Els conductors i els dielèctrics són substàncies físiques que tenen diferents graus de conductivitat elèctrica i reaccionen de manera diferent a l'acció d'un camp elèctric. Les propietats oposades dels materials s'utilitzen àmpliament en totes les àrees de l'enginyeria elèctrica.
Contingut
Què són els conductors i els dielèctrics
conductors - substàncies amb càrregues elèctriques lliures capaces de moure's direccionalment sota la influència d'un camp elèctric extern. Aquestes característiques són:
- metalls i les seves foses;
- carboni natural (carbó, grafit);
- electròlits: solucions de sals, àcids i àlcalis;
- gas ionitzat (plasma).
La principal propietat dels materials: càrregues lliures - electrons en conductors sòlids i ions en solucions i es fon, movent-se per tot el volum del conductor, condueixen el corrent elèctric.Sota la influència d'una tensió elèctrica aplicada al conductor, es crea un corrent de conducció. La resistivitat i la conductivitat elèctrica són els principals indicadors del material.
Les propietats dels materials dielèctrics són oposades a les dels conductors electricitat. dielèctrics (aïllants) - consisteix en àtoms i molècules neutres. No tenen la capacitat de moure partícules carregades sota la influència d'un camp elèctric. Els dielèctrics en un camp elèctric acumulen càrregues no compensades a la superfície. Formen un camp elèctric dirigit a l'interior de l'aïllant, el dielèctric està polaritzat.
Com a resultat de la polarització, les càrregues a la superfície del dielèctric tendeixen a reduir el camp elèctric. Aquesta propietat dels materials aïllants elèctrics s'anomena constant dielèctrica del dielèctric.
Característiques i propietats físiques dels materials
Els paràmetres dels conductors determinen l'àmbit de la seva aplicació. Característiques físiques principals:
- resistivitat elèctrica - caracteritza la capacitat d'una substància per evitar el pas del corrent elèctric;
- coeficient de resistència de temperatura: un valor que caracteritza el canvi de l'indicador en funció de la temperatura;
- conductivitat tèrmica: la quantitat de calor que passa per unitat de temps a través d'una capa de material;
- diferència de potencial de contacte: es produeix quan dos metalls diferents entren en contacte termoparells per mesurar la temperatura;
- resistència a la tracció i allargament a la tracció: depèn del tipus de metall.
Quan es refreda a temperatures crítiques, la resistivitat del conductor tendeix a zero. Aquest fenomen s'anomena superconductivitat.
Propietats que caracteritzen el conductor:
- elèctrica - resistència i conductivitat elèctrica;
- química - interacció amb el medi ambient, anticorrosió, la capacitat de connectar mitjançant soldadura o soldadura;
- físic - densitat, punt de fusió.
Una característica dels dielèctrics és resistir els efectes del corrent elèctric. Propietats físiques dels materials aïllants elèctrics:
- constant dielèctrica: la capacitat dels aïllants de polaritzar-se en un camp elèctric;
- resistència de volum específica;
- força elèctrica;
- tangent de pèrdua dielèctrica.
Els materials aïllants es caracteritzen pels següents paràmetres:
- elèctric - la magnitud de la tensió de ruptura, la força elèctrica;
- física - resistència a la calor;
- química - solubilitat en agents agressius, resistència a la humitat.
Tipus i classificació de materials dielèctrics
Els aïllants es divideixen en grups segons diversos criteris.
Classificació segons l'estat d'agregació d'una substància:
- sòlid: vidre, ceràmica, amiant;
- líquid - olis vegetals i sintètics, parafina, gas liquat, dielèctrics sintètics (silici i compostos organofluorats freó, freó);
- gasós: aire, nitrogen, hidrogen.
Els dielèctrics poden ser d'origen natural o artificial, de naturalesa orgànica o sintètica.
Els materials aïllants naturals orgànics inclouen olis vegetals, cel·lulosa i cautxú. Es caracteritzen per una baixa resistència tèrmica i a la humitat, un ràpid envelliment. Els materials orgànics sintètics són diversos tipus de plàstic.
Els dielèctrics inorgànics d'origen natural inclouen: mica, amiant, moscovita, flogopita. Les substàncies són resistents als atacs químics, suporten altes temperatures.Materials dielèctrics inorgànics artificials: vidre, porcellana, ceràmica.
Per què els dielèctrics no condueixen l'electricitat?
La baixa conductivitat es deu a l'estructura de les molècules dielèctriques. Les partícules de matèria estan estretament relacionades entre si, no poden sortir de l'àtom i es mouen per tot el volum del material. Sota la influència d'un camp elèctric, les partícules d'un àtom són capaços d'afluixar-se lleugerament, de polaritzar-se.
Segons el mecanisme de polarització, els materials dielèctrics es divideixen en:
- no polars: substàncies en diversos estats d'agregació amb polarització electrònica (gasos inerts, hidrogen, poliestirè, benzè);
- polars: tenen relaxació dipolar i polarització electrònica (diverses resines, cel·lulosa, aigua);
- iònic - dielèctrics sòlids d'origen inorgànic (vidre, ceràmica).
Les propietats dielèctriques d'una substància no són constants. Sota la influència d'una temperatura elevada o una humitat elevada, els electrons es trenquen del nucli i adquireixen les propietats de càrregues elèctriques lliures. Les qualitats aïllants del dielèctric en aquest cas es redueixen.
Un dielèctric fiable és un material amb un corrent de fuga baixa que no supera un valor crític i no interromp el funcionament del sistema.
On s'utilitzen dielèctrics i conductors?
Els materials s'utilitzen en tots els àmbits de l'activitat humana on s'utilitza el corrent elèctric: a la indústria, l'agricultura, la fabricació d'instruments, les xarxes elèctriques i els electrodomèstics.
L'elecció del conductor ve determinada per les seves característiques tècniques. Els productes fets amb plata, or, platí tenen la resistivitat més baixa.El seu ús es limita a finalitats espacials i militars a causa de l'alt cost. El coure i l'alumini condueixen el corrent una mica pitjor, però la seva barata comparativa ha portat al seu ús generalitzat com a cables i productes de cable.
Els metalls purs sense impureses condueixen millor el corrent, però en alguns casos es requereix utilitzar conductors amb alta resistivitat, per a la producció de reòstats, forns elèctrics i escalfadors elèctrics. Per a aquests propòsits, s'utilitzen aliatges de níquel, coure, manganès (manganina, constantan). La conductivitat elèctrica del tungstè i el molibdè és 3 vegades inferior a la del coure, però les seves propietats s'utilitzen àmpliament en la producció de llums elèctriques i dispositius de ràdio.
Els dielèctrics sòlids són materials que garanteixen la seguretat i el funcionament ininterromput dels elements conductors. S'utilitzen com a material aïllant elèctric, evitant les fuites de corrent, aïllen els conductors entre si, de la caixa del dispositiu, de terra. Un exemple d'aquest producte són els guants dielèctrics, que es descriuen al nostre article.
S'utilitzen dielèctrics líquids condensadors, cables d'alimentació, sistemes de refrigeració circulant de turbogeneradors i disjuntors d'oli d'alta tensió. Els materials s'utilitzen com a farciment i impregnació.
Materials aïllants gasosos. L'aire és un aïllant natural que també proporciona dissipació de calor. El nitrogen s'utilitza en llocs on els processos oxidatius són inacceptables. L'hidrogen s'utilitza en generadors potents amb gran capacitat calorífica.
El treball coordinat de conductors i dielèctrics garanteix el funcionament segur i estable dels equips i les xarxes d'alimentació. L'elecció d'un element específic per a la tasca en qüestió depèn de les propietats físiques i dels paràmetres tècnics de la substància.
Articles semblants:
