De elektrische geleidbaarheid van diëlektrica is een belangrijk fysiek kenmerk. Informatie hierover stelt u in staat toepassingsgebieden van materialen te identificeren.
Voorwaarden
Volgens de geleidbaarheid van elektrische stroom worden stoffen in groepen verdeeld:
- diëlektrica;
- halfgeleiders;
- geleiders.
Metalen zijn uitstekende stroomgeleiders - hun elektrische geleidbaarheid bereikt 106-108 (Ohm m)-1.
En diëlektrische materialen kunnen geen elektriciteit geleiden, dus worden ze gebruikt als isolatoren. Ze hebben geen gratis ladingsdragers, verschillen in de dipoolstructuur van moleculen.
Halfgeleiders zijn vaste materialen met gemiddelde geleidbaarheidswaarden.
Classificatie
Alle diëlektrische materialen zijn onderverdeeld in polaire en niet-polaire typen. In polaire isolatoren zijn de centra van positieve en negatieve ladingen uit het midden. De moleculen van dergelijke stoffen zijn qua elektrische parameters vergelijkbaar met een starre dipool, die zijn eigen dipoolmoment heeft. Water kan worden gebruikt als polaire diëlektrica.ammoniak, waterstofchloride.
Niet-polaire diëlektrica onderscheiden zich door het samenvallen van de centra van positieve en negatieve ladingen. Ze zijn qua elektrische eigenschappen vergelijkbaar met een elastische dipool. Voorbeelden van dergelijke isolatoren zijn waterstof, zuurstof, tetrachloorkoolstof.
Elektrische geleidbaarheid
De elektrische geleidbaarheid van diëlektrica wordt verklaard door de aanwezigheid van een klein aantal vrije elektronen in hun moleculen. Met de verplaatsing van ladingen in de substantie gedurende een bepaalde periode, wordt een geleidelijke instelling van een evenwichtspositie waargenomen, wat de reden is voor het verschijnen van een stroom. De elektrische geleidbaarheid van diëlektrica bestaat op het moment van uit- en inschakelen van de spanning. Technische voorbeelden van isolatoren hebben het maximale aantal gratis ladingen, daarom verschijnen er onbeduidende stromen in.
De elektrische geleidbaarheid van diëlektrica in het geval van een constante spanningswaarde wordt berekend uit de doorgaande stroom. Dit proces omvat het vrijgeven en neutraliseren van de bestaande ladingen op de elektroden. Bij wisselspanning wordt de waarde van de actieve geleidbaarheid niet alleen beïnvloed door de doorgaande stroom, maar ook door de actieve componenten van de polarisatiestromen.
De elektrische eigenschappen van diëlektrica zijn afhankelijk van de stroomdichtheid, de weerstand van het materiaal.
Solid diëlektrica
De elektrische geleidbaarheid van vaste diëlektrica is verdeeld in massa en oppervlak. Om deze parameters voor verschillende materialen te vergelijken, worden de waarden van volumespecifiek en oppervlaktespecifiek gebruikt.weerstand.
Volledige geleidbaarheid is de som van deze twee waarden, de waarde hangt af van de vochtigheid van de omgeving en de omgevingstemperatuur. In het geval van continu bedrijf onder spanning, is er een afname van de doorstroom die door vloeibare en vaste isolatoren gaat.
En in het geval van een toename van de stroom na een bepaalde tijd, kunnen we praten over het feit dat er onomkeerbare processen zullen plaatsvinden in de substantie, die leiden tot vernietiging (afbraak van het diëlektricum).
Kenmerken van de gasvormige toestand
Gasvormige diëlektrica hebben een verwaarloosbare elektrische geleidbaarheid als de veldsterkte minimale waarden aanneemt. Het optreden van een stroom in gasvormige stoffen is alleen mogelijk in die gevallen waarin ze vrije elektronen of geladen ionen bevatten.
Gasvormige diëlektrica zijn isolatoren van hoge kwaliteit en worden daarom in grote volumes gebruikt in moderne elektronica. Ionisatie in dergelijke stoffen wordt veroorzaakt door externe factoren.
Door de botsingen van gasionen, evenals onder thermische blootstelling, blootstelling aan ultraviolet of röntgenstraling, wordt ook het proces van vorming van neutrale moleculen (recombinatie) waargenomen. Dankzij dit proces wordt de toename van het aantal ionen in het gas beperkt, er ontstaat in korte tijd na blootstelling aan een externe ionisatiebron een bepaalde concentratie geladen deeltjes.
Tijdens het verhogen van de spanning die op het gas wordt toegepast, neemt de beweging van ionen naar de elektroden toe. Zij zijn niettijd hebben om te recombineren, zodat ze bij de elektroden worden ontladen. Met een daaropvolgende toename van de spanning neemt de stroom niet toe, dit wordt verzadigingsstroom genoemd.
Als we kijken naar niet-polaire diëlektrica, merken we op dat lucht een perfecte isolator is.
