Ciała dielektryczne. Aktywne dielektryki Jakie są nazwy ciał wykonanych z dielektryków?

Konduktor- jest to ciało zawierające w sobie wystarczającą liczbę swobodnych ładunków elektrycznych, które mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego. Pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego w przewodnikach może powstać prąd elektryczny. Dobrymi przewodnikami ładunków elektrycznych są wszystkie metale, roztwory soli i kwasów, wilgotna gleba, ciała ludzi i zwierząt.

Dielektryk lub izolator- korpus niezawierający w swoim wnętrzu swobodnych ładunków elektrycznych. Prąd elektryczny nie jest możliwy w izolatorach.

Do dielektryków zalicza się szkło, plastik, gumę, karton i powietrze. ciała wykonane z dielektryków nazywane są izolatorami. Oddestylowuje się całkowicie nieprzewodzącą ciecz, tj. woda oczyszczona. (każda inna woda (kranowa lub morska) zawiera pewną ilość zanieczyszczeń i jest przewodnikiem)

Polaryzacja dielektryka w polu elektrycznym- przemieszczenie ładunków dodatnich i ujemnych w przeciwnych kierunkach, tj. orientacja cząsteczek.

Parametrem fizycznym charakteryzującym dielektryk jest stała dielektryczna. Stała dielektryczna może mieć dyspersję.

Do dielektryków zalicza się powietrze i inne gazy, szkło, różne żywice i na pewno suche tworzywa sztuczne. Chemicznie czysta woda jest również dielektrykiem.

Dielektryki stosowane są nie tylko jako materiały izolacyjne.

Przewodniki i izolatory różnią się od siebie sposobem przewodzenia prądu elektrycznego. Przewodniki takie jak miedź łatwo przewodzą prąd, ale izolatory (szkło) przewodzą prąd tylko przy wysokich napięciach. Przewodniki i izolatory służą do kontrolowania natężenia prądu. Na przykład w piorunochronie zastosowano przewodnik, który powoduje uderzenie pioruna w ziemię bez powodowania uszkodzeń. Izolatory są stosowane w przełącznikach w celu ochrony ludzi.

Jeśli urządzenie musi przewodzić prąd, zawiera przewodniki o niskiej rezystancji. Większość przewodów elektrycznych jest wykonana z metali, które dobrze przewodzą prąd. Najczęściej przewodniki są wykonane z miedzi; metal ten ma wysoką przewodność (niską rezystancję).

Kiedy prąd przepływa przez drut, napotyka opór. Powoduje to nagrzewanie się przewodnika. Jeśli jako grzejnik używane jest urządzenie elektryczne, zawiera ono przewodniki o dużej rezystancji - na przykład cienki drut niklowy lub chromowany.

Przewodność i rezystywność drutu zależą od jego grubości. Cienkie druty mają niską przewodność (wysoką rezystancję) w porównaniu do grubych drutów wykonanych z tego samego materiału.

Cienkie przewody stosuje się w sieciach niskiego napięcia, na przykład w telefonach. Grubsze przewodniki przeznaczone są do wyższych prądów - na przykład do zasilania kuchenki elektrycznej.

Dielektryk to materiał lub substancja, która praktycznie nie przepuszcza prądu elektrycznego. Przewodnictwo to wynika z małej liczby elektronów i jonów. Cząstki te tworzą się w materiale nieprzewodzącym dopiero po osiągnięciu właściwości wysokotemperaturowych. Czym jest dielektryk, zostanie omówione w tym artykule.

Opis

Każdy przewodnik elektroniczny lub radiowy, półprzewodnik lub naładowany dielektryk przepuszcza przez siebie prąd elektryczny, ale osobliwością dielektryka jest to, że nawet przy wysokich napięciach powyżej 550 V przepłynie w nim niewielki prąd. Prąd elektryczny w dielektryku to ruch naładowanych cząstek w określonym kierunku (może być dodatni lub ujemny).

Rodzaje prądów

Przewodność elektryczna dielektryków opiera się na:

• Prądy absorpcyjne to prąd, który płynie w dielektryku ze stałym prądem, aż do osiągnięcia stanu równowagi, zmieniając kierunek po włączeniu i przyłożeniu do niego napięcia oraz po wyłączeniu. W przypadku prądu przemiennego napięcie w dielektryku będzie w nim obecne przez cały czas, gdy znajdzie się on w działaniu pola elektrycznego.
• Przewodnictwo elektronowe to ruch elektronów pod wpływem pola.
• Przewodnictwo jonowe to ruch jonów. Występuje w roztworach elektrolitów – soli, kwasów, zasad, a także w wielu dielektrykach.
• Przewodnictwo elektryczne molionów to ruch naładowanych cząstek zwanych molionami. Występuje w układach koloidalnych, emulsjach i zawiesinach. Zjawisko ruchu molionów w polu elektrycznym nazywa się elektroforezą.

Klasyfikuje się je ze względu na stan skupienia i charakter chemiczny. Te pierwsze dzielą się na stałe, ciekłe, gazowe i krzepnące. Ze względu na charakter chemiczny dzieli się je na materiały organiczne, nieorganiczne i pierwiastki organiczne.

