Kuo skiriasi laidininkai ir dielektrikai, kokios jų savybės ir taikymo sritys

Laidininkai ir dielektrikai - tai fizikinės medžiagos, kurios pasižymi skirtingu elektriniu laidumu ir skirtingai reaguoja į elektrinio lauko poveikį. Priešingos medžiagų savybės plačiai naudojamos visose elektrotechnikos srityse.

Kas yra laidininkai ir dielektrikai

Laidininkai - tai medžiagos, turinčios laisvųjų elektros krūvių, kurie, veikiami išorinio elektrinio lauko, gali judėti atsitiktinai. Tokiomis savybėmis pasižymi:

• metalai ir jų lydiniai;
• natūrali anglis (akmens anglis, grafitas);
• elektrolitai - druskų, rūgščių ir šarmų tirpalai;
• jonizuotos dujos (plazma).

Pagrindinė medžiagų savybėLaisvieji krūviai - elektronai kietuosiuose laidininkuose ir jonai tirpaluose bei lydaluose, judantys per visą laidininko tūrį, praleidžia elektros srovę. Kai į laidininką įjungiama elektros įtampa, susidaro laidumo srovė. Savitoji varža ir elektrinis laidumas yra pagrindiniai medžiagos rodikliai.

Dielektrinių medžiagų savybės yra priešingos laidininko savybėms elektros energija. Dielektrikai (izoliatoriai) sudaro neutralūs atomai ir molekulės. Jie neturi gebėjimo judinti įkrautų dalelių veikiant elektriniam laukui. Elektriniame lauke esantys dielektrikai savo paviršiuje kaupia nekompensuotus krūvius. Jie sukuria elektrinį lauką, kuris nukreipiamas į izoliatoriaus vidų, ir atsiranda dielektriko poliarizacija.

Dėl poliarizacijos dielektriko paviršiuje esantys krūviai turi tendenciją mažinti elektrinį lauką. Ši izoliacinių medžiagų savybė vadinama izoliatoriaus dielektrine skvarba.

Medžiagų charakteristikos ir fizikinės savybės

Laidininkų parametrai lemia jų taikymo sritį. Pagrindinės fizinės savybės:

• elektrinė varža - apibūdina medžiagos gebėjimą trukdyti tekėti elektros srovei;
• temperatūrinis varžos koeficientas - vertė, apibūdinanti rodiklio pokytį priklausomai nuo temperatūros;
• šiluminis laidumas - tai šilumos kiekis, pereinantis per medžiagos sluoksnį per laiko vienetą;
• kontaktinis potencialų skirtumas - atsiranda, kai du nepanašūs metalai liečiasi. termoelementai temperatūrai matuoti;
• tempimo stipris ir pailgėjimas priklauso nuo metalo rūšies.

Atvėsus iki kritinės temperatūros, laidininko varža tampa lygi nuliui. Šis reiškinys vadinamas superlaidumu.

Laidininkui būdingos šios savybės:

• Elektrinis - varža ir elektrinis laidumas;
• cheminė - sąveika su aplinka, atsparumas korozijai, galimybė sujungti suvirinant arba lituojant;
• fizikiniai - tankis, lydymosi temperatūra.

Dielektrikų ypatybė - atsparumas elektros srovės poveikiui. Fizikinės izoliacinių medžiagų savybės:

• dielektrinė skvarba - izoliatorių gebėjimas poliarizuotis elektriniame lauke;
• savitąjį tūrio pasipriešinimą;
• elektrinis stiprumas;
• išsklaidymo koeficientas.

Izoliacinės medžiagos apibūdinamos pagal šiuos parametrus:

• elektrinis - gedimo įtampos vertė, elektrinis stipris;
• fizinė - šiluminė varža;
• cheminis - tirpumas agresyviose medžiagose, atsparumas drėgmei.

Izoliacinių medžiagų tipai ir klasifikacija

Izoliatoriai skirstomi į grupes pagal kelis kriterijus.

Klasifikavimas pagal agregatinę medžiagos būseną:

• kietosios medžiagos - stiklas, keramika, asbestas;
• skysti - augaliniai ir sintetiniai aliejai, parafinas, suskystintos dujos, sintetiniai dielektrikai (silicio ir fluoro organiniai junginiai, aušinimo skystis, freonas);
• dujiniai - oras, azotas ir vandenilis.

Dielektrikai gali būti natūralios arba dirbtinės kilmės, organinės arba sintetinės prigimties.

