Električna prevodnost dielektrikov je pomembna fizikalna lastnost. Informacije o tem vam omogočajo, da prepoznate področja uporabe materialov.
Pogoji
Glede na prevodnost električnega toka so snovi razdeljene v skupine:
- dielektriki;
- polprevodniki;
- prevodniki.
Kovine so odlični tokovni prevodniki - njihova električna prevodnost doseže 106-108 (Ohm m)-1.
In dielektrični materiali niso sposobni prevajati električne energije, zato se uporabljajo kot izolatorji. Nimajo prostih nosilcev naboja, razlikujejo se po dipolni strukturi molekul.
Polprevodniki so trdni materiali z vmesnimi vrednostmi prevodnosti.
Razvrstitev
Vsi dielektrični materiali so razdeljeni na polarne in nepolarne vrste. V polarnih izolatorjih sta središča pozitivnih in negativnih nabojev izven središča. Molekule takšnih snovi so po svojih električnih parametrih podobne togemu dipolu, ki ima svoj dipolni moment. Voda se lahko uporablja kot polarni dielektrik.amoniak, vodikov klorid.
Nepolarne dielektrike odlikuje sovpadanje centrov pozitivnih in negativnih nabojev. Po električnih lastnostih so podobni elastičnemu dipolu. Primeri takšnih izolatorjev so vodik, kisik, ogljikov tetraklorid.
električna prevodnost
Električna prevodnost dielektrikov je razložena s prisotnostjo majhnega števila prostih elektronov v njihovih molekulah. S premikom nabojev znotraj snovi v določenem časovnem obdobju opazimo postopno vzpostavitev ravnotežnega položaja, kar je razlog za nastanek toka. Električna prevodnost dielektrikov obstaja v trenutku izklopa in vklopa napetosti. Tehnični vzorci izolatorjev imajo največje število prostih nabojev, zato se v njih pojavljajo nepomembni prehodni tokovi.
Električna prevodnost dielektrikov v primeru konstantne vrednosti napetosti se izračuna iz pretočnega toka. Ta proces vključuje sproščanje in nevtralizacijo obstoječih nabojev na elektrodah. V primeru izmenične napetosti na vrednost aktivne prevodnosti ne vpliva le prehodni tok, temveč tudi aktivne komponente polarizacijskih tokov.
Električne lastnosti dielektrikov so odvisne od gostote toka, upornosti materiala.
Trdni dielektriki
Električna prevodnost trdnih dielektrikov je razdeljena na masivno in površinsko. Za primerjavo teh parametrov za različne materiale se uporabljajo vrednosti volumna specifične in površinske specifične.upor.
Popolna prevodnost je vsota teh dveh vrednosti, njena vrednost je odvisna od vlažnosti okolja in temperature okolice. V primeru neprekinjenega delovanja pod napetostjo pride do zmanjšanja pretočnega toka, ki teče skozi tekoče in trdne izolatorje.
In v primeru povečanja toka po določenem časovnem obdobju lahko govorimo o tem, da se bodo znotraj snovi zgodili nepopravljivi procesi, ki vodijo do uničenja (razpada dielektrika).
Lastnosti plinastega stanja
Plinasti dielektriki imajo zanemarljivo električno prevodnost, če poljska jakost prevzame minimalne vrednosti. Pojav toka v plinastih snoveh je možen le v primerih, ko vsebujejo proste elektrone ali nabite ione.
Plinasti dielektriki so visokokakovostni izolatorji, zato se v sodobni elektroniki uporabljajo v velikih količinah. Ionizacijo v takih snoveh povzročajo zunanji dejavniki.
Zaradi trkov plinskih ionov, pa tudi pri toplotni izpostavljenosti, ultravijoličnemu ali rentgenskemu žarku, opazimo tudi proces nastajanja nevtralnih molekul (rekombinacija). Zahvaljujoč temu procesu je povečanje števila ionov v plinu omejeno, določena koncentracija nabitih delcev se vzpostavi v kratkem času po izpostavitvi zunanjemu ionizacijskemu viru.
V procesu povečevanja napetosti na plin se poveča gibanje ionov do elektrod. Nisoimajo čas za rekombinacijo, zato se izpraznijo na elektrodah. Z naknadnim povečanjem napetosti se tok ne poveča, imenujemo ga tok nasičenja.
Glede na nepolarne dielektrike, ugotavljamo, da je zrak popoln izolator.
Tekoči dielektriki
Električna prevodnost tekočih dielektrikov je razložena s posebnostmi strukture tekočih molekul. Nepolarna topila vsebujejo disociirane nečistoče, vključno z vlago. V polarnih molekulah je prevodnost električnega toka razložena tudi s procesom razpadanja na ione same tekočine.
V tem agregacijskem stanju tok povzroča tudi gibanje koloidnih delcev. Zaradi nezmožnosti popolne odstranitve nečistoč iz takšnega dielektrika se pojavijo težave pri pridobivanju tekočin z nizko tokovno prevodnostjo.
Vse vrste izolacije vključujejo iskanje možnosti za zmanjšanje specifične prevodnosti dielektrikov. Na primer, nečistoče se odstranijo, indikator temperature se prilagodi. Zvišanje temperature povzroči zmanjšanje viskoznosti, povečanje mobilnosti ionov in povečanje stopnje toplotne disociacije. Ti dejavniki vplivajo na prevodnost dielektričnih materialov.
Električna prevodnost trdnih snovi
Pojasnjuje se s gibanjem ne samo ionov samega izolatorja, temveč tudi nabitih delcev nečistoč v trdnem materialu. Ko prehaja skozi trdni izolator, pride do delne odstranitve nečistoč, ki postopomavpliva na prevodnost. Ob upoštevanju strukturnih značilnosti kristalne mreže je gibanje nabitih delcev posledica nihanja toplotnega gibanja.
Pri nizkih temperaturah se premikajo pozitivni in negativni ioni nečistoč. Takšne vrste izolacije so značilne za snovi z molekularno in atomsko kristalno strukturo.
Za anizotropne kristale se vrednost specifične prevodnosti razlikuje glede na njihove osi. Na primer, v kremenu v smeri, vzporedni z glavno osjo, preseže pravokotno lego za 1000-krat.
V trdnih poroznih dielektrikih, kjer praktično ni vlage, rahlo povečanje električnega upora vodi do povečanja njihove električne upornosti. Snovi, ki vsebujejo vodotopne nečistoče, kažejo znatno zmanjšanje volumske odpornosti zaradi sprememb vlažnosti.
Polarizacija dielektrikov
Ta pojav je povezan s spremembo položaja delcev izolatorja v prostoru, kar vodi v pridobitev nekega električnega (induciranega) momenta z vsakim makroskopskim volumnom dielektrika.
Obstaja polarizacija, ki nastane pod vplivom zunanjega polja. Razlikujejo tudi spontano različico polarizacije, ki se pojavi tudi v odsotnosti zunanjega polja.
Relativno prepustnost je značilna:
- kapacitivnost kondenzatorja s tem dielektrikom;
- njegova velikost v vakuumu.
Ta proces spremlja pojavpovršina dielektrika vezanih nabojev, ki zmanjšajo količino napetosti znotraj snovi.
V primeru popolne odsotnosti zunanjega polja ločen element dielektrične prostornine nima električnega momenta, saj je vsota vseh nabojev enaka nič in obstaja sovpadanje negativnih in pozitivnih nabojev v prostor.
Možnosti polarizacije
Med polarizacijo elektronov pride do premika pod vplivom zunanjega polja elektronskih lupin atoma. Pri ionski varianti opazimo premik mrežnih mest. Za dipolno polarizacijo so značilne izgube za premagovanje notranjih sil trenja in vezi. Strukturna različica polarizacije velja za najpočasnejši proces, zanjo je značilna usmerjenost nehomogenih makroskopskih nečistoč.
Sklep
Električni izolacijski materiali so snovi, ki omogočajo zanesljivo izolacijo nekaterih komponent električne opreme pod določenimi električnimi potenciali. V primerjavi s tokovnimi vodniki imajo številni izolatorji bistveno večji električni upor. Sposobni so ustvariti močna električna polja in kopičiti dodatno energijo. Prav ta lastnost izolatorjev se uporablja v sodobnih kondenzatorjih.
Glede na kemično sestavo jih delimo na naravne in sintetične materiale. Druga skupina je najštevilčnejša, zato se prav ti izolatorji uporabljajo v različnih električnih aparatih.
Odvisno od tehnoloških lastnosti, strukture, sestave, film, keramika, vosek, mineralni izolatorji so izolirani.
Ko je dosežena prelomna napetost, opazimo okvaro, kar vodi do močnega povečanja velikosti električnega toka. Med značilnostmi takega pojava lahko izpostavimo rahlo odvisnost trdnosti od napetosti in temperature, debeline.