Według stanu skupienia:

• Przewodność elektryczna gazów. Substancje gazowe mają dość niską przewodność prądu. Może zachodzić w obecności cząstek swobodnie naładowanych, co pojawia się pod wpływem czynników zewnętrznych i wewnętrznych, elektronicznych i jonowych: promieniowania rentgenowskiego i radioaktywnego, zderzeń cząsteczek i cząstek naładowanych, czynników termicznych.
• Przewodność elektryczna ciekłego dielektryka. Czynniki zależności: budowa molekularna, temperatura, zanieczyszczenia, obecność dużych ładunków elektronów i jonów. Przewodność elektryczna ciekłych dielektryków zależy w dużej mierze od obecności wilgoci i zanieczyszczeń. Przewodnictwo elektryczne w substancjach polarnych jest również tworzone za pomocą cieczy ze zdysocjowanymi jonami. Porównując ciecze polarne i niepolarne, te pierwsze mają wyraźną przewagę pod względem przewodności. Jeśli oczyścisz ciecz z zanieczyszczeń, pomoże to zmniejszyć jej właściwości przewodzące. Wraz ze wzrostem przewodnictwa i jego temperatury następuje spadek jego lepkości, co prowadzi do wzrostu ruchliwości jonów.
• Stałe dielektryki. Ich przewodność elektryczna zależy od ruchu naładowanych cząstek dielektrycznych i zanieczyszczeń. W silnych polach prądu elektrycznego ujawnia się przewodność elektryczna.

Właściwości fizyczne dielektryków

Jeżeli rezystancja właściwa materiału jest mniejsza niż 10-5 omów*m, można je zaliczyć do przewodników. Jeśli więcej niż 108 Ohm*m - do dielektryków. Może się zdarzyć, że rezystywność będzie kilkakrotnie większa niż rezystancja przewodnika. W zakresie 10-5-108 Ohm*m znajduje się półprzewodnik. Materiał metalowy jest doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego.

Z całego układu okresowego tylko 25 pierwiastków zalicza się do niemetali, a 12 z nich może mieć właściwości półprzewodnikowe. Ale oczywiście oprócz substancji w tabeli istnieje znacznie więcej stopów, kompozycji lub związków chemicznych o właściwościach przewodnika, półprzewodnika lub dielektryka. Na tej podstawie trudno jest wytyczyć jednoznaczną granicę między wartościami różnych substancji a ich rezystancją. Na przykład przy obniżonym współczynniku temperaturowym półprzewodnik będzie zachowywał się jak dielektryk.

Aplikacja

Zastosowanie materiałów nieprzewodzących jest bardzo szerokie, gdyż jest to jedna z najpopularniejszych klas elementów elektrycznych. Stało się całkiem jasne, że ze względu na swoje właściwości można je stosować w formie aktywnej i pasywnej.

W swojej pasywnej formie właściwości dielektryków są wykorzystywane do stosowania w materiałach elektroizolacyjnych.

W postaci aktywnej stosuje się je w ferroelektrykach, a także w materiałach na emitery laserowe.

Podstawowe dielektryki

Powszechnie spotykane typy obejmują:

• Szkło.
• Guma.
• Olej.
• Asfalt.
• Porcelana.
• Kwarc.
• Powietrze.
• Diament.
• Czysta woda.
• Plastikowy.

Co to jest ciekły dielektryk?

Polaryzacja tego typu występuje w polu prądu elektrycznego. W technologii zalewania lub impregnacji materiałów stosuje się ciekłe substancje nieprzewodzące. Istnieją 3 klasy ciekłych dielektryków:

Oleje naftowe są lekko lepkie i przeważnie niepolarne. Są często stosowane w urządzeniach wysokiego napięcia: wodach wysokiego napięcia. jest niepolarnym dielektrykiem. Olej kablowy znalazł zastosowanie przy impregnacji izolacyjnych drutów papierowych o napięciu do 40 kV, a także powłok metalicznych o prądzie większym niż 120 kV. Olej transformatorowy ma czystszą strukturę niż olej kondensatorowy. Ten rodzaj dielektryka jest szeroko stosowany w produkcji, pomimo wysokich kosztów w porównaniu z analogowymi substancjami i materiałami.

Co to jest syntetyczny dielektryk? Obecnie jest niemal wszędzie zakazany ze względu na dużą toksyczność, gdyż produkowany jest na bazie chlorowanego węgla. Natomiast ciekły dielektryk na bazie krzemu organicznego jest bezpieczny i przyjazny dla środowiska. Ten typ nie powoduje rdzy metali i ma niskie właściwości higroskopijne. Istnieje skroplony dielektryk zawierający związek fluoroorganiczny, który jest szczególnie popularny ze względu na jego niepalność, właściwości termiczne i stabilność oksydacyjną.

Ostatnim typem są oleje roślinne. Są to słabo polarne dielektryki, do których zalicza się len, rycynę, tung i konopie. Olej rycynowy jest bardzo gorący i jest stosowany w kondensatorach papierowych. Pozostałe oleje są odparowujące. Parowanie w nich nie jest spowodowane naturalnym parowaniem, ale reakcją chemiczną zwaną polimeryzacją. Aktywnie stosowany w emaliach i farbach.

Wniosek

W artykule szczegółowo omówiono, czym jest dielektryk. Wymieniono różne rodzaje i ich właściwości. Oczywiście, aby zrozumieć subtelność ich cech, będziesz musiał bardziej szczegółowo przestudiować sekcję dotyczącą fizyki na ich temat.

Przewodnik to ciało zawierające wystarczającą ilość swobodnych ładunków elektrycznych, które mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego.
Pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego w przewodnikach może powstać prąd elektryczny.
Dobrymi przewodnikami ładunków elektrycznych są wszystkie metale, roztwory soli i kwasów, wilgotna gleba, ciała ludzi i zwierząt.