Natūralios organinės izoliacinės medžiagos yra augaliniai aliejai, celiuliozė, guma. Jiems būdingas mažas atsparumas šilumai ir drėgmei bei greitas senėjimas. Sintetinės organinės medžiagos - įvairių rūšių plastikas.

Gamtinės kilmės neorganiniai dielektrikai: žėrutis, asbestas, muskovitas, flogopitas. Šios medžiagos yra atsparios cheminiam poveikiui ir gali atlaikyti aukštą temperatūrą. Dirbtinės neorganinės dielektrinės medžiagos yra stiklas, porcelianas ir keramika.

Kodėl dielektrikai nepraleidžia elektros srovės

Mažą laidumą lemia dielektriko molekulių struktūra. Medžiagos dalelės yra tvirtai susijungusios, negali palikti atomo ribų ir juda visame medžiagos tūryje. Veikiant elektriniam laukui, atominės dalelės gali šiek tiek atsipalaiduoti - tapti poliarizuotos.

Atsižvelgiant į poliarizacijos mechanizmą, dielektrikai skirstomi į

• nepolinės - įvairių agregatinių būsenų medžiagos su elektronine poliarizacija (inertinės dujos, vandenilis, polistirenas, benzenas);
• poliniai - jiems būdinga dipolinė relaksacija ir elektroninė poliarizacija (įvairios dervos, celiuliozė, vanduo);
• Joniniai - kieti neorganiniai dielektrikai (stiklas, keramika).

Medžiagos dielektrinės savybės nėra pastovios. Esant aukštai temperatūrai arba didelei drėgmei, elektronai atplėšiami nuo branduolio ir įgyja laisvųjų elektros krūvių savybes. Tada sumažėja dielektriko izoliacinės savybės.

Patikimas dielektrikas - tai medžiaga, pasižyminti maža nuotėkio srove, kuri neviršija kritinės vertės ir netrukdo sistemos veikimui.

Kai naudojami dielektrikai ir laidininkai

Medžiagos naudojamos visose žmogaus veiklos srityse, kuriose naudojama elektros srovė: pramonėje, žemės ūkyje, prietaisų inžinerijoje, elektros tinkluose ir buitiniuose prietaisuose.

Laidininko pasirinkimą lemia jo techninės charakteristikos. Sidabro, aukso ir platinos gaminiai turi mažiausią varžą. Dėl didelės kainos jie naudojami tik kosmoso ir kariniams tikslams. Varis ir aliuminis yra mažiau laidūs, tačiau dėl jų santykinės kainos jie plačiai naudojami kaip laidai ir kabeliai.

Gryni metalai be priemaišų geriau praleidžia srovę, tačiau kai kuriais atvejais būtina naudoti didelės varžos laidininkus - reostatų, elektrinių krosnelių, elektrinių šildymo prietaisų gamybai. Šiam tikslui naudojami nikelio, vario, mangano lydiniai (manganas, konstantanas). Volframo ir molibdeno elektrinis laidumas yra 3 kartus mažesnis nei vario, tačiau jų savybės plačiai naudojamos elektros lempų ir radijo prietaisų gamyboje.

Kietieji dielektrikai - tai medžiagos, užtikrinančios laidžiųjų elementų saugumą ir sklandų veikimą. Jie naudojami kaip elektros izoliacinė medžiaga, apsauganti nuo srovės nuotėkio, izoliuojanti laidininkus tarpusavyje, nuo prietaiso korpuso, nuo žemės. Tokio gaminio pavyzdys yra dielektrinės pirštinės, aprašytos mūsų straipsnis.

Skysti dielektrikai naudojami kondensatoriai, maitinimo kabeliaiŠios medžiagos naudojamos turbinų generatorių ir aukštos įtampos alyvinių jungiklių aušinimo grandinėse. Medžiagos naudojamos kaip užpildai ir impregnantai.

Dujinės izoliacinės medžiagos. Oras yra natūralus izoliatorius, kuris taip pat išsklaido šilumą. Azotas naudojamas ten, kur oksidacijos procesai nepriimtini. Vandenilis naudojamas galinguose generatoriuose, kurių šiluminė galia yra didelė.

Laidininkai ir dielektrikai veikia darniai, kad užtikrintų saugų ir stabilų elektros įrangos ir tinklų veikimą. Konkretaus elemento pasirinkimas konkrečiai užduočiai atlikti priklauso nuo medžiagos fizinių savybių ir techninių parametrų.

Susiję straipsniai: