Ob der Baum ein Dirigent ist. Dielektrikum - was ist das? Eigenschaften von Dielektrika

Alle in der Natur vorkommenden Materialien unterscheiden sich in ihren elektrischen Eigenschaften. So werden aus der ganzen Vielfalt physikalischer Substanzen dielektrische Materialien und Leiter des elektrischen Stroms in getrennte Gruppen unterschieden.

Was sind Dirigenten?

Ein Leiter ist ein solches Material, dessen Merkmal das Vorhandensein frei beweglicher geladener Teilchen in der Zusammensetzung ist, die in der gesamten Substanz verteilt sind.

Stromleitende Stoffe sind Metallschmelzen und die Metalle selbst, undestilliertes Wasser, Salzlösung, feuchte Erde, der menschliche Körper.

Metall ist der beste elektrische Leiter. Auch unter den Nichtmetallen gibt es gute Leiter, zum Beispiel Kohlenstoff.

Alle natürlichen Leiter des elektrischen Stroms zeichnen sich durch zwei Eigenschaften aus:

Widerstandsanzeige;
Leitfähigkeitsanzeige.

Widerstand entsteht dadurch, dass Elektronen in Bewegung mit Atomen und Ionen kollidieren, die eine Art Hindernis darstellen. Deshalb wird Leitern die Eigenschaft des elektrischen Widerstands zugeordnet. Der Kehrwert des Widerstands ist die elektrische Leitfähigkeit.

Die elektrische Leitfähigkeit ist eine Eigenschaft (Fähigkeit) einer physikalischen Substanz, Strom zu leiten. Daher sind die Eigenschaften eines zuverlässigen Leiters ein geringer Widerstand gegenüber dem Fluss sich bewegender Elektronen und folglich eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Das heißt, der beste Leiter zeichnet sich durch einen großen Leitfähigkeitsindex aus.

Zum Beispiel Kabelprodukte: Kupferkabel haben im Vergleich zu Aluminium eine höhere elektrische Leitfähigkeit.

Was sind Dielektrika?

Dielektrika sind solche physikalischen Stoffe, in denen bei niedrigen Temperaturen keine elektrischen Ladungen vorhanden sind. Die Zusammensetzung solcher Substanzen umfasst nur neutral geladene Atome und Moleküle. Die Ladungen eines neutralen Atoms sind eng miteinander verbunden, daher wird ihnen die Möglichkeit der freien Bewegung durch die Substanz genommen.

Gas ist das beste Dielektrikum. Andere nicht leitende Materialien sind Glas, Porzellan, Keramik sowie Gummi, Pappe, trockenes Holz, Harze und Kunststoffe.

Dielektrische Objekte sind Isolatoren, deren Eigenschaften hauptsächlich vom Zustand der umgebenden Atmosphäre abhängen. Beispielsweise verlieren einige dielektrische Materialien bei hoher Luftfeuchtigkeit teilweise ihre Eigenschaften.

Leiter und Dielektrika werden auf dem Gebiet der Elektrotechnik weit verbreitet verwendet, um verschiedene Probleme zu lösen.

Beispielsweise bestehen alle Kabel- und Drahtprodukte aus Metallen, normalerweise Kupfer oder Aluminium. Die Ummantelung von Drähten und Kabeln besteht aus Polymer, ebenso wie die Stecker aller Elektrogeräte. Polymere sind ausgezeichnete Dielektrika, die geladene Teilchen nicht passieren lassen.

Silber-, Gold- und Platinprodukte sind sehr gute Leiter. Ihre negative Eigenschaft, die ihre Verwendung einschränkt, sind jedoch ihre sehr hohen Kosten.

Daher werden solche Substanzen in Bereichen eingesetzt, in denen die Qualität viel wichtiger ist als der dafür gezahlte Preis (Verteidigungsindustrie und Raumfahrt).

Kupfer- und Aluminiumprodukte sind ebenfalls gute Leiter, obwohl sie nicht so teuer sind. Folglich ist die Verwendung von Kupfer- und Aluminiumdrähten allgegenwärtig.

Wolfram- und Molybdänleiter haben weniger gute Eigenschaften, daher werden sie hauptsächlich in Glühlampen und Hochtemperaturheizelementen verwendet. Eine schlechte elektrische Leitfähigkeit kann den Betrieb des Stromkreises erheblich stören.

Dielektrika unterscheiden sich auch in ihren Eigenschaften und Eigenschaften. Zum Beispiel gibt es in einigen dielektrischen Materialien auch freie elektrische Ladungen, wenn auch in geringer Menge. Freie Ladungen entstehen durch thermische Schwingungen von Elektronen, d.h. Eine Temperaturerhöhung führt jedoch in einigen Fällen zur Ablösung von Elektronen aus dem Kern, was die Isoliereigenschaften des Materials verringert. Einige Isolatoren zeichnen sich durch eine große Anzahl "abgerissener" Elektronen aus, was auf schlechte Isoliereigenschaften hinweist.

Das beste Dielektrikum ist ein vollständiges Vakuum, das auf dem Planeten Erde nur sehr schwer zu erreichen ist.

Vollständig gereinigtes Wasser hat auch hohe dielektrische Eigenschaften, aber solche gibt es in der Realität nicht einmal. Es sei daran erinnert, dass das Vorhandensein von Verunreinigungen in der Flüssigkeit ihr die Eigenschaften eines Leiters verleiht.

Das Hauptkriterium für die Qualität eines dielektrischen Materials ist der Grad der Übereinstimmung mit den ihm in einem bestimmten Stromkreis zugewiesenen Funktionen. Wenn beispielsweise die Eigenschaften des Dielektrikums derart sind, dass ein Leckstrom vernachlässigbar ist und den Betrieb der Schaltung nicht beeinträchtigt, dann ist das Dielektrikum zuverlässig.

Was ist ein Halbleiter?

Eine Zwischenstellung zwischen Dielektrika und Leitern nehmen Halbleiter ein. Der Hauptunterschied zwischen Leitern ist die Abhängigkeit des Grades der elektrischen Leitfähigkeit von der Temperatur und der Menge an Verunreinigungen in der Zusammensetzung. Darüber hinaus hat das Material sowohl die Eigenschaften eines Dielektrikums als auch eines Leiters.

Mit steigender Temperatur nimmt die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern zu und der Widerstandsgrad ab. Bei abnehmender Temperatur geht der Widerstand gegen unendlich. Das heißt, wenn die Temperatur Null erreicht, beginnen sich Halbleiter wie Isolatoren zu verhalten.

Die Halbleiter sind Silizium und Germanium.

Die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, charakterisiert den elektrischen Widerstand von Holz. Im Allgemeinen wird die Impedanz einer zwischen zwei Elektroden platzierten Holzprobe als Ergebnis zweier Widerstände definiert: Volumen und Oberfläche. Der Durchgangswiderstand charakterisiert numerisch das Hindernis für den Stromdurchgang durch die Dicke der Probe, und der Oberflächenwiderstand bestimmt das Hindernis für den Stromdurchgang entlang der Oberfläche der Probe. Indikatoren für den elektrischen Widerstand sind der spezifische Volumen- und Oberflächenwiderstand. Der erste dieser Indikatoren hat die Dimension Ohm pro Zentimeter (Ohm x cm) und ist numerisch gleich dem Widerstand, wenn Strom durch zwei gegenüberliegende Flächen eines 1 x 1 x 1 cm großen Würfels aus einem bestimmten Material (Holz) fließt. Der zweite Indikator wird in Ohm gemessen und ist numerisch gleich dem Widerstand eines Quadrats beliebiger Größe auf der Oberfläche einer Holzprobe, wenn Strom an die Elektroden angelegt wird, die zwei gegenüberliegende Seiten dieses Quadrats begrenzen. Die elektrische Leitfähigkeit ist abhängig von der Holzart und der Stromflussrichtung. Zur Veranschaulichung der Größenordnung von Volumen- und Oberflächenwiderstand in Tabelle. einige Daten sind angegeben.

Vergleichsdaten zum spezifischen Volumen und Oberflächenwiderstand von Holz

Zur Charakterisierung der elektrischen Leitfähigkeit ist der Durchgangswiderstand von größter Bedeutung. Die Beständigkeit ist stark vom Feuchtigkeitsgehalt des Holzes abhängig. Mit zunehmender Holzfeuchte nimmt der Widerstand ab. Eine besonders starke Widerstandsabnahme wird bei einer Zunahme des Gehalts an gebundener Feuchtigkeit vom absolut trockenen Zustand bis zur Grenze der Hygroskopizität beobachtet. Dabei verringert sich der spezifische Durchgangswiderstand millionenfach. Eine weitere Erhöhung der Luftfeuchtigkeit bewirkt nur noch einen Widerstandsabfall um das Zehnfache. Dies wird durch die Daten in der Tabelle veranschaulicht.