Izolator (lub dielektryk) to ciało, które nie zawiera w sobie wolnych ładunków elektrycznych.
Prąd elektryczny nie jest możliwy w izolatorach.
Do dielektryków zalicza się szkło, plastik, gumę, karton i powietrze. ciała wykonane z dielektryków nazywane są izolatorami.
Oddestylowuje się całkowicie nieprzewodzącą ciecz, tj. woda oczyszczona,
(każda inna woda (kranowa lub morska) zawiera pewną ilość zanieczyszczeń i jest przewodnikiem)

PRĄD ELEKTRYCZNY W METALICH

W metalu zawsze jest duża liczba wolnych elektronów.
Prąd elektryczny w przewodnikach metalowych to uporządkowany ruch wolnych elektronów pod wpływem pola elektrycznego wytwarzanego przez źródło prądu.

PRĄD ELEKTRYCZNY W CIECZACH

Roztwory soli i kwasów, a także zwykła woda (z wyjątkiem destylowanej) mogą przewodzić prąd elektryczny.
Roztwór, który może przewodzić prąd elektryczny, nazywa się elektrolitem.
W roztworze cząsteczki substancji rozpuszczonej pod wpływem rozpuszczalnika przekształcają się w jony dodatnie i ujemne. Pod wpływem pola elektrycznego przyłożonego do roztworu jony mogą przemieszczać się: jony ujemne – do elektrody dodatniej, jony dodatnie – do elektrody ujemnej.
W elektrolicie występuje prąd elektryczny.
Kiedy prąd przepływa przez elektrolit, na elektrodach uwalniają się czyste substancje zawarte w roztworze. Zjawisko to nazywa się elektrolizą
W wyniku działania prądu elektrycznego w elektrolicie zachodzą nieodwracalne zmiany chemiczne i aby dalej utrzymać prąd elektryczny, należy go wymienić na nowy.

CIEKAWY

W XVII wieku, po tym jak William Gilbert ustalił, że wiele ciał ma zdolność elektryzowania się pod wpływem pocierania, w nauce wierzono, że wszystkie ciała pod względem elektryzacji dzielą się na dwa typy: te, które mogą zostać naelektryzowane przez tarcie, oraz ciała, które nie są elektryzowane przez tarcie.
Dopiero w pierwszej połowie XVIII wieku odkryto, że niektóre ciała posiadają także zdolność rozprowadzania energii elektrycznej. Pierwsze eksperymenty w tym kierunku przeprowadził angielski fizyk Gray. W 1729 roku Gray odkrył zjawisko przewodnictwa elektrycznego. Odkrył, że prąd może być przesyłany z jednego ciała na drugie za pomocą metalowego drutu. Wzdłuż jedwabnej nici nie rozprzestrzenił się prąd. To Gray podzielił substancje na przewodniki i nieprzewodniki prądu elektrycznego. Dopiero w 1739 r ostatecznie ustalono, że wszystkie ciała należy podzielić na przewodniki i dielektryki.
___

Na początku XIX wieku okazało się, że wyładowanie ryb elektrycznych przechodzi przez metale, ale nie przechodzi przez szkło i powietrze.

CZY WIESZ

Galwanostegia.

Powlekanie przedmiotów warstwą metalu za pomocą elektrolizy nazywa się galwanizacją. Metalizacji można poddać nie tylko przedmioty metalowe, ale także przedmioty drewniane, liście roślin, koronki i martwe owady. Najpierw należy stwardnieć te przedmioty i w tym celu potrzymać je przez jakiś czas w roztopionym wosku.
Następnie pokrywamy je równomiernie warstwą grafitu (np. pocierając grafitem), aby stały się przewodzące i jako elektrodę zanurzamy je w kąpieli galwanicznej z elektrolitem, przepuszczając przez pewien czas prąd elektryczny. aktualny. Po pewnym czasie metal zawarty w roztworze uwolni się na tej elektrodzie i równomiernie pokryje przedmiot.

Wykopaliska archeologiczne sięgające czasów królestwa Partów pozwalają przypuszczać, że już dwa tysiące lat temu prowadzono galwanizację i srebrzenie wyrobów!
Świadczą o tym także znaleziska dokonane w grobowcach egipskich faraonów.

DOŚWIADCZENIA Z ELEKTROLITAMI

1. Jeśli weźmiesz roztwór siarczanu miedzi, zmontujesz obwód elektryczny i zanurz w roztworze elektrody (pręty grafitowe z ołówka), żarówka się zaświeci. Jest prąd!
Powtórz eksperyment, zastępując elektrodę podłączoną do ujemnego bieguna akumulatora aluminiowym przyciskiem. Po pewnym czasie stanie się „złoty”, tj. zostanie pokryty warstwą miedzi. Jest to zjawisko galwanostegii.

2. Będziemy potrzebować: szklanki z mocnym roztworem soli kuchennej, baterii do latarki, dwóch kawałków drutu miedzianego o długości około 10 cm Oczyść końce drutu drobnym papierem ściernym. Podłącz jeden koniec przewodu do każdego bieguna akumulatora. Zanurz wolne końce drutów w szklance z roztworem. Bąbelki unoszą się w pobliżu opuszczonych końców drutu!

ZRÓB TO SAM!

