Kaikki luonnossa esiintyvät materiaalit eroavat sähköisiltä ominaisuuksiltaan. Siten erilaisten fysikaalisten aineiden joukosta eristemateriaalit ja sähkövirran johtimet erotetaan erillisiin ryhmiin.

Mitä ovat johtimet?

Johdin on sellainen materiaali, jonka ominaisuus on vapaasti liikkuvien varautuneiden hiukkasten läsnäolo koostumuksessa, jotka jakautuvat koko aineeseen.

Sähkövirtaa johtavia aineita ovat metallisulat ja metallit itse, tislaamaton vesi, suolaliuos, märkä maaperä, ihmiskeho.

Metalli on paras sähkönjohdin. Myös epämetallien joukossa on hyviä johtimia, esimerkiksi hiili.

Kaikille luonnollisille sähkövirran johtimille on ominaista kaksi ominaisuutta:

• vastuksen ilmaisin;
• johtavuuden indikaattori.

Resistanssi johtuu siitä, että liikkeessä olevat elektronit törmäävät atomien ja ionien kanssa, jotka ovat eräänlainen este. Tästä syystä johtimille annetaan sähköisen vastuksen ominaisuus. Resistanssin käänteisluku on sähkönjohtavuus.

Sähkönjohtavuus on fyysisen aineen ominaisuus (kyky) johtaa virtaa. Siksi luotettavan johtimen ominaisuudet ovat alhainen vastus liikkuvien elektronien virtaukselle ja sen seurauksena korkea sähkönjohtavuus. Toisin sanoen parhaalle johtimelle on ominaista suuri johtavuusindeksi.

Esimerkiksi kaapelituotteet: kuparikaapelilla on korkeampi sähkönjohtavuus verrattuna alumiiniin.

Mitä ovat dielektrit?

Dielektrikot ovat sellaisia ​​fysikaalisia aineita, joissa ei ole alhaisissa lämpötiloissa sähkövarauksia. Tällaisten aineiden koostumus sisältää vain neutraalin varauksen atomeja ja molekyylejä. Neutraalin atomin varaukset ovat tiiviisti yhteydessä toisiinsa, joten heiltä riistetään mahdollisuus liikkua vapaasti kaikkialla aineessa.

Kaasu on paras eriste. Muita sähköä johtamattomia materiaaleja ovat lasi, posliini, keramiikka sekä kumi, pahvi, kuiva puu, hartsit ja muovit.

Dielektriset esineet ovat eristeitä, joiden ominaisuudet riippuvat pääasiassa ympäröivän ilmakehän tilasta. Esimerkiksi korkeassa kosteudessa jotkin dielektriset materiaalit menettävät osittain ominaisuuksiaan.

Johtimia ja eristeitä käytetään laajasti sähkötekniikan alalla erilaisten ongelmien ratkaisemiseen.

Esimerkiksi kaikki kaapeli- ja lankatuotteet on valmistettu metalleista, yleensä kuparista tai alumiinista. Johtojen ja kaapeleiden vaippa on polymeeriä, samoin kuin kaikkien sähkölaitteiden pistokkeet. Polymeerit ovat erinomaisia ​​dielektrisiä aineita, jotka eivät salli varautuneiden hiukkasten läpikulkua.

Hopea-, kulta- ja platinatuotteet ovat erittäin hyviä johtimia. Mutta niiden kielteinen ominaisuus, joka rajoittaa niiden käyttöä, on niiden erittäin korkea hinta.

Siksi tällaisia ​​aineita käytetään alueilla, joilla laatu on paljon tärkeämpää kuin siitä maksettava hinta (puolustusteollisuus ja avaruus).

Kupari- ja alumiinituotteet ovat myös hyviä johtimia, vaikka niillä ei ole niin korkeita kustannuksia. Näin ollen kupari- ja alumiinilankojen käyttö on kaikkialla.

Volframi- ja molybdeenijohtimien ominaisuudet ovat huonommat, joten niitä käytetään pääasiassa hehkulampuissa ja korkean lämpötilan lämmityselementeissä. Huono sähkönjohtavuus voi häiritä merkittävästi sähköpiirin toimintaa.

Eristeet eroavat myös ominaisuuksiltaan ja ominaisuuksiltaan. Esimerkiksi joissakin dielektrisissä materiaaleissa on myös ilmaisia ​​sähkövarauksia, vaikkakin pieniä määriä. Vapaat varaukset syntyvät elektronien lämpövärähtelyistä, ts. Kuitenkin lämpötilan nousu joissakin tapauksissa provosoi elektronien irtautumista ytimestä, mikä heikentää materiaalin eristäviä ominaisuuksia. Joillekin eristeille on ominaista suuri määrä "revittyjä" elektroneja, mikä osoittaa huonoja eristysominaisuuksia.

Paras eriste on täydellinen tyhjiö, jota on erittäin vaikea saavuttaa maapallolla.

Täysin puhdistetulla vedellä on myös korkeat dielektriset ominaisuudet, mutta sellaisia ​​ei todellisuudessa edes ole olemassa. On syytä muistaa, että mahdollisten epäpuhtauksien läsnäolo nesteessä antaa sille johtimen ominaisuudet.

Minkä tahansa dielektrisen materiaalin laadun pääkriteeri on sille määrättyjen toimintojen noudattamisen aste tietyssä sähköpiirissä. Esimerkiksi, jos eristeen ominaisuudet ovat sellaiset, että virran vuoto on mitätön eikä aiheuta vahinkoa piirin toiminnalle, niin dielektriikka on luotettava.

Mikä on puolijohde?

Välissä eristeiden ja johtimien välissä on puolijohteet. Suurin ero johtimien välillä on sähkönjohtavuusasteen riippuvuus lämpötilasta ja koostumuksen epäpuhtauksien määrästä. Lisäksi materiaalilla on sekä dielektrisen että johtimen ominaisuudet.

Lämpötilan noustessa puolijohteiden sähkönjohtavuus kasvaa ja vastus pienenee. Kun lämpötila laskee, vastus pyrkii äärettömään. Eli kun lämpötila saavuttaa nollan, puolijohteet alkavat käyttäytyä kuin eristeet.

Puolijohteet ovat piitä ja germaniumia.

Kyky johtaa sähkövirtaa luonnehtii puun sähkövastusta. Yleensä kahden elektrodin väliin asetetun puunäytteen impedanssi määritellään kahden vastuksen, tilavuuden ja pinnan, tuloksena. Tilavuusvastus kuvaa numeerisesti estettä virran kulkemiselle näytteen paksuuden läpi ja pintaresistanssi määrittää esteen virran kulkemiselle näytteen pintaa pitkin. Sähkövastuksen indikaattoreita ovat ominaistilavuus ja pintaresistanssi. Ensimmäisen näistä indikaattoreista mitat ovat ohmia senttimetriä kohden (ohm x cm) ja se on numeerisesti yhtä suuri kuin vastus, kun virta kulkee tietystä materiaalista (puusta) tehdyn 1X1X1 cm kuution kahden vastakkaisen pinnan läpi. Toinen indikaattori mitataan ohmeina ja on numeerisesti yhtä suuri kuin minkä tahansa kokoisen neliön vastus puunäytteen pinnalla, kun virta johdetaan elektrodeihin, jotka rajoittavat tämän neliön kahta vastakkaista puolta. Sähkönjohtavuus riippuu puulajista ja virran suunnasta. Esimerkkinä taulukon tilavuuden ja pintavastuksen suuruusluokista. joitain tietoja annetaan.

vertailutiedot puun ominaistilavuudesta ja pintakestävyydestä

Sähkönjohtavuuden karakterisoimiseksi tilavuusresistanssi on suurin merkitys. Kestävyys riippuu suuresti puun kosteuspitoisuudesta. Puun kosteuspitoisuuden kasvaessa vastus heikkenee. Erityisen jyrkkä vastustuskyvyn lasku havaitaan sitoutuneen kosteuden pitoisuuden lisääntyessä absoluuttisen kuivasta tilasta hygroskooppisuuden rajalle. Tässä tapauksessa ominaistilavuuden vastus pienenee miljoonia kertoja. Kosteuden lisääntyminen edelleen aiheuttaa vastuksen laskun vain kymmenkertaiseksi. Tätä kuvaavat taulukon tiedot.

puun ominaistilavuusvastus täysin kuivassa tilassa

Rotu	Ominaistilavuusvastus, ohm x cm
	kuitujen poikki	kuituja pitkin
Mänty	2,3 x 10 15	1,8 x 10 15
Kuusi	7,6 x 10 16	3,8 x 10 16
Tuhka	3,3 x 10 16	3,8 x 10 15
Valkopokki	8,0 x 10 16	1,3 x 10 15
Vaahtera	6,6 x 10 17	3,3 x 10 17
Koivu	5,1 x 10 16	2,3 x 10 16
Leppä	1,0 x 10 17	9,6 x 10 15
Lehmus	1,5 x 10 16	6,4 x 10 15
Haapa	1,7 x 10 16	8,0 x 10 15

kosteuden vaikutus puun sähkövastukseen

Myös puun pintakestävyys heikkenee merkittävästi kosteuden kasvaessa. Lämpötilan nousu johtaa puun tilavuuskestävyyden laskuun. Siten väärän puun kestävyys lämpötilan noustessa 22-23 °C:sta 44-45 °C:seen (noin kahdesti) putoaa 2,5-kertaisesti ja pyökkipuun, jonka lämpötila nousee 20-21 °C:sta 50 °C:seen. - 3 kertaa. Negatiivisissa lämpötiloissa puun tilavuusvastus kasvaa. Koivunäytteiden, joiden kosteuspitoisuus oli 76 %, kuitujen ominaistilavuusvastus 0 °C:n lämpötilassa oli 1,2 x 10 7 ohm cm, ja kun se jäähdytettiin -24 °C:n lämpötilaan, se osoittautui 1,02 x 10 8 ohm cm Puun kyllästäminen mineraali antiseptisillä aineilla (esim. sinkkikloridilla) vähentää ominaisvastusta, kun taas kreosootilla kyllästäminen vaikuttaa vain vähän sähkönjohtavuuteen. Puun sähkönjohtavuudella on käytännön merkitystä, kun sitä käytetään tietoliikennepylväissä, suurjännitejohtojen mastoissa, sähkötyökalujen kahvoissa jne. Lisäksi sähköiset kosteusmittarit perustuvat sähkönjohtavuuden riippuvuuteen puun kosteudesta. sisältö.

puun sähkölujuus

Sähkölujuus on tärkeää arvioitaessa puuta sähköä eristävänä materiaalina ja sille on tunnusomaista läpilyöntijännite voltteina 1 cm materiaalin paksuutta kohden. Puun sähkölujuus on alhainen ja riippuu lajista, kosteudesta, lämpötilasta ja suunnasta. Kosteuden ja lämpötilan kasvaessa se laskee; kuituja pitkin se on paljon matalampi kuin poikki. Tiedot puun sähköisestä lujuudesta kuituja pitkin ja poikki on esitetty taulukossa.

puun sähkölujuus kuituja pitkin ja poikki

Männyn kosteuspitoisuudella 10 % saatiin seuraava sähkölujuus kilovoltteina 1 cm paksuutta kohti: kuituja pitkin 16,8; säteen suunnassa 59,1; tangentiaalisuunnassa 77,3 (määritys tehtiin 3 mm paksuisista näytteistä). Kuten näette, puun sähköinen lujuus kuituja pitkin on noin 3,5 kertaa pienempi kuin kuitujen poikki; säteen suunnassa voimakkuus on pienempi kuin tangentiaalisessa suunnassa, koska sydämen säteet vähentävät läpilyöntijännitettä. Kosteuden nostaminen 8 %:sta 15 %:iin (kaksi kertaa) vähentää kuitujen eristelujuutta noin 3 kertaa (pyökillä, koivulla ja leppällä keskimäärin).

Muiden materiaalien sähkölujuus (kilovatteina 1 cm paksuutta kohti) on seuraava: kiille 1500, lasi 300, bakeliitti 200, parafiini 150, muuntajaöljy 100, posliini 100. Puun sähkölujuuden lisäämiseksi ja sähkön vähentämiseksi johtavuus, kun sitä käytetään sähköteollisuudessa eristeenä, se on kyllästetty kuivausöljyllä, muuntajaöljyllä, parafiinilla, tekohartseilla; Tällaisen kyllästyksen tehokkuus käy ilmi seuraavista koivupuun tiedoista: kyllästäminen kuivausöljyllä lisää läpilyöntijännitettä kuituja pitkin 30 %, muuntajaöljyllä - 80 %, parafiinilla - lähes kaksinkertaisesti verrattuna koivupuun läpilyöntijännitteeseen. ilmakuivaa kyllästämätöntä puuta.

puun dielektriset ominaisuudet

Arvoa, joka osoittaa kuinka monta kertaa kondensaattorin kapasitanssi kasvaa, jos levyjen välinen ilmarako korvataan saman paksuisella tiivisteellä tietystä materiaalista, kutsutaan tämän materiaalin dielektriseksi vakioksi. Joidenkin materiaalien dielektrisyysvakio (dielektrisyysvakio) on annettu taulukossa.

joidenkin materiaalien permittiivisyys

Materiaali		Puu	Dielektrisyysvakio
ilmaa	1,00	Kuusi kuiva: kuituja pitkin	3,06
		tangentiaalisessa suunnassa	1,98
Parafiini	2,00
		säteen suunnassa	1,91
Posliini	5,73
Kiille	7,1-7,7	Kuiva pyökki: jyvää pitkin	3,18
		tangentiaalisessa suunnassa	2,20
Marmori	8,34
		säteen suunnassa	2,40
Vesi	80,1

Puun tiedot osoittavat huomattavan eron dielektrisyysvakion välillä kuituja pitkin ja poikki; Samanaikaisesti kuitujen poikkipitävyys säteittäisessä ja tangentiaalisessa suunnassa eroaa vähän. Dielektrisyysvakio suurtaajuuskentässä riippuu virran taajuudesta ja puun kosteuspitoisuudesta. Virtaajuuden kasvaessa pyökkipuun dielektrisyysvakio kuituja pitkin pienenee kosteuspitoisuudessa 0-12 %, mikä on erityisen havaittavissa 12 %:n kosteuspitoisuudella. Pyökkipuun kosteuspitoisuuden kasvaessa dielektrisyysvakio kuituja pitkin kasvaa, mikä on erityisen havaittavissa pienemmällä virtataajuudella.

Korkeataajuuskentässä puu lämpenee; Lämpenemisen syynä on joulen lämpöhäviö eristeen sisällä, joka tapahtuu vaihtelevan sähkömagneettisen kentän vaikutuksesta. Tämä lämmitys kuluttaa osan syöttöenergiasta, jonka arvoa kuvaa häviötangentti.

Häviötangentti riippuu kentän suunnasta kuitujen suhteen: se on kuituja pitkin noin kaksi kertaa suurempi kuin kuitujen poikki. Kuitujen poikki säteittäisessä ja tangentiaalisessa suunnassa häviötangentti eroaa vähän. Dielektrisen häviön tangentti, kuten dielektrisyysvakio, riippuu virran taajuudesta ja puun kosteuspitoisuudesta. Joten täysin kuivalla pyökkipuulla häviötangentti kuituja pitkin kasvaa ensin taajuuden kasvaessa, saavuttaa maksimin taajuudella 10 7 Hz, minkä jälkeen se alkaa jälleen pienentyä. Samanaikaisesti 12 %:n kosteudessa häviötangentti laskee jyrkästi taajuuden kasvaessa, saavuttaa minimin taajuudella 105 Hz ja kasvaa sitten yhtä jyrkästi.

enimmäishäviötangentti kuivalle puulle

Pyökkipuun kosteuspitoisuuden kasvaessa kuitujen häviötangentti kasvaa jyrkästi matalilla (3 x 10 2 Hz) ja korkeilla (10 9 Hz) taajuuksilla eikä juuri muutu taajuudella 10 6 -10 7 Hz.

Männyn ja siitä saadun selluloosan, ligniinin ja hartsin dielektrisiä ominaisuuksia vertailevassa tutkimuksessa havaittiin, että nämä ominaisuudet määräytyvät pääasiassa selluloosalla. Puun lämmitystä suurtaajuusvirtojen alalla käytetään kuivaus-, kyllästys- ja liimausprosesseissa.

puun pietsosähköiset ominaisuudet

Sähkövarauksia ilmaantuu joidenkin eristeiden pinnalle mekaanisten jännitysten vaikutuksesta. Tätä dielektrisen polarisaatioon liittyvää ilmiötä kutsutaan suoraksi pietsosähköiseksi efektiksi. Pietsosähköiset ominaisuudet löydettiin ensin kvartsin, turmaliinin, Rochelle-suolan jne. kiteistä. Näillä materiaaleilla on myös käänteinen pietsosähköinen vaikutus, joka koostuu siitä, että niiden mitat muuttuvat sähkökentän vaikutuksesta. Näistä kiteistä valmistettuja levyjä käytetään laajasti ultraäänitekniikan emittereinä ja vastaanottimina.

Näitä ilmiöitä ei löydy vain yksittäiskiteistä, vaan myös useista muista anisotrooppisista kiinteistä materiaaleista, joita kutsutaan pietsosähköisiksi tekstuureiksi. Pietsosähköisiä ominaisuuksia on löydetty myös puusta. Todettiin, että puun pietsosähköisten ominaisuuksien tärkein kantaja on sen orientoitu komponentti - selluloosa. Puun polarisaation intensiteetti on verrannollinen ulkoisten voimien aiheuttamien mekaanisten jännitysten suuruuteen; suhteellisuuskerrointa kutsutaan pietsosähköiseksi moduuliksi. Pietsosähköisen vaikutuksen kvantitatiivinen tutkimus rajoittuu siksi pietsosähköisten moduulien arvojen määrittämiseen. Puun mekaanisten ja pietsosähköisten ominaisuuksien anisotropian vuoksi nämä indikaattorit riippuvat mekaanisten voimien suunnasta ja polarisaatiovektorista.

Suurin pietsosähköinen vaikutus havaitaan puristus- ja vetokuormituksessa 45° kulmassa kuituihin nähden. Tiukasti kuituja pitkin tai poikki kohdistuvat mekaaniset jännitykset eivät aiheuta pietsosähköistä vaikutusta puuhun. Taulukossa. joidenkin kivien pietsosähköisten moduulien arvot on annettu. Suurin pietsosähköinen vaikutus havaitaan kuivassa puussa, kosteuden kasvaessa se vähenee ja katoaa sitten kokonaan. Joten jo 6-8 prosentin kosteudessa pietsosähköisen vaikutuksen suuruus on hyvin pieni. Kun lämpötila nousee 100 ° C: een, pietsosähköisen moduulin arvo kasvaa. Puun pienellä elastisella muodonmuutoksella (korkealla kimmomoduulilla) pietsosähköinen moduuli pienenee. Pietsosähköinen moduuli riippuu myös useista muista tekijöistä; puun selluloosakomponentin orientaatiolla on kuitenkin suurin vaikutus sen arvoon.

pietsosähköiset puumoduulit

Avoin ilmiö mahdollistaa puun hienorakenteen syvemmän tutkimuksen. Pietsosähköisen vaikutuksen indikaattorit voivat toimia selluloosan orientaation kvantitatiivisina ominaisuuksina ja ovat siksi erittäin tärkeitä luonnonpuun ja uusien tiettyihin suuntiin määritellyt ominaisuudet omaavien puumateriaalien anisotropian tutkimisessa.

Dielektri on materiaali tai aine, joka ei käytännössä siirrä sähkövirtaa. Tämä johtavuus johtuu elektronien ja ionien pienestä määrästä. Nämä hiukkaset muodostuvat johtamattomaan materiaaliin vain, kun saavutetaan korkean lämpötilan ominaisuudet. Mitä eriste on, ja siitä keskustellaan tässä artikkelissa.

Kuvaus

Jokainen elektroni- tai radiojohdin, puolijohde tai varattu dielektri kuljettaa läpi sähkövirran, mutta eristeen erikoisuus on, että jopa korkeilla yli 550 V jännitteillä siinä virtaa pieni virta. Sähkövirta dielektrissä on varautuneiden hiukkasten liikettä tiettyyn suuntaan (se voi olla positiivinen tai negatiivinen).

Virtojen tyypit

Eristeiden sähkönjohtavuus perustuu:

• Absorptiovirrat - virta, joka virtaa eristeessä vakiovirralla, kunnes se saavuttaa tasapainotilan, ja muuttaa suuntaa, kun se kytketään päälle ja jännitteellä ja kun se sammutetaan. Vaihtovirralla eristeen jännitys on siinä koko ajan, kun se on sähkökentän toiminnassa.
• Elektroninen sähkönjohtavuus - elektronien liike kentän vaikutuksesta.
• Ioninen sähkönjohtavuus - on ionien liikettä. Sitä esiintyy elektrolyyttiliuoksissa - suoloissa, hapoissa, emäksissä sekä monissa eristeissä.
• Molioninen sähkönjohtavuus on molioneiksi kutsuttujen varautuneiden hiukkasten liikettä. Sitä löytyy kolloidisista systeemeistä, emulsioista ja suspensioista. Ilmiötä, jossa molionit liikkuvat sähkökentässä, kutsutaan elektroforeesiksi.

Ne luokitellaan aggregoitumistilan ja kemiallisen luonteensa mukaan. Ensimmäiset jaetaan kiinteisiin, nestemäisiin, kaasumaisiin ja jähmettyviin. Kemiallisen luonteen mukaan ne jaetaan orgaanisiin, epäorgaanisiin ja organoelementteihin.

Aggregointitilan mukaan:

• Kaasujen sähkönjohtavuus. Kaasumaisilla aineilla on melko alhainen virranjohtavuus. Se voi tapahtua vapaiden varautuneiden hiukkasten läsnä ollessa, mikä ilmenee ulkoisten ja sisäisten, elektronisten ja ionisten tekijöiden vaikutuksesta: röntgensäteet ja radioaktiiviset lajit, molekyylien ja varautuneiden hiukkasten törmäys, lämpötekijät.
• Nestemäisen dielektrin sähkönjohtavuus. Riippuvuustekijät: molekyylirakenne, lämpötila, epäpuhtaudet, suurten elektronien ja ionien varausten läsnäolo. Nestemäisten eristeiden sähkönjohtavuus riippuu suurelta osin kosteuden ja epäpuhtauksien läsnäolosta. Polaaristen aineiden sähkönjohtavuus syntyy jopa nesteen avulla, jossa on dissosioituneita ioneja. Polaarisia ja ei-polaarisia nesteitä verrattaessa ensimmäisillä on selvä etu johtavuudessa. Jos neste puhdistetaan epäpuhtauksista, tämä vaikuttaa sen johtavien ominaisuuksien heikkenemiseen. Johtavuuden ja lämpötilan kasvaessa sen viskositeetti laskee, mikä johtaa ionien liikkuvuuden lisääntymiseen.
• kiinteät dielektriset aineet. Niiden sähkönjohtavuus määräytyy varautuneiden dielektristen hiukkasten ja epäpuhtauksien liikkeenä. Vahvissa sähkövirtakentissä sähkönjohtavuus paljastuu.

Eristeiden fysikaaliset ominaisuudet

Kun materiaalin ominaisvastus on alle 10-5 ohm * m, ne voidaan katsoa johtimien syyksi. Jos yli 108 ohm * m - dielektrikoihin. On tapauksia, joissa resistanssi on monta kertaa suurempi kuin johtimen vastus. Välillä 10-5-108 ohm*m on puolijohde. Metallimateriaali on erinomainen sähkövirran johde.

Koko jaksollisesta taulukosta vain 25 alkuainetta kuuluu ei-metalleihin, ja niistä 12:lla on mahdollisesti puolijohdeominaisuuksia. Mutta tietysti taulukon aineiden lisäksi on monia muita seoksia, koostumuksia tai kemiallisia yhdisteitä, joilla on johtimen, puolijohteen tai eristeen ominaisuus. Tämän perusteella on vaikea vetää tiettyä rajaa erilaisten aineiden arvojen välille niiden vastusten välillä. Esimerkiksi pienemmällä lämpötilakertoimella puolijohde käyttäytyy kuin eriste.

Sovellus

Sähköä johtamattomien materiaalien käyttö on erittäin laajaa, sillä se on yksi yleisimmin käytetyistä sähkökomponenttien luokista. Kävi melko selväksi, että niitä voidaan käyttää ominaisuuksiensa vuoksi aktiivisessa ja passiivisessa muodossa.

Passiivisessa muodossa eristeiden ominaisuuksia käytetään käytettäväksi sähköeristeissä.

Aktiivisessa muodossa niitä käytetään ferrosähköisissä materiaaleissa sekä lasertekniikan emitterien materiaaleissa.

Perusdielektriikka

Yleisiä tyyppejä ovat:

• Lasi.
• Kumi.
• Öljy.
• Asfaltti.
• Posliini.
• Kvartsi.
• ilmaa.
• Timantti.
• Puhdas vesi.
• Muovi.

Mikä on nestemäinen eriste?

Tämän tyyppinen polarisaatio tapahtuu sähkövirtakentässä. Nestemäisiä johtamattomia aineita käytetään materiaalien kaatamiseen tai kyllästämiseen. Nestemäisiä dielektrisiä aineita on 3 luokkaa:

Öljyöljyt ovat alhaisen viskositeetin ja enimmäkseen ei-polaarisia. Niitä käytetään usein suurjänniteinstrumenteissa: suurjännitevesi. on ei-polaarinen eriste. Kaapeliöljyä on käytetty jopa 40 kV jännitteisten eristyspaperilankojen kyllästämisessä sekä yli 120 kV virralla olevien metallipohjaisten pinnoitteiden kyllästämisessä. Muuntajaöljyllä on puhtaampi rakenne kuin kondensaattoriöljyllä. Tämän tyyppistä eristettä käytetään laajalti tuotannossa huolimatta korkeista kustannuksista verrattuna analogisiin aineisiin ja materiaaleihin.

Mikä on synteettinen eriste? Tällä hetkellä se on kielletty lähes kaikkialla korkean myrkyllisyytensä vuoksi, koska se on valmistettu klooratun hiilen pohjalta. Orgaaniseen piiin perustuva nestemäinen eriste on turvallinen ja ympäristöystävällinen. Tämä tyyppi ei aiheuta metallien ruostetta ja sillä on alhainen hygroskooppisuus. On olemassa fluidisoitua eristettä, joka sisältää organofluoriyhdistettä, joka on erityisen suosittu palamattomuutensa, lämpöominaisuuksiensa ja oksidatiivisen stabiilisuutensa vuoksi.

Ja viimeinen tyyppi on kasviöljyt. Ne ovat heikosti polaarisia dielektrisiä aineita, joita ovat pellavansiemen, risiini, tung, hamppu. Risiiniöljy kuumennetaan voimakkaasti ja sitä käytetään paperikondensaattoreissa. Loput öljyt haihdutetaan. Haihtumista niissä ei aiheuta luonnollinen haihtuminen, vaan kemiallinen reaktio, jota kutsutaan polymeroitumiseksi. Sitä käytetään aktiivisesti emaleissa ja maaleissa.

Johtopäätös

Artikkelissa käsiteltiin yksityiskohtaisesti, mitä dielektri on. Erilaisia ​​lajeja ja niiden ominaisuuksia on mainittu. Tietenkin, jotta ymmärrät niiden ominaisuuksien hienovaraisuuden, sinun on tutkittava niitä koskevaa fysiikan osaa perusteellisemmin.

Kun sähkö ilmestyi elämäämme, harvat tiesivät sen ominaisuuksista ja parametreista, ja johtimina käytettiin erilaisia ​​​​materiaaleja, havaittiin, että virranlähteen samalla jännitearvolla kuluttajalla oli erilainen jännitearvo. Oli selvää, että tähän vaikutti johtimena käytetyn materiaalin tyyppi. Kun tiedemiehet tarttuivat tämän ongelman tutkimiseen, he tulivat siihen tulokseen, että elektronit ovat materiaalin varauksenkuljettajia. Ja kyky johtaa sähkövirtaa eristetään vapaiden elektronien läsnäololla materiaalissa. Havaittiin, että joissakin materiaaleissa on suuri määrä näitä elektroneja, kun taas toisissa ei ole niitä ollenkaan. Siten on materiaaleja, joilla ja joillain ei ole tätä kykyä.
Yllä olevan perusteella kaikki materiaalit jaettiin kolmeen ryhmään:

• johtimet;
• puolijohteet;
• dielektriset aineet;

Jokainen ryhmä on löytänyt laajan sovelluksen sähkötekniikassa.

johtimia

oppaita ovat sähkövirtaa hyvin johtavia materiaaleja, niitä käytetään johtojen, kaapelituotteiden, kosketinryhmien, käämien, renkaiden, johtavien hylsyjen ja telojen valmistukseen. Suurin osa sähkölaitteista ja -laitteista on valmistettu johtavista materiaaleista. Lisäksi sanon, että koko sähkövoimateollisuus ei voisi olla olemassa ilman näitä aineita. Johdinryhmään kuuluvat kaikki metallit, jotkut nesteet ja kaasut.

On myös syytä mainita, että johtimien joukossa on superjohtimia, joiden vastus on lähes nolla, tällaiset materiaalit ovat erittäin harvinaisia ​​ja kalliita. Ja johtimet, joilla on korkea vastus - volframi, molybdeeni, nikromi jne. Tällaisia ​​materiaaleja käytetään vastusten, lämmityselementtien ja lamppukäämien valmistukseen.

Mutta leijonanosa sähkökentästä kuuluu tavallisille johtimille: kupari, hopea, alumiini, teräs, näiden metallien erilaiset seokset. Nämä materiaalit ovat löytäneet laajimman ja suurimman sovelluksen sähkötekniikassa, erityisesti kupari ja alumiini, koska ne ovat suhteellisen halpoja ja niiden käyttö sähkövirran johtimina on tarkoituksenmukaisinta. Jopa kuparin käyttö on rajallista, sitä käytetään käämitysjohtoina, monijohtimina ja kriittisempinä laitteina, kuparikiskot ovat vielä harvinaisempia. Mutta alumiinia pidetään kuninkaana sähkövirran johtimien joukossa, vaikka sillä on suurempi resistiivisyys kuin kuparilla, mutta tätä kompensoivat sen erittäin alhaiset kustannukset ja korroosionkestävyys. Sitä käytetään laajalti virtalähteissä, kaapelituotteissa, ilmajohdoissa, virtakiskoissa, yleisissä johdoissa jne.

Puolijohteet

Puolijohteet, jotain johtimien ja puolijohteiden väliltä. Niiden pääominaisuus on niiden riippuvuus johtaa sähkövirtaa ulkoisista olosuhteista. Keskeinen ehto on erilaisten epäpuhtauksien läsnäolo materiaalissa, jotka vain tarjoavat kyvyn johtaa sähkövirtaa. Myös tietyllä kahden puolijohdemateriaalin järjestelyllä. Näiden materiaalien pohjalta on tällä hetkellä valmistettu monia puolijohdelaitteita: LEDejä, transistoreita,semistorit, tyristorit, stabistorit, erilaiset mikropiirit. Puolijohteille ja niihin perustuville laitteille on omistettu koko tiede: elektroniikkatekniikka. Kaikki tietokoneet, mobiililaitteet. Mitä voin sanoa, melkein kaikki laitteemme sisältävät puolijohdeelementtejä.

Puolijohdemateriaaleja ovat: pii, germanium, grafiitti, gr apeeni, indium jne.

Dielektriset

No, viimeinen materiaaliryhmä on dielektrikot Aineet, jotka eivät pysty johtamaan sähköä. Tällaisia ​​materiaaleja ovat: puu, paperi, ilma, öljy, keramiikka, lasi, muovit, polyeteeni, polyvinyylikloridi, kumi jne. Eristeitä käytetään laajalti niiden ominaisuuksien vuoksi. Niitä käytetään eristysmateriaalina. Ne suojaavat kahden virtaa kuljettavan osan kosketusta, eivätkä anna ihmisten koskea suoraan näihin osiin. Eristeen rooli sähkötekniikassa ei ole vähemmän tärkeä kuin johtimien rooli, sillä ne varmistavat kaikkien sähkö- ja elektroniikkalaitteiden vakaan ja turvallisen toiminnan. Kaikilla eristeillä on raja, johon asti ne eivät pysty johtamaan sähkövirtaa, sitä kutsutaan läpilyöntijännitteeksi. Tämä on indikaattori, jossa eriste alkaa kulkea sähkövirtaa samalla kun lämpöä vapautuu ja itse eriste tuhoutuu. Tämä läpilyöntijännitteen arvo kullekin dielektriselle materiaalille on erilainen ja se on annettu vertailumateriaaleissa. Mitä korkeampi se on, sitä parempi, eristettä pidetään luotettavampana.

Sähkövirran johtamiskykyä kuvaava parametri on ominaisvastus R , yksikkö [ Ohm ] ja johtavuus, vastavuoroisuuden vastavuoroisuus. Mitä suurempi tämä parametri, sitä huonommin materiaali johtaa sähkövirtaa. Johtimien kohdalla se on muutamasta kymmenesosasta satoihin ohmiin. Dielektrikissä resistanssi saavuttaa kymmeniä miljoonia ohmeja.

Kaikkia kolmea materiaalityyppiä käytetään laajalti sähköteollisuudessa ja sähkötekniikassa. Ne liittyvät myös läheisesti toisiinsa.

Arvoa, joka osoittaa kuinka monta kertaa kondensaattorin kapasitanssi kasvaa, jos levyjen välinen ilmarako korvataan saman paksuisella tiivisteellä tietystä materiaalista, kutsutaan tämän materiaalin dielektriseksi vakioksi. Joidenkin materiaalien dielektrisyysvakio (dielektrisyysvakio) on annettu taulukossa. 26.

Taulukko 26. Joidenkin materiaalien dielektrisyysvakio.

Materiaali	Dielektrisyysvakio	Puu	Dielektrisyysvakio
		Kuusi kuiva: kuituja pitkin
		tangentiaalisessa suunnassa
		säteen suunnassa
		Kuiva pyökki: jyvää pitkin
		tangentiaalisessa suunnassa
		säteen suunnassa

Puun tiedot osoittavat huomattavan eron dielektrisyysvakion välillä kuituja pitkin ja poikki; Samanaikaisesti kuitujen poikkipitävyys säteittäisessä ja tangentiaalisessa suunnassa eroaa vähän. Dielektrisyysvakio suurtaajuuskentässä riippuu virran taajuudesta ja puun kosteuspitoisuudesta. Virtaajuuden kasvaessa pyökkipuun dielektrisyysvakio kuituja pitkin pienenee kosteuspitoisuudessa 0-12 %, mikä on erityisen havaittavissa 12 %:n kosteuspitoisuudella (kuva 45). Pyökkipuun kosteuspitoisuuden kasvaessa dielektrisyysvakio kuituja pitkin kasvaa, mikä on erityisen havaittavissa pienemmällä virtataajuudella.

Korkeataajuuskentässä puu lämpenee; Lämpenemisen syynä on joulen lämpöhäviö eristeen sisällä, joka tapahtuu vaihtelevan sähkömagneettisen kentän vaikutuksesta. Tämä lämmitys kuluttaa osan syöttöenergiasta, jonka arvoa kuvaa häviötangentti.

Häviötangentti riippuu kentän suunnasta kuitujen suhteen: se on kuituja pitkin noin kaksi kertaa suurempi kuin kuitujen poikki. Kuitujen poikki säteittäisessä ja tangentiaalisessa suunnassa häviötangentti eroaa vähän. Dielektrisen häviön tangentti, kuten dielektrisyysvakio, riippuu virran taajuudesta ja puun kosteuspitoisuudesta. Joten täysin kuivalla pyökkipuulla häviötangentti kuituja pitkin kasvaa ensin taajuuden kasvaessa, saavuttaa maksimin taajuudella 10 7 Hz, minkä jälkeen se alkaa jälleen pienentyä. Samanaikaisesti 12 %:n kosteudessa häviötangentti laskee jyrkästi taajuuden kasvaessa, saavuttaa minimin taajuudella 105 Hz ja kasvaa sitten yhtä jyrkästi (kuva 46).

Taulukko 27. Kuivan puun häviötangentin maksimiarvo.

Pyökkipuun kosteuspitoisuuden kasvaessa kuitujen häviötangentti kasvaa jyrkästi matalilla (3 x 10 2 Hz) ja korkeilla (10 9 Hz) taajuuksilla eikä juuri muutu taajuudella 10 6 -10 7 Hz (katso kuva 46).

Männyn ja siitä saadun selluloosan, ligniinin ja hartsin dielektrisiä ominaisuuksia vertailevassa tutkimuksessa havaittiin, että nämä ominaisuudet määräytyvät pääasiassa selluloosalla. Puun lämmitystä suurtaajuusvirtojen alalla käytetään kuivaus-, kyllästys- ja liimausprosesseissa.