Električna provodljivost dielektrika je važna fizička karakteristika. Informacije o tome vam omogućavaju da identifikujete područja primjene materijala.
Uslovi
Prema provodljivosti električne struje, supstance se dele u grupe:
- dielektrici;
- semiconductors;
- provodnici.
Metali su odlični provodnici struje - njihova električna provodljivost dostiže 106-108 (Ohm m)-1.
A dielektrični materijali nisu sposobni da provode električnu energiju, pa se koriste kao izolatori. Nemaju slobodne nosioce naboja, razlikuju se po dipolnoj strukturi molekula.
Poluprovodnici su čvrsti materijali sa srednjim vrijednostima provodljivosti.
Klasifikacija
Svi dielektrični materijali su podijeljeni na polarne i nepolarne tipove. U polarnim izolatorima, centri pozitivnih i negativnih naboja su van centra. Molekuli takvih tvari su po svojim električnim parametrima slični krutom dipolu, koji ima svoj vlastiti dipolni moment. Voda se može koristiti kao polarni dielektrik.amonijak, hlorovodonik.
Nepolarni dielektrici se razlikuju po podudarnosti centara pozitivnih i negativnih naelektrisanja. Po električnim karakteristikama su slični elastičnom dipolu. Primjeri takvih izolatora su vodonik, kisik, ugljični tetrahlorid.
Električna provodljivost
Električna provodljivost dielektrika se objašnjava prisustvom malog broja slobodnih elektrona u njihovim molekulima. Pomeranjem naelektrisanja unutar supstance tokom određenog vremenskog perioda, uočava se postepeno uspostavljanje ravnotežnog položaja, što je razlog za pojavu struje. Električna provodljivost dielektrika postoji u trenutku isključivanja i uključivanja napona. Tehnički uzorci izolatora imaju maksimalan broj slobodnih punjenja, pa se u njima pojavljuju neznatne prolazne struje.
Električna provodljivost dielektrika u slučaju konstantne vrijednosti napona izračunava se iz prolazne struje. Ovaj proces uključuje oslobađanje i neutralizaciju postojećih naelektrisanja na elektrodama. U slučaju naizmeničnog napona, na vrednost aktivne provodljivosti utiče ne samo prolazna struja, već i aktivne komponente polarizacionih struja.
Električna svojstva dielektrika zavise od gustine struje, otpora materijala.
Čvrsti dielektrici
Električna provodljivost čvrstih dielektrika podijeljena je na masivnu i površinsku. Za usporedbu ovih parametara za različite materijale koriste se vrijednosti specifične zapremine i specifične površine.otpor.
Puna provodljivost je zbir ove dvije vrijednosti, njena vrijednost zavisi od vlažnosti okoline i temperature okoline. U slučaju kontinuiranog rada pod naponom, dolazi do smanjenja prolazne struje koja prolazi kroz tečne i čvrste izolatore.
A u slučaju povećanja struje nakon određenog vremenskog perioda, možemo govoriti o tome da će se unutar supstance odvijati ireverzibilni procesi koji će dovesti do uništenja (razbijanja dielektrika).
Karakteristike gasovitog stanja
Gasoviti dielektrici imaju zanemarljivu električnu provodljivost ako jačina polja poprimi minimalne vrijednosti. Pojava struje u gasovitim supstancama je moguća samo u onim slučajevima kada sadrže slobodne elektrone ili nabijene jone.
Plinoviti dielektrici su visokokvalitetni izolatori, stoga se koriste u modernoj elektronici u velikim količinama. Jonizaciju u takvim supstancama uzrokuju vanjski faktori.
Usled sudara jona gasa, kao i pri termičkom izlaganju, izlaganju ultraljubičastim ili rendgenskim zracima, uočava se i proces formiranja neutralnih molekula (rekombinacija). Zahvaljujući ovom procesu, povećanje broja jona u gasu je ograničeno, određena koncentracija naelektrisanih čestica se uspostavlja u kratkom vremenskom periodu nakon izlaganja spoljašnjem izvoru jonizacije.
U procesu povećanja napona primijenjenog na plin, povećava se kretanje jona prema elektrodama. Oni nisuimaju vremena da se rekombinuju, pa se isprazne na elektrodama. Uz naknadno povećanje napona, struja se ne povećava, naziva se struja zasićenja.
S obzirom na nepolarne dielektrike, napominjemo da je zrak savršen izolator.