1. Wykonaj urządzenie pomiarowe - tester pozwalający określić, czy substancja jest przewodnikiem prądu elektrycznego. Aby to zrobić, potrzebujesz baterii, latarki i przewodów łączących. Zamknij zmontowany obwód elektryczny do badanego przewodnika i określ, czy substancja jest przewodnikiem na podstawie obecności, czy braku blasku lampy.

2. Możesz wykazać obecność swobodnych ładunków elektrycznych w cieczy w następujący sposób: podłącz metalowy czajnik i aluminiowe szkło z kalorymetru z przewodnikami do galwanometru. Do czajnika wlej wodę i rozpuść w niej odrobinę soli. Zacznij wlewać słoną wodę z czajnika do szklanki cienkim strumieniem; galwanometr wskaże obecność prądu elektrycznego. Zmieniając długość i grubość strumienia, monitoruj zmianę natężenia prądu.

Przy montażu uziemienia dobrze jest zakopać przewód na głębokość do 2,5 m, jednak w warunkach polowych
nie zawsze jest to możliwe. Dlatego uziemienie często wykonuje się w postaci kołka wbijanego w ziemię. Dlaczego w tym przypadku przydatne jest podlewanie obszaru uziemienia słoną wodą?

NIE-ja-ja!

W przypadku pożaru w instalacjach elektrycznych należy natychmiast wyłączyć wyłącznik. Pożaru spowodowanego prądem elektrycznym NIE można ugasić wodą ani zwykłą gaśnicą, ponieważ strumień wody jest przewodnikiem i może ponownie zamknąć obwód i przywrócić przyczynę pożaru. W takim przypadku konieczne jest użycie suchego piasku lub gaśnicy do piaskowania.

CIAŁO LUDZKIE JEST PRZEWODNIKEM PRĄDU

Jeśli przypadkowo ktoś znajdzie się pod napięciem, może dojść do obrażeń, a nawet śmierci.

Podczas pracy z obwodami elektrycznymi NIE WOLNO:
- Nie można dotykać gołych przewodów obiema rękami jednocześnie.
- nie dotykaj gołego przewodu stojąc na ziemi lub na wilgotnej (nawet cementowej lub drewnianej) podłodze.
- Nie używaj wadliwych urządzeń elektrycznych.
- nie można naprawiać urządzenia elektrycznego bez odłączenia go od źródła zasilania.

Pierwsza pomoc dla ofiary porażenia prądem.

Często osoba sama nie może uwolnić się od przewodów przewodzących prąd, ponieważ... Prąd elektryczny powoduje konwulsyjne skurcze mięśni lub ofiara traci przytomność. Najpierw musisz odłączyć osobę od przewodów przewodzących prąd. Aby to zrobić, należy wyłączyć prąd lub odkręcić bezpieczniki znajdujące się w pobliżu licznika. Jeśli przełącznik jest daleko, należy użyć drewnianego patyka (przedmiotu nieprzewodzącego), aby odciągnąć go od przewodu. Pod stopami powinna znajdować się powierzchnia izolująca: gumowa mata, suche deski lub linoleum. Ofiarę od przewodów można odciągnąć jedynie gołymi rękami, za końce suchego ubrania i jedną ręką. Nie dotykaj tych podłączonych do ziemi. przedmioty przewodzące!
Następnie należy ułożyć poszkodowanego na plecach i wezwać lekarza.

Nie wkładaj palców do gniazdka, przydadzą się później!

DEFINICJA, CEL I KLASYFIKACJA

MATERIAŁY IZOLACYJNE ELEKTRYCZNE

Dielektryki- substancje, w których pola elektrostatyczne mogą występować przez długi czas. Materiały te w przeciwieństwie do przewodzących praktycznie nie przewodzą prądu elektrycznego pod wpływem przyłożonego do nich stałego napięcia.

Celem izolacji elektrycznej jest przede wszystkim zapobieganie przepływowi prądu drogami niepożądanymi dla pracy urządzenia elektrycznego. Ponadto dielektryki w urządzeniach elektrycznych, w szczególności kondensatorach, odgrywają aktywną rolę, zapewniając wymaganą pojemność.

Dielektryki dipolowe to te, których cząsteczki są ułożone asymetrycznie w przestrzeni; generalnie mają wyższą stałą dielektryczną niż dielektryki neutralne. Dielektryki dipolowe są bardziej higroskopijne i łatwiej zwilżane wodą niż dielektryki obojętne.

Dielektryki są również podzielone na heteropolarny (jonowy), których cząsteczki stosunkowo łatwo dzielą się na przeciwnie naładowane części (jony) i homeolarne, nie rozszczepiony na jony.

Ze względu na skład chemiczny dzielimy materiały elektroizolacyjne organiczny, V którego skład zawiera węgiel, oraz nieorganiczny, nie zawierające węgla. Zazwyczaj, materiały nieorganiczne mają wyższą odporność na ciepło, niż organiczne.

PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE DIELEKTRYKI

Z samego powodu dielektryki pod wpływem stałego napięcia nie powinny w ogóle przepuszczać prądu, tj. powinny być nieprzewodzące. Jednak wszystkie praktycznie stosowane materiały elektroizolacyjne przy przyłożeniu stałego napięcia przepuszczają niewielki prąd, tzw. prąd upływowy. Zatem rezystywność materiałów elektroizolacyjnych nie jest nieskończona, chociaż jest bardzo duża.

Opór przekrój izolacji jest równy stosunkowi napięcia stałego przyłożonego do tego odcinka izolacji U (w woltach) na prąd upływowy I(w amperach) w tej sekcji:

Przewodność izolacji

.

Wyróżnić opór objętościowy izolacja R V , numeryczne określenie przeszkody utworzonej przez izolację dla przejścia prądu przez jej grubość, oraz rezystancja powierzchniowaR S określające przeszkodę w przepływie prądu wzdłuż powierzchni izolacji i charakteryzujące obecność zwiększonej przewodności warstwy wierzchniej dielektryka na skutek wilgoci, zanieczyszczeń itp.

Impedancja Izolację definiuje się jako wynik dwóch rezystancji połączonych równolegle pomiędzy elektrodami, objętościowej i powierzchniowej:

Dla płaskiego odcinka izolacji o przekroju poprzecznym S[cm 2 ] i grubość H[cm] opór objętościowy (bez wpływu krawędzi) wynosi:

.

Liczebnie ρ V równy oporowi (w omach) sześcianu o krawędzi 1 cm danego materiału, jeśli prąd przepływa przez dwie przeciwległe ściany sześcianu:

.

1 Om∙cm= 10 4 Om∙mm 2 /M= 10 6 µΩ∙cm= 10 -2 Om∙m.

Odwrotność oporu objętościowego

,

zwany właściwa przewodność objętościowa materiał.

Wartości ρ V praktycznie stosowane stałe i płynne materiały elektroizolacyjne wahają się od około 10 8 -10 10 Om∙cm dla stosunkowo niskiej jakości materiałów stosowanych w nieistotnych przypadkach (drewno, marmur, azbestocement itp.) do 10 16 -10 18 Om∙cm do materiałów takich jak bursztyn, styropian, polietylen itp. Do gazów niejonizowanych ρ V około 10 19 -10 20 Om∙cm Stosunek rezystywności wysokiej jakości stałego dielektryka i dobrego przewodnika (w normalnej temperaturze) wyraża się kolosalną liczbą - rzędu 10 22 -10 24.

Specyficzna rezystancja powierzchniowaρ S charakteryzuje właściwość materiału elektroizolacyjnego do tworzenia oporów powierzchniowych w wykonanej z niego izolacji. Rezystancja powierzchniowa (pomijając wpływ krawędzi) pomiędzy elektrodami o równoległych prostych krawędziach długości B, położone w pewnej odległości od siebie A, po wyłączeniu objętościowego prądu upływu przez grubość materiału, jest on równy , Gdzie .

Ogrom ρ S liczbowo równy oporowi kwadratu (dowolnej wielkości) na powierzchni danego materiału , jeśli prąd zostanie doprowadzony do elektrod ograniczających dwie przeciwne strony tego kwadratu .

Fizyczna natura przewodności elektrycznej dielektryków

Przewodność elektryczną dielektryków tłumaczy się obecnością w nich wolnych (tj. niezwiązanych z określonymi cząsteczkami i zdolnych do poruszania się pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego) naładowanych cząstek: jonów, molionów (cząstek koloidalnych), a czasami elektronów.

Najbardziej typowe dla większości materiałów elektroizolacyjnych przewodność jonowa. Należy zauważyć, że w niektórych przypadkach główna substancja dielektryka poddawana jest elektrolizie; Przykładem jest szkło, w którym dzięki swojej przezroczystości można bezpośrednio zaobserwować wydzielanie się produktów elektrolizy. Gdy prąd stały przepływa przez szkło podgrzane w celu zmniejszenia przewodności, na katodzie tworzą się charakterystyczne drzewiaste osady („dendryty”) metali tworzących szkło, głównie sodu. Jeszcze częściej obserwuje się przypadki, gdy cząsteczki głównej substancji dielektryka nie mają zdolności do łatwej jonizacji, ale jonowe przewodnictwo elektryczne występuje z powodu zanieczyszczeń prawie nieuchronnie obecnych w dielektryku - zanieczyszczeń wilgoci, soli, kwasów, zasady itp. Nawet bardzo małe, czasami zawierające zanieczyszczenia trudne do wykrycia metodą analizy chemicznej, mogą znacząco wpłynąć na przewodność substancji; Dlatego przy produkcji dielektryków i ogólnie w technologii izolacji elektrycznych tak ważna jest czystość produktów wyjściowych i czystość miejsca pracy. W dielektryku o przewodności jonowej ściśle przestrzegane jest prawo Faradaya, czyli proporcjonalność pomiędzy ilością energii elektrycznej przepuszczonej przez izolację (przy stałym prądzie) a ilością substancji uwolnionej podczas elektrolizy.

Kiedy wzrasta temperatura Rezystywność materiałów elektroizolacyjnych z reguły jest znacznie zmniejszona. Oczywiście warunki pracy izolacji elektrycznej stają się coraz trudniejsze. Przeciwnie, w niskich temperaturach nawet bardzo słabe dielektryki uzyskują wysokie wartości ρ V .

Obecność nawet niewielkich ilości wody może znacznie zmniejszyć ρ V dielektryk. Wyjaśnia to fakt, że zanieczyszczenia obecne w wodzie dysocjują na jony lub obecność wody może przyczynić się do dysocjacji cząsteczek samej substancji. Zatem warunki pracy izolacji elektrycznej stają się trudniejsze, gdy uwodnienie. Nawilżanie ma bardzo silny wpływ na tę zmianę ρ V włókniste i niektóre inne materiały, w których wilgoć może tworzyć ciągłe warstwy wzdłuż włókien - „mostki”, które przenikają cały dielektryk z jednej elektrody na drugą.