spezifischer Durchgangswiderstand von Holz in völlig trockenem Zustand

Züchten	Spezifischer Durchgangswiderstand, Ohm x cm
Züchten	über die Fasern	entlang der Fasern
Kiefer	2,3 x 10 15	1,8 x 10 15
Fichte	7,6 x 10 16	3,8 x 10 16
Asche	3,3 x 10 16	3,8 x 10 15
Hainbuche	8,0 x 10 16	1,3 x 10 15
Ahorn	6,6 x 10 17	3,3 x 10 17
Birke	5,1 x 10 16	2,3 x 10 16
Erle	1,0 x 10 17	9,6 x 10 15
Linde	1,5 x 10 16	6,4 x 10 15
Espe	1,7 x 10 16	8,0 x 10 15

Einfluss der Feuchtigkeit auf den elektrischen Widerstand von Holz

Auch der Oberflächenwiderstand von Holz nimmt mit zunehmender Luftfeuchtigkeit deutlich ab. Eine Temperaturerhöhung führt zu einer Abnahme des Volumenwiderstands von Holz. So sinkt der Widerstand von falschem Holzholz bei einem Temperaturanstieg von 22-23 ° auf 44-45 ° C (ungefähr zweimal) um das 2,5-fache und von Buchenholz bei einem Temperaturanstieg von 20-21 ° auf 50 ° C - dreimal. Bei negativen Temperaturen erhöht sich der Durchgangswiderstand von Holz. Der spezifische Durchgangswiderstand entlang der Fasern von Birkenproben mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 76% bei einer Temperatur von 0 ° C betrug 1,2 x 10 7 Ohm cm, und beim Abkühlen auf eine Temperatur von -24 ° C stellte sich heraus, dass er 1,02 betrug x 10 8 Ohm cm Die Imprägnierung von Holz mit mineralischen Antiseptika (z. B. Zinkchlorid) verringert den spezifischen Widerstand, während die Imprägnierung mit Kreosot die elektrische Leitfähigkeit kaum beeinflusst. Die elektrische Leitfähigkeit von Holz ist von praktischer Bedeutung, wenn es für Kommunikationsmasten, Masten von Hochspannungsleitungen, Griffe von Elektrowerkzeugen usw. verwendet wird. Außerdem basieren die elektrischen Feuchtigkeitsmesser auf der Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von der Holzfeuchte Inhalt.

elektrische Festigkeit von Holz

Die elektrische Festigkeit ist wichtig für die Bewertung von Holz als elektrisch isolierendem Material und wird durch eine Durchschlagsspannung in Volt pro 1 cm Materialstärke gekennzeichnet. Die elektrische Festigkeit von Holz ist gering und hängt von Holzart, Feuchtigkeit, Temperatur und Richtung ab. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit und Temperatur nimmt sie ab; entlang der Fasern ist es viel niedriger als quer. Daten zur elektrischen Festigkeit von Holz entlang und quer zu den Fasern sind in der Tabelle angegeben.

elektrische Festigkeit von Holz entlang und quer zu den Fasern

Bei einem Feuchtigkeitsgehalt von Kiefernholz von 10 % wurde folgende elektrische Festigkeit in Kilovolt pro 1 cm Dicke erhalten: längs der Fasern 16,8; in radialer Richtung 59.1; in tangentialer Richtung 77,3 (die Bestimmung erfolgte an 3 mm dicken Proben). Wie Sie sehen können, ist die elektrische Festigkeit von Holz entlang der Fasern etwa 3,5-mal geringer als quer zu den Fasern; in radialer Richtung ist die Festigkeit geringer als in tangentialer Richtung, da die Kernstrahlen die Durchbruchspannung reduzieren. Eine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit von 8 auf 15 % (um Faktor zwei) reduziert die Durchschlagsfestigkeit über die Fasern um etwa das Dreifache (Durchschnitt für Buche, Birke und Erle).

Die elektrische Festigkeit (in Kilovolt pro 1 cm Dicke) anderer Materialien ist wie folgt: Glimmer 1500, Glas 300, Bakelit 200, Paraffin 150, Transformatorenöl 100, Porzellan 100. Um die elektrische Festigkeit von Holz zu erhöhen und elektr Leitfähigkeit bei Verwendung in der Elektroindustrie als Isolator imprägniert mit Trockenöl, Trafoöl, Paraffin, Kunstharzen; Die Wirksamkeit einer solchen Imprägnierung wird anhand folgender Daten für Birkenholz deutlich: Die Imprägnierung mit Trockenöl erhöht die Durchschlagspannung entlang der Fasern um 30 %, mit Trafoöl um 80 %, mit Paraffin um fast das Doppelte gegenüber der Durchschlagspannung für unimprägniertes Holz lufttrocknen.

dielektrische eigenschaften von holz

Der Wert, der angibt, um wie viel sich die Kapazität des Kondensators erhöht, wenn der Luftspalt zwischen den Platten durch eine Dichtung gleicher Dicke aus einem bestimmten Material ersetzt wird, wird als Dielektrizitätskonstante dieses Materials bezeichnet. Die Dielektrizitätskonstante (Dielektrizitätskonstante) für einige Materialien ist in der Tabelle angegeben.

Permittivität einiger Materialien

Material		Holz	Die Dielektrizitätskonstante
Luft	1,00	Fichte trocken: entlang der Fasern	3,06
		in tangentialer Richtung	1,98
Paraffin	2,00
		in radialer Richtung	1,91
Porzellan	5,73
Glimmer	7,1-7,7	Buche trocken: längs der Faser	3,18
		in tangentialer Richtung	2,20
Marmor	8,34
		in radialer Richtung	2,40
Wasser	80,1

Daten für Holz zeigen einen merklichen Unterschied zwischen der Dielektrizitätskonstante entlang und quer zu den Fasern; gleichzeitig unterscheidet sich die Permittivität über die Fasern in radialer und tangentialer Richtung wenig. Die Dielektrizitätskonstante in einem Hochfrequenzfeld hängt von der Frequenz des Stroms und dem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes ab. Mit zunehmender Stromfrequenz nimmt die Dielektrizitätskonstante von Buchenholz entlang der Fasern bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 0 bis 12 % ab, was sich besonders bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 12 % bemerkbar macht. Mit zunehmender Feuchtigkeit von Buchenholz steigt die Dielektrizitätskonstante entlang der Fasern, was sich besonders bei niedrigerer Stromfrequenz bemerkbar macht.

In einem Hochfrequenzfeld erwärmt sich das Holz; Grund für die Erwärmung ist der Joulesche Wärmeverlust innerhalb des Dielektrikums, der unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Wechselfeldes auftritt. Diese Erwärmung verbraucht einen Teil der zugeführten Energie, dessen Wert durch den Verlustfaktor gekennzeichnet ist.

Der Verlustfaktor hängt von der Richtung des Feldes in Bezug auf die Fasern ab: Er ist entlang der Fasern etwa doppelt so groß wie quer zu den Fasern. Über die Fasern in radialer und tangentialer Richtung unterscheidet sich die Verlusttangente wenig. Der dielektrische Verlustfaktor hängt wie die Dielektrizitätskonstante von der Frequenz des Stroms und dem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes ab. So steigt bei absolut trockenem Buchenholz der Verlusttangente entlang der Fasern zunächst mit zunehmender Frequenz an, erreicht bei einer Frequenz von 10 7 Hz ein Maximum und beginnt dann wieder abzunehmen. Gleichzeitig fällt bei einer Luftfeuchtigkeit von 12 % der Verlustfaktor mit zunehmender Frequenz stark ab, erreicht bei einer Frequenz von 105 Hz ein Minimum und steigt dann ebenso stark an.

maximaler Verlustfaktor für trockenes Holz

Mit zunehmender Feuchtigkeit von Buchenholz steigt der Verlustfaktor entlang der Fasern bei niedrigen (3 x 10 2 Hz) und hohen (10 9 Hz) Frequenzen stark an und ändert sich bei einer Frequenz von 10 6 -10 7 fast nicht Hertz.

Durch eine vergleichende Untersuchung der dielektrischen Eigenschaften von Kiefernholz und daraus gewonnener Zellulose, Lignin und Harz wurde festgestellt, dass diese Eigenschaften hauptsächlich durch Zellulose bestimmt werden. Das Erhitzen von Holz im Bereich von Hochfrequenzströmen wird bei Trocknungs-, Imprägnierungs- und Leimprozessen verwendet.

Piezoelektrische Eigenschaften von Holz

Auf der Oberfläche einiger Dielektrika treten unter Einwirkung mechanischer Spannungen elektrische Ladungen auf. Dieses mit der Polarisation des Dielektrikums verbundene Phänomen wird als direkter piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Piezoelektrische Eigenschaften wurden zuerst in Kristallen aus Quarz, Turmalin, Rochelle-Salz usw. entdeckt. Diese Materialien haben auch einen inversen piezoelektrischen Effekt, der darin besteht, dass sich ihre Abmessungen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes ändern. Platten aus diesen Kristallen werden vielfach als Sender und Empfänger in der Ultraschalltechnik eingesetzt.

Diese Phänomene finden sich nicht nur in Einkristallen, sondern auch in einer Reihe anderer anisotroper fester Materialien, die als piezoelektrische Texturen bezeichnet werden. Piezoelektrische Eigenschaften wurden auch in Holz gefunden. Es wurde festgestellt, dass der Hauptträger der piezoelektrischen Eigenschaften im Holz seine orientierte Komponente ist - Zellulose. Die Polarisationsintensität von Holz ist proportional zur Größe der mechanischen Spannungen durch die aufgebrachten äußeren Kräfte; der Proportionalitätsfaktor wird als piezoelektrischer Modul bezeichnet. Die quantitative Untersuchung des piezoelektrischen Effekts reduziert sich daher auf die Bestimmung der Werte der piezoelektrischen Module. Aufgrund der Anisotropie der mechanischen und piezoelektrischen Eigenschaften von Holz hängen diese Indikatoren von der Richtung der mechanischen Kräfte und dem Polarisationsvektor ab.

Der größte piezoelektrische Effekt wird bei Druck- und Zugbelastungen in einem Winkel von 45° zu den Fasern beobachtet. Streng entlang oder quer zu den Fasern gerichtete mechanische Spannungen verursachen im Holz keinen piezoelektrischen Effekt. Im Tisch. die Werte von piezoelektrischen Modulen für einige Gesteine sind angegeben. Der maximale piezoelektrische Effekt wird bei trockenem Holz beobachtet, mit zunehmender Feuchtigkeit nimmt er ab und verschwindet dann vollständig. Bereits bei einer Luftfeuchtigkeit von 6-8% ist die Größe des piezoelektrischen Effekts also sehr gering. Bei einer Temperaturerhöhung auf 100 °C steigt der Wert des piezoelektrischen Moduls. Bei einer kleinen elastischen Verformung (hoher Elastizitätsmodul) von Holz nimmt der piezoelektrische Modul ab. Der piezoelektrische Modul hängt auch von einer Reihe anderer Faktoren ab; den größten einfluss auf den wert hat jedoch die orientierung des zellulosebestandteils von holz.

piezoelektrische Holzmodule

Das offene Phänomen ermöglicht ein tieferes Studium der Feinstruktur von Holz. Die Indikatoren des piezoelektrischen Effekts können als quantitative Merkmale der Orientierung der Zellulose dienen und sind daher sehr wichtig für die Untersuchung der Anisotropie von natürlichem Holz und neuen Holzwerkstoffen mit in bestimmten Richtungen spezifizierten Eigenschaften.

Ein Dielektrikum ist ein Material oder eine Substanz, die elektrischen Strom praktisch nicht überträgt. Eine solche Leitfähigkeit wird aufgrund einer kleinen Anzahl von Elektronen und Ionen erreicht. Diese Partikel werden in einem nichtleitenden Material nur dann gebildet, wenn Hochtemperatureigenschaften erreicht werden. Was ein Dielektrikum ist und wird in diesem Artikel besprochen.

Beschreibung

Jeder elektronische oder Funkleiter, Halbleiter oder geladene Dielektrikum leitet einen elektrischen Strom durch sich selbst, aber die Besonderheit des Dielektrikums besteht darin, dass selbst bei einer Hochspannung über 550 V ein kleiner Strom darin fließt. Ein elektrischer Strom in einem Dielektrikum ist die Bewegung geladener Teilchen in eine bestimmte Richtung (er kann positiv oder negativ sein).

Arten von Strömungen

Die elektrische Leitfähigkeit von Dielektrika basiert auf:

Absorptionsströme - ein Strom, der in einem Dielektrikum mit konstantem Strom fließt, bis er einen Gleichgewichtszustand erreicht, wobei er die Richtung ändert, wenn er eingeschaltet und erregt wird, und wenn er ausgeschaltet wird. Bei Wechselstrom ist die Spannung im Dielektrikum die ganze Zeit vorhanden, während es einem elektrischen Feld ausgesetzt ist.
Elektronische elektrische Leitfähigkeit - die Bewegung von Elektronen unter dem Einfluss eines Feldes.
Ionische elektrische Leitfähigkeit - ist die Bewegung von Ionen. Es kommt in Elektrolytlösungen vor - Salzen, Säuren, Laugen sowie in vielen Dielektrika.
Molionische elektrische Leitfähigkeit ist die Bewegung geladener Teilchen, die als Molionen bezeichnet werden. Es kommt in kolloidalen Systemen, Emulsionen und Suspensionen vor. Das Phänomen der Bewegung von Molionen in einem elektrischen Feld wird als Elektrophorese bezeichnet.

Sie werden nach ihrem Aggregatzustand und ihrer chemischen Natur klassifiziert. Die ersten werden in fest, flüssig, gasförmig und erstarrend unterteilt. Chemisch werden sie in organische, anorganische und elementorganische Materialien unterteilt.

Nach Aggregationszustand:

Elektrische Leitfähigkeit von Gasen. Gasförmige Stoffe haben eine eher geringe Stromleitfähigkeit. Es kann in Gegenwart freier geladener Teilchen auftreten, die aufgrund des Einflusses äußerer und innerer, elektronischer und ionischer Faktoren auftreten: Röntgenstrahlung und radioaktive Spezies, Kollisionen von Molekülen und geladenen Teilchen, thermische Faktoren.
Elektrische Leitfähigkeit eines flüssigen Dielektrikums. Abhängigkeitsfaktoren: Molekularstruktur, Temperatur, Verunreinigungen, Vorhandensein großer Ladungen von Elektronen und Ionen. Die elektrische Leitfähigkeit flüssiger Dielektrika hängt weitgehend von der Anwesenheit von Feuchtigkeit und Verunreinigungen ab. Die elektrische Leitfähigkeit polarer Substanzen wird sogar mit Hilfe einer Flüssigkeit mit dissoziierten Ionen erzeugt. Beim Vergleich von polaren und unpolaren Flüssigkeiten haben erstere einen klaren Vorteil in der Leitfähigkeit. Wenn die Flüssigkeit von Verunreinigungen gereinigt wird, trägt dies zu einer Verringerung ihrer Leitfähigkeitseigenschaften bei. Mit zunehmender Leitfähigkeit und Temperatur nimmt die Viskosität ab, was zu einer Erhöhung der Ionenmobilität führt.
feste Dielektrika. Ihre elektrische Leitfähigkeit wird als Bewegung geladener dielektrischer Teilchen und Verunreinigungen bestimmt. In starken elektrischen Stromfeldern zeigt sich elektrische Leitfähigkeit.

Physikalische Eigenschaften von Dielektrika

Wenn der spezifische Widerstand des Materials weniger als 10-5 Ohm * m beträgt, können sie Leitern zugeordnet werden. Wenn mehr als 108 Ohm * m - zu Dielektrika. Es gibt Fälle, in denen der spezifische Widerstand um ein Vielfaches größer ist als der Widerstand des Leiters. Im Intervall 10-5-108 Ohm*m befindet sich ein Halbleiter. Metallisches Material ist ein ausgezeichneter elektrischer Stromleiter.

Vom gesamten Periodensystem gehören nur 25 Elemente zu Nichtmetallen, und 12 von ihnen werden möglicherweise Halbleitereigenschaften haben. Aber natürlich gibt es neben den Stoffen der Tabelle noch viele weitere Legierungen, Zusammensetzungen oder chemische Verbindungen mit der Eigenschaft eines Leiters, Halbleiters oder Dielektrikums. Darauf basierend ist es schwierig, eine bestimmte Grenze zwischen den Werten verschiedener Substanzen mit ihren Widerständen zu ziehen. Beispielsweise verhält sich ein Halbleiter bei einem reduzierten Temperaturfaktor wie ein Dielektrikum.

Anwendung

Die Verwendung von nichtleitenden Materialien ist sehr umfangreich, da es sich um eine der am häufigsten verwendeten Klassen elektrischer Komponenten handelt. Es wurde deutlich, dass sie aufgrund ihrer Eigenschaften in aktiver und passiver Form eingesetzt werden können.

In einer passiven Form werden die Eigenschaften von Dielektrika für den Einsatz in elektrischem Isoliermaterial genutzt.

In aktiver Form werden sie in Ferroelektrika sowie in Materialien für Emitter der Lasertechnik eingesetzt.

Grundlegende Dielektrika

Zu den gängigen Typen gehören:

Glas.
Gummi.
Öl.
Asphalt.
Porzellan.
Quarz.
Luft.
Diamant.
Reines Wasser.
Kunststoff.

Was ist ein flüssiges Dielektrikum?

Eine solche Polarisation tritt im elektrischen Stromfeld auf. Flüssige nichtleitende Stoffe werden in der Technik zum Vergießen oder Imprägnieren von Materialien verwendet. Es gibt 3 Klassen von flüssigen Dielektrika:

Mineralöle sind niedrigviskos und meist unpolar. Sie werden häufig in Hochspannungsinstrumenten verwendet: Hochspannungswasser. ist ein unpolares Dielektrikum. Kabelöl hat Anwendung bei der Imprägnierung von isolierenden Papierdrähten mit einer Spannung von bis zu 40 kV sowie von Beschichtungen auf Metallbasis mit einer Stromstärke von mehr als 120 kV gefunden. Transformatorenöl hat eine sauberere Struktur als Kondensatorenöl. Diese Art von Dielektrikum wird trotz der hohen Kosten im Vergleich zu analogen Substanzen und Materialien in der Produktion häufig verwendet.

Was ist ein synthetisches Dielektrikum? Derzeit ist es aufgrund seiner hohen Toxizität fast überall verboten, da es auf der Basis von Chlorkohle hergestellt wird. Ein flüssiges Dielektrikum auf Basis von organischem Silizium ist sicher und umweltfreundlich. Dieser Typ verursacht keinen Metallrost und hat die Eigenschaften einer geringen Hygroskopizität. Es gibt ein verflüssigtes Dielektrikum, das eine Organofluorverbindung enthält, die besonders wegen ihrer Nichtbrennbarkeit, thermischen Eigenschaften und oxidativen Stabilität beliebt ist.

Und die letzte Art sind Pflanzenöle. Sie sind schwach polare Dielektrika, dazu gehören Leinsamen, Rizinus, Tung, Hanf. Rizinusöl wird stark erhitzt und wird in Papierkondensatoren verwendet. Der Rest der Öle wird verdampft. Die Verdunstung in ihnen wird nicht durch natürliche Verdunstung verursacht, sondern durch eine chemische Reaktion namens Polymerisation. Es wird aktiv in Lacken und Farben verwendet.

Fazit

In dem Artikel wurde ausführlich besprochen, was ein Dielektrikum ist. Es wurden verschiedene Arten und ihre Eigenschaften erwähnt. Um die Subtilität ihrer Eigenschaften zu verstehen, müssen Sie natürlich den Abschnitt der Physik über sie eingehender studieren.

Als Elektrizität in unser Leben trat, nur wenige Menschen ihre Eigenschaften und Parameter kannten und verschiedene Materialien als Leiter verwendet wurden, fiel auf, dass der Verbraucher bei gleichem Wert der Stromquellenspannung einen anderen Spannungswert hatte. Es war klar, dass dies von der Art des als Leiter verwendeten Materials beeinflusst wurde. Als Wissenschaftler sich der Untersuchung dieses Problems annahmen, kamen sie zu dem Schluss, dass Elektronen Ladungsträger im Material sind. Und die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, wird durch das Vorhandensein freier Elektronen im Material isoliert. Es wurde festgestellt, dass einige Materialien eine große Anzahl dieser Elektronen haben, während andere sie überhaupt nicht haben. So gibt es Materialien, die diese Fähigkeit haben, und einige nicht.
Basierend auf dem oben Gesagten wurden alle Materialien in drei Gruppen eingeteilt:

Dirigenten;
Halbleiter;
Dielektrika;

Jede der Gruppen hat breite Anwendung in der Elektrotechnik gefunden.

Dirigenten

Führer sind Materialien, die elektrischen Strom gut leiten, sie werden zur Herstellung von Drähten, Kabelprodukten, Kontaktgruppen, Wicklungen, Reifen, leitfähigen Kernen und Leiterbahnen verwendet. Die überwiegende Mehrheit der elektrischen Geräte und Apparate wird auf der Basis von leitfähigen Materialien hergestellt. Außerdem möchte ich sagen, dass die gesamte Elektrizitätsindustrie ohne diese Substanzen nicht existieren könnte. Die Gruppe der Leiter umfasst alle Metalle, einige Flüssigkeiten und Gase.

Erwähnenswert ist auch, dass es unter den Leitern Supraleiter gibt, deren Widerstand fast Null ist, solche Materialien sind sehr selten und teuer. Und Leiter mit hohem Widerstand - Wolfram, Molybdän, Nichrom usw. Solche Materialien werden zur Herstellung von Widerständen, Heizelementen und Lampenspulen verwendet.

Aber der Löwenanteil im elektrischen Bereich gehört gewöhnlichen Leitern: Kupfer, Silber, Aluminium, Stahl, verschiedene Legierungen dieser Metalle. Diese Materialien haben die breiteste und größte Anwendung in der Elektrotechnik gefunden, insbesondere Kupfer und Aluminium, da sie relativ billig sind und ihre Verwendung als Leiter für elektrischen Strom am besten geeignet ist. Sogar Kupfer ist in seiner Verwendung begrenzt, es wird als Wickeldrähte, mehradrige Kabel und kritischere Geräte verwendet, Kupferschienen sind noch seltener. Aluminium gilt jedoch als der König unter den Leitern des elektrischen Stroms, auch wenn es einen höheren spezifischen Widerstand als Kupfer hat, was jedoch durch seine sehr geringen Kosten und seine Korrosionsbeständigkeit ausgeglichen wird. Es ist weit verbreitet in Stromversorgung, Kabelprodukten, Freileitungen, Sammelschienen, allgemeinen Drähten usw.

Halbleiter

Halbleiter, etwas zwischen Leitern und Halbleitern. Ihr Hauptmerkmal ist ihre Abhängigkeit, elektrischen Strom von äußeren Bedingungen zu leiten. Die Schlüsselbedingung ist das Vorhandensein verschiedener Verunreinigungen im Material, die nur die Fähigkeit bereitstellen, elektrischen Strom zu leiten. Auch bei einer bestimmten Anordnung zweier Halbleitermaterialien. Auf der Grundlage dieser Materialien wurden derzeit viele Halbleiterbauelemente hergestellt: LEDs, Transistoren,Halbstoren, Thyristoren, Stabistoren, verschiedene Mikroschaltungen. Es gibt eine ganze Wissenschaft, die sich Halbleitern und darauf basierenden Geräten widmet: Elektrotechnik. Alle Computer, Mobilgeräte. Was soll ich sagen, fast alle unsere Geräte enthalten Halbleiterelemente.

Halbleitermaterialien umfassen: Silizium, Germanium, Graphit, Gr Aphen, Indium usw.

Dielektrika

Nun, die letzte Gruppe von Materialien ist Dielektrika Stoffe, die keinen Strom leiten können. Zu diesen Materialien gehören: Holz, Papier, Luft, Öl, Keramik, Glas, Kunststoffe, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Gummi usw. Dielektrika sind aufgrund ihrer Eigenschaften weit verbreitet. Sie dienen als Isoliermaterial. Sie schützen den Kontakt zweier stromführender Teile, erlauben es einer Person nicht, diese Teile direkt zu berühren. Die Rolle eines Dielektrikums in der Elektrotechnik ist nicht weniger wichtig als die Rolle von Leitern, da sie den stabilen und sicheren Betrieb aller elektrischen und elektronischen Geräte gewährleisten. Alle Dielektrika haben eine Grenze, bis zu der sie keinen elektrischen Strom leiten können, die sogenannte Durchbruchspannung. Dies ist ein Indikator, bei dem das Dielektrikum beginnt, einen elektrischen Strom zu leiten, während Wärme freigesetzt und das Dielektrikum selbst zerstört wird. Dieser Wert der Durchbruchspannung ist für jedes dielektrische Material unterschiedlich und wird in Referenzmaterialien angegeben. Je höher es ist, desto besser, das Dielektrikum gilt als zuverlässiger.

Der Parameter, der die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, charakterisiert, ist der spezifische Widerstand R , Maßeinheit [ Ohm ] und Leitfähigkeit, Kehrwert des Widerstands. Je höher dieser Parameter, desto schlechter leitet das Material elektrischen Strom. Bei Leitern liegt sie zwischen einigen Zehnteln und Hunderten von Ohm. In Dielektrika erreicht der Widerstand mehrere zehn Millionen Ohm.

Alle drei Arten von Materialien werden in großem Umfang in der Elektrizitätsindustrie und Elektrotechnik verwendet. Sie sind auch eng miteinander verwandt.

Tabelle 26. Dielektrizitätskonstante einiger Materialien.

Material	Die Dielektrizitätskonstante	Holz	Die Dielektrizitätskonstante
		Fichte trocken: entlang der Fasern
		in tangentialer Richtung

		in radialer Richtung

		Buche trocken: längs der Faser
		in tangentialer Richtung

		in radialer Richtung

Daten für Holz zeigen einen merklichen Unterschied zwischen der Dielektrizitätskonstante entlang und quer zu den Fasern; gleichzeitig unterscheidet sich die Permittivität über die Fasern in radialer und tangentialer Richtung wenig. Die Dielektrizitätskonstante in einem Hochfrequenzfeld hängt von der Frequenz des Stroms und dem Feuchtigkeitsgehalt des Holzes ab. Mit zunehmender Stromfrequenz nimmt die Dielektrizitätskonstante von Buchenholz entlang der Fasern bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 0 bis 12 % ab, was sich besonders bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 12 % bemerkbar macht (Abb. 45). Mit zunehmender Feuchtigkeit von Buchenholz steigt die Dielektrizitätskonstante entlang der Fasern, was sich besonders bei niedrigerer Stromfrequenz bemerkbar macht.

Tabelle 27. Der Maximalwert des Verlustfaktors für trockenes Holz.

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