Tečni dielektrici
Električna provodljivost tečnih dielektrika objašnjava se posebnostima strukture tečnih molekula. Nepolarni rastvarači sadrže disocirane nečistoće, uključujući vlagu. U polarnim molekulima, provodljivost električne struje se takođe objašnjava procesom raspadanja na jone same tečnosti.
U ovom stanju agregacije, struja je takođe uzrokovana kretanjem koloidnih čestica. Zbog nemogućnosti potpunog uklanjanja nečistoća iz takvog dielektrika, nastaju problemi u dobijanju tečnosti niske strujne provodljivosti.
Sve vrste izolacije uključuju traženje opcija za smanjenje specifične provodljivosti dielektrika. Na primjer, nečistoće se uklanjaju, indikator temperature se podešava. Povećanje temperature uzrokuje smanjenje viskoznosti, povećanje pokretljivosti jona i povećanje stepena termičke disocijacije. Ovi faktori utiču na provodljivost dielektričnih materijala.
Električna provodljivost čvrstih tijela
To se objašnjava kretanjem ne samo jona samog izolatora, već i nabijenih čestica nečistoća sadržanih unutar čvrstog materijala. Prolaskom kroz čvrsti izolator dolazi do djelomičnog uklanjanja nečistoća, koje postepenoutiče na provodljivost. Uzimajući u obzir strukturne karakteristike kristalne rešetke, kretanje nabijenih čestica je uzrokovano fluktuacijama u termičkom kretanju.
Na niskim temperaturama se kreću pozitivni i negativni joni nečistoća. Ovakve vrste izolacije su tipične za supstance sa molekularnom i atomskom kristalnom strukturom.
Za anizotropne kristale, vrijednost specifične provodljivosti varira u zavisnosti od njihovih ose. Na primjer, u kvarcu u smjeru paralelnom s glavnom osom, on premašuje okomiti položaj za 1000 puta.
U čvrstim poroznim dielektricima, gdje praktično nema vlage, blago povećanje električnog otpora dovodi do povećanja njihovog električnog otpora. Supstance koje sadrže nečistoće rastvorljive u vodi pokazuju značajno smanjenje volumne otpornosti usled promena vlažnosti.
Polarizacija dielektrika
Ova pojava je povezana sa promjenom položaja čestica izolatora u prostoru, što dovodi do sticanja nekog električnog (induciranog) momenta svakim makroskopskim volumenom dielektrika.
Postoji polarizacija koja se javlja pod uticajem spoljašnjeg polja. Oni također razlikuju spontanu verziju polarizacije koja se pojavljuje čak iu odsustvu vanjskog polja.
Relativnu permitivnost karakteriše:
- kapacitivnost kondenzatora sa ovim dielektrikom;
- njegova veličina u vakuumu.
Ovaj proces je praćen pojavompovršina dielektrika vezanih naboja, koji smanjuju količinu napetosti unutar supstance.
U slučaju potpunog odsustva vanjskog polja, poseban element dielektrične zapremine nema električni moment, jer je zbir svih naboja nula i postoji koincidencija negativnih i pozitivnih naboja u prostor.
Opcije polarizacije
Tokom polarizacije elektrona dolazi do pomaka pod uticajem spoljašnjeg polja elektronskih omotača atoma. U ionskoj varijanti uočava se pomak mjesta rešetke. Dipolna polarizacija karakteriziraju gubici za prevladavanje unutrašnjih sila trenja i vezivanja. Strukturna verzija polarizacije smatra se najsporijim procesom, karakteriše je orijentacija nehomogenih makroskopskih nečistoća.
Zaključak
Elektroizolacioni materijali su supstance koje vam omogućavaju da dobijete pouzdanu izolaciju nekih komponenti električne opreme pod određenim električnim potencijalima. U poređenju sa strujnim provodnicima, brojni izolatori imaju znatno veći električni otpor. Sposobni su stvoriti jaka električna polja i akumulirati dodatnu energiju. Upravo ovo svojstvo izolatora se koristi u savremenim kondenzatorima.
Ovisno o hemijskom sastavu, dijele se na prirodne i sintetičke materijale. Druga grupa je najbrojnija, pa se upravo ovi izolatori koriste u raznim električnim aparatima.
U zavisnosti od tehnoloških karakteristika, strukture, sastava, filma, keramike, voska, mineralnih izolatora se izoluju.
Kada se dosegne probojni napon, uočava se slom, što dovodi do naglog povećanja veličine električne struje. Među karakterističnim karakteristikama ovakvog fenomena može se izdvojiti blaga zavisnost čvrstoće od naprezanja i temperature, debljine.