Aby zabezpieczyć przed wilgocią po wyschnięciu, materiały higroskopijne są impregnowane lub pokrywane niehigroskopijnymi lakierami, związkami itp. Kiedy wysuszenie izolacja elektryczna, wilgoć jest z niej usuwana, a jej rezystancja wzrasta. Dlatego wraz ze wzrostem temperatury ρ V zawilgocony materiał może początkowo nawet rosnąć (jeśli efekt odprowadzenia wilgoci przeważa nad efektem podniesienia temperatury), a dopiero po odprowadzeniu znacznej części wilgoci rozpoczyna się spadek ρ V .

Rezystancja izolacji może się zmniejszyć wraz z wzrost napięcia, co ma istotne znaczenie praktyczne: mierząc rezystancję izolacji (maszyny, kabla, kondensatora itp.) przy napięciu niższym od napięcia roboczego, możemy uzyskać zawyżoną wartość rezystancji.

Uzależnienie R z na wartość napięcia można wytłumaczyć wieloma przyczynami:

powstawanie ładunków kosmicznych w dielektryku;

słaby kontakt elektrod z mierzoną izolacją itp.

Przy wystarczająco wysokich napięciach elektrony mogą zostać uwolnione przez siły pola elektrycznego; wytworzona w tym przypadku dodatkowa przewodność elektronowa prowadzi do znacznego wzrostu ogólnej przewodności elektrycznej. Zjawisko to poprzedza rozwój przebicia dielektrycznego.

Kiedy do stałego dielektryka przyłożone jest stałe napięcie, w większości przypadków prąd stopniowo maleje w czasie, asymptotycznie zbliżając się do pewnej wartości stanu ustalonego. Zatem stopniowo przewodność dielektryka wzrasta, a rezystancja maleje. Zmiana przewodności w czasie jest związana z wpływem tworzenia się ładunków kosmicznych, procesami elektrolizy w dielektryku i innymi przyczynami.

Charakter zmian oporu właściwego powierzchni ρ S dielektryków od różnych czynników (temperatura, wilgotność, napięcie, czas działania napięcia) jest podobny do charakteru zmiany ρ V omówione powyżej. Ogrom ρ S Higroskopijne dielektryki są bardzo wrażliwe na wilgoć.

Polaryzacja dielektryków

Najważniejszą właściwością dielektryków jest ich zdolność do polaryzacji pod wpływem przyłożonego zewnętrznie napięcia elektrycznego. Polaryzacja sprowadza się do zmiany położenia przestrzennego naładowanych cząstek materiału dielektryka, a dielektryk przejmuje indukowany moment elektryczny, i powstaje w nim ładunek elektryczny. Jeśli weźmiemy pod uwagę pewien odcinek izolacji z elektrodami, do których przykładane jest napięcie U [V], następnie opłata za tę sekcję Q [Cl] jest określona przez wyrażenie

Q= CU .

Tutaj Z jest pojemnością danego odcinka izolacji, mierzoną w faradach (F).

Wydajność izolacji zależy zarówno od materiału (dielektryka), jak i od wymiarów geometrycznych i konfiguracji izolacji.

Nazywa się to zdolnością danego dielektryka do tworzenia pojemności elektrycznej stała dielektryczna i jest wyznaczony ε . Ogrom ε próżnię traktuje się jako jeden.

Pozwalać Z O- pojemność kondensatora próżniowego o dowolnym kształcie i rozmiarze. Jeżeli bez zmiany wielkości, kształtu i względnego położenia płytek kondensatora przestrzeń między jego płytami zostanie wypełniona materiałem o stałej dielektrycznej ε , wówczas pojemność kondensatora wzrośnie i osiągnie wartość

C=ε C O .

Zatem stała dielektryczna substancji jest liczbą pokazującą, ile razy zwiększy się pojemność kondensatora próżniowego, jeśli bez zmiany wielkości i kształtu elektrod kondensatora przestrzeń między elektrodami zostanie wypełniona daną substancją. Pojemność kondensatora o danych wymiarach geometrycznych i kształcie jest wprost proporcjonalna ε dielektryk.

Wartość stałej dielektrycznej zawarta jest w wielu podstawowych równaniach elektrostatyki. Tak, zgodnie z prawem wisiorek siła wzajemnego odpychania dwupunktowych ładunków elektrycznych o wartości Q 1 i Q 2 (jednostki ładunku bezwzględnego) umieszczone w ośrodku o stałej dielektrycznej ε w pewnej odległości od siebie H[cm] , Jest:

Stała dielektryczna jest wielkością bezwymiarową. Dla gazów jest bardzo blisko 1. Tak więc dla powietrza w normalnych warunkach ε= 1.00058. Do większości płynnych i stałych materiałów elektroizolacyjnych ε – rzędu kilku jednostek, rzadziej dziesiątek i bardzo rzadko przekracza 100. Niektóre substancje specjalnej klasy - ferroelektryki - w pewnych warunkach mają wyjątkowo wysokie wartości stałej dielektrycznej.

