Dielektrikute elektrijuhtivus on oluline füüsikaline omadus. Teave selle kohta võimaldab teil tuvastada materjalide kasutusalad.
Tingimused
Elektrivoolu juhtivuse järgi jaotatakse ained rühmadesse:
- dielektrikud;
- pooljuhid;
- dirigendid.
Metallid on suurepärased voolujuhid – nende elektrijuhtivus ulatub 106-108 (oomi m)-1.
Ja dielektrilised materjalid ei ole võimelised elektrit juhtima, seetõttu kasutatakse neid isolaatoritena. Neil puuduvad vabad laengukandjad, erinevad molekulide dipoolstruktuuri poolest.
Pooljuhid on vahepealsete juhtivuse väärtustega tahked materjalid.
Klassifikatsioon
Kõik dielektrilised materjalid jagunevad polaarseteks ja mittepolaarseteks tüüpideks. Polaarisolaatorites on positiivsete ja negatiivsete laengute keskpunktid tsentrist väljas. Selliste ainete molekulid on oma elektriliste parameetrite poolest sarnased jäiga dipooliga, millel on oma dipoolmoment. Polaarsete dielektrikutena saab kasutada vett.ammoniaak, vesinikkloriid.
Mittepolaarseid dielektrikuid eristab positiivsete ja negatiivsete laengute tsentrite kokkulangevus. Need on elektriliste omaduste poolest sarnased elastse dipooliga. Selliste isolaatorite näideteks on vesinik, hapnik, süsiniktetrakloriid.
Elektrijuhtivus
Dielektrikute elektrijuhtivus on seletatav vähese arvu vabade elektronide olemasoluga nende molekulides. Laengute nihkumisel aine sees teatud aja jooksul täheldatakse tasakaaluasendi järkjärgulist kehtestamist, mis on voolu ilmnemise põhjus. Dielektrikute elektrijuhtivus eksisteerib pinge välja- ja sisselülitamise hetkel. Isolaatorite tehnilistel näidistel on maksimaalne arv tasuta laenguid, seetõttu ilmuvad neis ebaolulised läbivoolud.
Dielektrikute elektrijuhtivus konstantse pinge väärtuse korral arvutatakse läbivoolust. See protsess hõlmab elektroodide olemasolevate laengute vabastamist ja neutraliseerimist. Vahelduvpinge korral ei mõjuta aktiivjuhtivuse väärtust mitte ainult läbiv vool, vaid ka polarisatsioonivoolude aktiivkomponendid.
Dielektrikute elektrilised omadused sõltuvad voolutihedusest, materjali takistusest.
Tahke dielektrikud
Tahkete dielektrikute elektrijuhtivus jaguneb mahu- ja pinnapealseks. Nende parameetrite võrdlemiseks erinevate materjalide puhul kasutatakse mahu- ja pinnaspetsiifilisi väärtusi.vastupanu.
Täielik juhtivus on nende kahe väärtuse summa, selle väärtus sõltub keskkonna niiskusest ja ümbritsevast temperatuurist. Pideva pinge all töötamise korral väheneb vedelaid ja tahkeid isolaatoreid läbiv läbiv vool.
Ja voolu suurenemise korral teatud aja möödudes võime rääkida tõsiasjast, et aine sees toimuvad pöördumatud protsessid, mis viivad hävimiseni (dielektriku lagunemiseni).
Gaasilise oleku omadused
Gaasiliste dielektrikute elektrijuhtivus on tühine, kui väljatugevus omandab minimaalsed väärtused. Voolu tekkimine gaasilistes ainetes on võimalik ainult neil juhtudel, kui need sisaldavad vabu elektrone või laetud ioone.
Gaasilised dielektrikud on kvaliteetsed isolaatorid, seetõttu kasutatakse neid kaasaegses elektroonikas suurtes kogustes. Ionisatsiooni sellistes ainetes põhjustavad välistegurid.
Gaasiioonide kokkupõrgete, samuti termilise kokkupuute, ultraviolett- või röntgenkiirguse mõjul täheldatakse ka neutraalsete molekulide moodustumist (rekombinatsiooni). Tänu sellele protsessile on ioonide arvu suurenemine gaasis piiratud, teatud laetud osakeste kontsentratsioon saavutatakse lühikese aja jooksul pärast kokkupuudet välise ionisatsiooniallikaga.
Gaasile rakendatava pinge suurendamise käigus suureneb ioonide liikumine elektroodidele. Nad ei oleneil on aega rekombineerida, nii et need tühjenevad elektroodidelt. Järgneva pinge tõusuga vool ei suurene, seda nimetatakse küllastusvooluks.
Arvestades mittepolaarseid dielektrikuid, märgime, et õhk on ideaalne isolaator.
Vedeldielektrikud
Vedelate dielektrikute elektrijuhtivus on seletatav vedelate molekulide ehituse iseärasustega. Mittepolaarsed lahustid sisaldavad dissotsieerunud lisandeid, sealhulgas niiskust. Polaarsetes molekulides on elektrivoolu juhtivus seletatav ka vedeliku enda ioonideks lagunemise protsessiga.
Selles agregatsiooniseisundis põhjustab voolu ka kolloidosakeste liikumine. Kuna sellisest dielektrikust ei ole võimalik lisandeid täielikult eemaldada, tekivad probleemid madala voolujuhtivusega vedelike saamisel.
Kõik isolatsioonitüübid hõlmavad võimaluste otsimist dielektrikute erijuhtivuse vähendamiseks. Näiteks eemaldatakse lisandid, reguleeritakse temperatuuri indikaatorit. Temperatuuri tõus põhjustab viskoossuse vähenemist, ioonide liikuvuse suurenemist ja termilise dissotsiatsiooni astme tõusu. Need tegurid mõjutavad dielektriliste materjalide juhtivust.
Tahkete ainete elektrijuhtivus
Seda seletatakse mitte ainult isolaatori enda ioonide, vaid ka tahkes materjalis sisalduvate lisandite laetud osakeste liikumisega. Tahke isolaatori läbimisel toimub osaline lisandite eemaldamine, mis järk-järgultmõjutab juhtivust. Kristallvõre ehituslikke iseärasusi arvesse võttes on laetud osakeste liikumine tingitud soojusliikumise kõikumisest.
Madalatel temperatuuridel liiguvad positiivsed ja negatiivsed lisandite ioonid. Sellised isolatsioonitüübid on tüüpilised molekulaarse ja aatomilise kristallstruktuuriga ainetele.
Anisotroopsete kristallide puhul varieerub erijuhtivuse väärtus sõltuv alt selle telgedest. Näiteks kvartsis peateljega paralleelses suunas ületab see ristiasendit 1000 korda.
Tahketes poorsetes dielektrikutes, kus niiskus praktiliselt puudub, põhjustab elektritakistuse kerge suurenemine nende elektritakistuse suurenemist. Vees lahustuvaid lisandeid sisaldavate ainete mahutaluvus väheneb oluliselt niiskuse muutuste tõttu.
Dielektrikute polarisatsioon
Seda nähtust seostatakse isolaatori osakeste asukoha muutumisega ruumis, mis toob kaasa mingi elektrilise (indutseeritud) momendi omandamise dielektriku iga makroskoopilise ruumalaga.
Tekib polarisatsioon, mis toimub välise välja mõjul. Nad eristavad ka polarisatsiooni spontaanset versiooni, mis ilmneb isegi välise välja puudumisel.
Suhtelist läbilaskvust iseloomustab:
- selle dielektrikuga kondensaatori mahtuvus;
- selle suurusjärk vaakumis.
Selle protsessiga kaasneb välimusseotud laengute dielektriku pind, mis vähendavad pinget aine sees.
Välisvälja täieliku puudumise korral ei ole dielektrilise ruumala eraldi elemendil elektrimomenti, kuna kõigi laengute summa on null ning negatiivsed ja positiivsed laengud langevad kokku tühik.
Polariseerimisvalikud
Elektronite polarisatsiooni ajal toimub nihe aatomi elektronkihtide välisvälja mõjul. Ioonilises variandis täheldatakse võrekohtade nihkumist. Dipooli polarisatsiooni iseloomustavad kaod sisehõõrde- ja sidejõudude ületamiseks. Polarisatsiooni struktuurset versiooni peetakse kõige aeglasemaks protsessiks, seda iseloomustab ebahomogeensete makroskoopiliste lisandite orientatsioon.
Järeldus
Elektriisolatsioonimaterjalid on ained, mis võimaldavad teil saavutada teatud elektriliste potentsiaalide korral teatud elektriseadmete komponentide usaldusväärse isolatsiooni. Võrreldes voolujuhtidega on paljudel isolaatoritel oluliselt suurem elektritakistus. Nad on võimelised tekitama tugevaid elektrivälju ja koguma lisaenergiat. Just seda isolaatorite omadust kasutatakse tänapäevastes kondensaatorites.
Sõltuv alt keemilisest koostisest jaotatakse need looduslikeks ja sünteetilisteks materjalideks. Teine rühm on kõige arvukam, seetõttu kasutatakse just neid isolaatoreid mitmesugustes elektriseadmetes.
Sõltuv alt tehnoloogilistest omadustest eraldatakse struktuur, koostis, kile, keraamika, vaha, mineraalsed isolaatorid.
Kui läbilöögipinge saavutatakse, täheldatakse riket, mis põhjustab elektrivoolu tugevuse järsu suurenemise. Sellise nähtuse iseloomulike tunnuste hulgast võib välja tuua tugevuse kerge sõltuvuse pingest ja temperatuurist, paksusest.
