi siloxan.

,

unde atomii de siliciu sunt legați de radicalii organici R: metil CH3, etil C2H5, fenil C6H5 . Moleculele lichidelor poliorganosiloxanice pot avea o structură liniară, liniar ramificată și ciclică.

Lichid polimetilsiloxani obţinut prin hidroliză dimetildiclorosilan amestecat cu trimetilclorosilan .

Lichidele rezultate sunt incolore, solubile în hidrocarburi aromatice, dicloroetan și o serie de alți solvenți organici și insolubile în alcooli și acetonă. Polimetilsiloxani Sunt inerți din punct de vedere chimic, nu au un efect agresiv asupra metalelor și nu interacționează cu majoritatea dielectricilor și cauciucurilor organice. Constanta dielectrica 2.0¸ 2.8, rezistivitate electrică 10 12 Ohm m, puterea electrică 12¸ 20 MV/m

Formula polidimetilsiloxan O arata ca

– Si(CH 3 ) 3 – O – [ Si(CH 3 ) 2 – O ] n –Si(CH3) = O

Polimerii organosiliciici lichizi sunt utilizați ca:

Polidietilsiloxani – obţinut prin hidroliză dietildiclorosilan Şi trietilclorosilan . Au o gamă largă de puncte de fierbere. Structura este exprimată prin formula:

Proprietățile depind de punctul de fierbere. Proprietățile electrice sunt aceleași cu acelea polidimetilsiloxan.

Lichid polimetilfenilsiloxani au o structură exprimată prin formula

Obținut prin hidroliză fenilmetildiclorosilani etc Ulei vâscos. După prelucrareNaOHvascozitatea creste de 3 ori. Rezistă la încălzire timp de 1000 de ore până la 250 °C. Proprietățile electrice sunt aceleași cu acelea polidimetilsiloxan.

La γ – iradiere, vâscozitatea lichidelor organosilicioase crește foarte mult, iar caracteristicile dielectrice se deteriorează brusc. Cu o doză mare de radiații, lichidele se transformă în cauciucoasa masă și apoi într-un corp solid, casant.

Lichide organofluorizate

Lichide organofluorizate - De la 8 F 16 – neinflamabil și rezistent la explozie, foarte rezistent la căldură(200 °C), au higroscopicitate scăzută. Perechile lor au o putere electrică ridicată. Lichidele au vâscozitate scăzută și sunt volatile. Au o disipare a căldurii mai bună decât uleiurile din petrol și lichidele siliconice.–) n,

este un polimer nepolar cu o structură liniară. Obținut prin polimerizarea etilenului gazos C2H4 la presiune mare (până la 300 MPa) sau la presiune scăzută (până la 0,6 MPa). Greutate moleculară polietilenă de înaltă presiune – 18000 – 40000, polietilenă de joasă densitate – 60000 – 800000.

Moleculele de polietilenă au capacitatea de a forma zone de material cu un aranjament ordonat de lanțuri (cristalite), prin urmare polietilena constă din două faze (cristalină și amorfă), al căror raport determină proprietățile sale mecanice și termice. Amorful conferă materialului proprietăți elastice, iar cristalinul conferă rigiditate. Faza amorfă are o temperatură de tranziție sticloasă de +80 °C. Faza cristalină are o mai mare rezistenta la caldura.

Agregatele de molecule de polietilenă în fază cristalină sunt sferulite cu o structură ortorombică. Conținutul fazei cristaline (până la 90%) în polietilena de joasă densitate este mai mare decât în ​​polietilena de înaltă densitate (până la 60%). Datorită cristalinității sale mari, polietilena de joasă densitate are un punct de topire mai mare (120 -125 ° C) și o rezistență mai mare la tracțiune. Structura polietilenei depinde în mare măsură de modul de răcire. Odată cu răcirea sa rapidă, se formează sferulite mici, cu răcire lentă - cele mari. Polietilena răcită rapid este mai flexibilă și mai puțin dură.

Proprietățile polietilenei depind de greutatea moleculară, puritate și impuritățile străine. Proprietățile mecanice depind de gradul de polimerizare. Polietilena are o mare rezistență chimică. Ca material electroizolant, este utilizat pe scară largă în industria cablurilor și în producția de fire izolate.

În prezent, sunt fabricate următoarele tipuri de polietilenă și produse din polietilenă:

1. polietilenă de joasă și înaltă presiune - (n.d.) și (v.d.);

2. polietilenă de joasă densitate pentru industria cablurilor;

3. polietilenă cu greutate moleculară mică de înaltă sau medie presiune;

4. polietilenă poroasă;

5. furtun special din polietilenă din plastic;

6. polietilenă pentru producția de cabluri HF;

7. polietilenă conductoare electric pentru industria cablurilor;

8. polietilenă umplută cu funingine;

9. polietilenă clorosulfonată;

10. folie de polietilenă.

Fluoroplastice

Există mai multe tipuri de polimeri fluorocarbon, care pot fi polari sau nepolari.

Să luăm în considerare proprietățile produsului reacției de polimerizare a tetrafluoretilenului gazos

(F2C = CF2).

Fluoroplastic - 4(politetrafluoretilenă) – pulbere liberă alb. Structura moleculelor arată ca

Moleculele de PTFE au o structură simetrică. Prin urmare, fluoroplasticul este un dielectric nepolar

Simetria moleculei și puritatea ridicată asigură nivel înalt caracteristici electrice. Energie de legătură mai mare între C și F îi conferă rezistenţă mare la frig şi rezistenta la caldura. Componentele radio realizate din acesta pot funcționa de la -195 ÷ +250°C. Neinflamabil, rezistent chimic, non-higroscopic, hidrofob și nu este afectat de mucegai. Rezistivitatea electrică este 10 15 ¸ 10 18 Ohm m, constantă dielectrică 1.9¸ 2.2, puterea electrică 20¸ 30 MV/m

Componentele radio sunt fabricate din pulbere fluoroplastică prin presare la rece. Produsele presate sunt sinterizate în cuptoare la 360 - 380°C. Cu răcire rapidă, produsele sunt întărite cu rezistență mecanică ridicată. Cu răcire lentă - neîntărit. Sunt mai ușor de prelucrat, mai puțin greu și au un nivel ridicat de caracteristici electrice. Când piesele sunt încălzite la 370°, ele trec de la o stare cristalină la o stare amorfă și devin transparente. Descompunerea termică a materialului începe la > 400°. În același timp Se formează fluor toxic.

Dezavantajul fluoroplasticului este fluiditatea sub sarcină mecanică. Are rezistență scăzută la radiații și necesită o forță de muncă intensă pentru a se transforma în produse. Unul dintre cei mai buni dielectrici pentru tehnologia RF și cu microunde. Ei fabrică produse de inginerie electrică și radio sub formă de plăci, discuri, inele și cilindri. Cablurile HF sunt izolate cu o peliculă subțire, care este compactată în timpul contracției.

Fluoroplasticul poate fi modificat folosind materiale de umplutură - fibră de sticlă, nitrură de bor, negru de fum etc., ceea ce face posibilă obținerea de materiale cu proprietăți noi și îmbunătățirea proprietăților existente.