Fizyczna istota polaryzacji

Polaryzacja, podobnie jak przewodnictwo, jest spowodowana ruchem ładunków elektrycznych w przestrzeni. Różnice pomiędzy tymi dwoma zjawiskami:

polaryzacja powoduje przesunięcie powiązany z pewnymi cząsteczkami ładunków, które nie mogą wyjść poza granice danej cząsteczki, natomiast przewodność wynika z ruchu (dryfu) swobodnych ładunków, które mogą przemieszczać się w dielektryku na stosunkowo dużą odległość;

przemieszczenie polaryzacyjne – elastyczne przesunięcie ładunków; po zakończeniu napięcia przyłożonego do dielektryka przemieszczone ładunki mają tendencję do powrotu do swoich pierwotnych pozycji, co nie jest typowe dla przewodności;

polaryzacja jednorodnego materiału występuje niemal we wszystkich cząsteczkach dielektryka, natomiast o przewodności elektrycznej dielektryków często decyduje obecność niewielkiej ilości zanieczyszczeń (zanieczyszczeń).

Chociaż prąd przewodzenia istnieje tak długo, jak do dielektryka z zewnątrz przyłożone jest stałe napięcie, prąd polaryzacji (prąd pojemnościowy) występuje tylko wtedy, gdy napięcie stałe jest włączane lub wyłączane, a nawet gdy zmienia się wielkość przyłożonego napięcia; przez długi czas prąd pojemnościowy występuje tylko w dielektryku pod wpływem napięcie przemienne.

Najbardziej typowymi rodzajami polaryzacji są polaryzacja elektronowa, jonowa i dipolowa.

Polaryzacja elektronowa- przemieszczenie orbit elektronów względem jądra atomowego. Polaryzacja elektronowa po przyłożeniu zewnętrznego pola elektrycznego następuje w niezwykle krótkim czasie (około 10 -15 sek.).

Polaryzacja jonowa(dla dielektryków jonowych) - przemieszczenie względem siebie jonów tworzących cząsteczkę. Polaryzacja ta występuje w okresach dłuższych niż polaryzacja elektronowa, ale także w bardzo krótkich okresach - około 10 -13 sekund.

Polaryzacja elektronowa i jonowa – odmiany polaryzacja deformacji, reprezentujący przesunięcie ładunków względem siebie w kierunku zewnętrznego pola elektrycznego.

Polaryzacja dipolowa (orientacyjna). sprowadza się do rotacji (orientacji) cząsteczek dipola substancji. Polaryzacja ta jest liczbowo duża w porównaniu z polaryzacją deformacyjną i zachodzi całkowicie w przedziałach czasu, które są różne dla cząsteczek różnych substancji, ale znacznie dłuższe niż czas trwania polaryzacji deformacyjnej.

Jest oczywiste, że w dielektrykach neutralnych może wystąpić tylko polaryzacja odkształceniowa. Te dielektryki mają stosunkowo niską stałą dielektryczną (na przykład dla węglowodorów ciekłych i stałych ε około 1,9-2,8).

Tabela 1.1

Stała dielektryczna niektórych substancji

Dielektryki dipolowe, w których oprócz polaryzacji odkształceniowej obserwuje się także polaryzację orientacji, mają wyższe wartości stałej dielektrycznej w porównaniu do dielektryków neutralnych, a w dielektrykach dipolowych np. wody, ε = 82.

Ogólnie rzecz biorąc, stała dielektryczna substancji dipolowej jest tym większa, im mniejszy jest rozmiar cząsteczki (lub masa cząsteczkowa). Tak, całkiem duży ε woda wynika z bardzo małego rozmiaru jej cząsteczki.

Zależność stałej dielektrycznej od częstotliwości. Ponieważ czas ustalenia polaryzacji odkształceniowej jest bardzo krótki w porównaniu z czasem zmiany znaku napięcia nawet przy najwyższych częstotliwościach stosowanych we współczesnej elektronice radiowej, polaryzacja neutralnych dielektryków udaje się w pełni ustalić w czasie, który można zaniedbane w porównaniu z półokresem napięcia przemiennego. Dlatego praktycznie nie ma istotnej zależności ε od częstotliwości neutralne dielektryki tego nie robią.

W przypadku dielektryków dipolowych, wraz ze wzrostem częstotliwości napięcia przemiennego, wartość ε na początku również pozostaje niezmieniony, ale zaczynając od pewnego częstotliwość krytyczna, gdy polaryzacja nie ma czasu na pełne ugruntowanie się w jednym półcyklu, ε zaczyna spadać, zbliżając się przy bardzo wysokich częstotliwościach do wartości charakterystycznych dla neutralnych dielektryków; Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta częstotliwość krytyczna.

W ostro niejednorodne dielektryki, w szczególności w dielektrykach z wtrąceniami wody występuje zjawisko tzw międzywarstwaNoe polaryzacja. Polaryzacja międzywarstwowa sprowadza się do gromadzenia się ładunków elektrycznych na styku dielektryków (w przypadku dielektryka zwilżonego na powierzchni rozproszonej wody). Procesy ustalania się polaryzacji międzywarstwowej są bardzo powolne i mogą trwać minuty, a nawet godziny. Dlatego wzrost pojemności izolacji w wyniku zawilgocenia tej ostatniej jest tym większy, im niższa jest częstotliwość napięcia przemiennego przyłożonego do izolacji.

GłowaZależność stałej dielektrycznej od temperatury. Do neutralnych dielektryków ε słabo zależy od temperatury i maleje wraz ze wzrostem tej ostatniej w wyniku rozszerzalności cieplnej substancji, tj. zmniejszenia liczby polaryzowalnych cząsteczek na jednostkę objętości substancji.