Vloeibare diëlektrica
De elektrische geleidbaarheid van vloeibare diëlektrica wordt verklaard door de eigenaardigheden van de structuur van vloeibare moleculen. Niet-polaire oplosmiddelen bevatten gedissocieerde onzuiverheden, waaronder vocht. In polaire moleculen wordt de geleidbaarheid van de elektrische stroom ook verklaard door het proces van desintegratie in ionen van de vloeistof zelf.
In deze staat van aggregatie wordt de stroom ook veroorzaakt door de beweging van colloïdale deeltjes. Vanwege de onmogelijkheid om onzuiverheden volledig uit een dergelijk diëlektricum te verwijderen, ontstaan er problemen bij het verkrijgen van vloeistoffen met een lage stroomgeleidbaarheid.
Bij alle soorten isolatie wordt gezocht naar opties om de specifieke geleidbaarheid van diëlektrica te verminderen. Zo worden onzuiverheden verwijderd, de temperatuurindicator aangepast. Een temperatuurstijging veroorzaakt een afname van de viscositeit, een toename van de mobiliteit van ionen en een toename van de mate van thermische dissociatie. Deze factoren beïnvloeden de geleidbaarheid van diëlektrische materialen.
Elektrische geleidbaarheid van vaste stoffen
Het wordt verklaard door de beweging van niet alleen de ionen van de isolator zelf, maar ook door geladen deeltjes van onzuiverheden die zich in het vaste materiaal bevinden. Terwijl het door de vaste isolator gaat, vindt een gedeeltelijke verwijdering van onzuiverheden plaats, die geleidelijk aanbeïnvloedt de geleiding. Rekening houdend met de structurele kenmerken van het kristalrooster, is de beweging van geladen deeltjes te wijten aan fluctuaties in thermische beweging.
Bij lage temperaturen bewegen positieve en negatieve onzuiverheidsionen. Dergelijke vormen van isolatie zijn typerend voor stoffen met een moleculaire en atomaire kristalstructuur.
Voor anisotrope kristallen varieert de waarde van de specifieke geleidbaarheid afhankelijk van de assen. Bijvoorbeeld, in kwarts in de richting evenwijdig aan de hoofdas, overschrijdt het de loodrechte positie met 1000 keer.
In vaste poreuze diëlektrica, waar praktisch geen vocht is, leidt een lichte toename van de elektrische weerstand tot een toename van hun elektrische weerstand. Stoffen die in water oplosbare onzuiverheden bevatten, vertonen een significante afname van de volumeweerstand als gevolg van veranderingen in vochtigheid.
Polarisatie van diëlektrica
Dit fenomeen wordt geassocieerd met een verandering in de positie van de deeltjes van de isolator in de ruimte, wat leidt tot de verwerving van een elektrisch (geïnduceerd) moment door elk macroscopisch volume van het diëlektricum.
Er is een polarisatie die optreedt onder invloed van een extern veld. Ze onderscheiden ook een spontane versie van polarisatie die zelfs optreedt bij afwezigheid van een extern veld.
De relatieve permittiviteit wordt gekenmerkt door:
- capaciteit van een condensator met dit diëlektricum;
- zijn omvang in een vacuüm.
Dit proces gaat gepaard met het verschijnen vanhet oppervlak van het diëlektricum van gebonden ladingen, die de hoeveelheid spanning in de substantie verminderen.
In het geval van de volledige afwezigheid van een extern veld, heeft een afzonderlijk element van het diëlektrische volume geen elektrisch moment, aangezien de som van alle ladingen nul is en er een samenvallen van negatieve en positieve ladingen is in ruimte.
Polarisatie-opties
Tijdens elektronenpolarisatie treedt een verschuiving op onder invloed van een extern veld van de elektronenschillen van het atoom. In de ionische variant wordt een verschuiving van de roosterplaatsen waargenomen. Dipoolpolarisatie wordt gekenmerkt door verliezen om interne wrijving en bindingskrachten te overwinnen. De structurele versie van polarisatie wordt beschouwd als het langzaamste proces, het wordt gekenmerkt door de oriëntatie van inhomogene macroscopische onzuiverheden.
Conclusie
Elektrische isolatiematerialen zijn stoffen waarmee u onder bepaalde elektrische potentialen een betrouwbare isolatie van sommige onderdelen van elektrische apparatuur kunt verkrijgen. Vergeleken met stroomgeleiders hebben talrijke isolatoren een aanzienlijk hogere elektrische weerstand. Ze zijn in staat om sterke elektrische velden te creëren en extra energie te accumuleren. Het is deze eigenschap van isolatoren die wordt gebruikt in moderne condensatoren.
Afhankelijk van de chemische samenstelling zijn ze onderverdeeld in natuurlijke en synthetische materialen. De tweede groep is het talrijkst, daarom zijn het deze isolatoren die in verschillende elektrische apparaten worden gebruikt.
Afhankelijk van de technologische kenmerken worden structuur, samenstelling, film, keramiek, was, minerale isolatoren geïsoleerd.
Wanneer de doorslagspanning wordt bereikt, wordt een doorslag waargenomen, wat leidt tot een sterke toename van de grootte van de elektrische stroom. Onder de karakteristieke kenmerken van een dergelijk fenomeen kan men een lichte afhankelijkheid van sterkte onderscheiden van spanning en temperatuur, dikte.