W dielektrykach dipolowych w niskich temperaturach, gdy substancja ma dużą lepkość, orientacja cząsteczek dipola wzdłuż pola jest w większości przypadków niemożliwa lub w każdym przypadku trudna. Wraz ze wzrostem temperatury i spadkiem lepkości możliwość orientacji dipola staje się łatwiejsza, co powoduje ε znacznie wzrasta. W wysokich temperaturach, z powodu zwiększonych chaotycznych drgań termicznych cząsteczek, stopień uporządkowania orientacji molekularnej maleje, co ponownie prowadzi do spadku ε .

W kryształach o polaryzacji jonowej, szkle, porcelanie i innych rodzajach ceramiki o dużej zawartości fazy szklistej, stała dielektryczna rośnie wraz ze wzrostem temperatury.

CIAŁA DIELEKTRYCZNE

CIAŁA DIELEKTRYCZNE

W przeciwnym razie izolatory, czyli ciała, które nie przewodzą prądu, nie są przewodnikami.

Kompletny słownik słów obcych, które weszły w użycie w języku rosyjskim - Popov M., 1907 .

CIAŁA DIELEKTRYCZNE

prąd nieprzewodzący, izolatory.

, 1907 .

IZOLATORY LUB CIAŁA DIELEKTRYCZNE

ogólnie wszystkie ciała, które słabo przewodzą prąd i służą do izolacji przewodników; w szczególności nazwa ta odnosi się do używanych szklanek lub porcelany. na linii telegraficznej w celu zaizolowania drutu w miejscach jego zamocowania do słupów.

Słownik słów obcych zawartych w języku rosyjskim - Pavlenkov F., 1907 .

Zobacz, jakie „CIAŁA DIELEKTRYCZNE” znajdują się w innych słownikach:

Nazwa nadana przez Michaela Faradaya ciałom, które nie przewodzi lub w inny sposób słabo przewodzi prąd elektryczny, takim jak powietrze, szkło, różne żywice, siarka itp. Ciała takie nazywane są również izolatorami. Przed badaniami Faradaya, prowadzonymi w latach 30-tych... ...

Nazwa nadana przez Michaela Faradaya ciałom nieprzewodzącym lub innymi słowy słabo przewodzącym prąd elektryczny, takim jak powietrze, szkło, różne żywice, siarka itp. Ciała takie nazywane są również izolatorami. Przed badaniami Faradaya w latach trzydziestych XX wieku... ... Encyklopedia Brockhausa i Efrona

Słabe przewodniki prądu elektrycznego i dlatego służą do izolacji przewodów. Słownik słów obcych zawartych w języku rosyjskim. Chudinov A.N., 1910. IZOLATORY LUB CIAŁA DIELEKTRYCZNE ogólnie, wszystkie ciała słabo przewodzące... ... Słownik obcych słów języka rosyjskiego

Substancje, które źle przewodzą prąd elektryczny. Termin „D.” (od greckiego diá poprzez i angielskiego elektryczny elektryczny) został wprowadzony przez M. Faradaya (zob. Faradaya) do określenia substancji, przez które przenikają pola elektryczne. W jakiejkolwiek substancji... ... Wielka encyklopedia radziecka

ULTRAKRÓTKIE FALE- zostały po raz pierwszy zastosowane w terapii Schliephake'a. Prądy przemienne stosowane w diatermii charakteryzują się częstotliwością od 800 000 do 1 miliona drgań na sekundę przy długości fali 300 400 m. W skorupie ziemskiej występują prądy o częstotliwości 10… Wielka encyklopedia medyczna

elektryczny- 3,45 elektryczny [elektroniczny, programowalny elektroniczny]; E/E/PE (elektryczny/elektroniczny/programowalny elektroniczny; E/E/PE) oparty na technologii elektrycznej i/lub elektronicznej i/lub programowalnej elektronice. Źródło … Słownik-podręcznik terminów dokumentacji normatywnej i technicznej

Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efrona

Jedna z gałęzi badania zjawisk elektrycznych, która obejmuje badanie rozkładu energii elektrycznej, z zastrzeżeniem jej równowagi, na ciałach i wyznaczanie sił elektrycznych, które powstają w tym przypadku. Podstawę E. położyła praca... ... Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efrona

Elektrodynamika klasyczna… Wikipedia

Elektrodynamika klasyczna Pole magnetyczne elektromagnesu Elektryczność Magnetyzm Elektrostatyka Prawo Coulomba… Wikipedia

Książki

• Podstawowe zasady procesów chemicznego osadzania folii i struktur dla nanoelektroniki, Zespół autorów, W monografii przedstawiono wyniki rozwoju procesów chemicznego osadzania z fazy gazowej folii metalowych i dielektrycznych z wykorzystaniem nietradycyjnych lotnych materiałów wyjściowych... Kategoria: Literatura techniczna Seria: Projekty integracyjne SB RAS Wydawca: Federalne Państwowe Przedsiębiorstwo Unitarne „Wydawnictwo SB RAS”, eBook(fb2, fb3, epub, mobi, pdf, html, pdb, lit, doc, rtf, txt)
• Podręcznik fizyki ciała stałego dla inżynierów, Gurtov V., Osaulenko R., Podręcznik stanowi systematyczną i przystępną prezentację kursu fizyki ciała stałego, zawierającą podstawowe elementy fizyki materii skondensowanej i jej zastosowań w... Kategoria: