Toate materialele care există în natură diferă prin proprietățile lor electrice. Astfel, din întreaga varietate de substanțe fizice, materialele dielectrice și conductorii de curent electric se disting în grupuri separate.

Ce sunt conductorii?

Un conductor este un astfel de material, a cărui caracteristică este prezența particulelor încărcate care se mișcă liber în compoziție, care sunt distribuite în întreaga substanță.

Substanțele care conduc curentul electric sunt topituri ale metalelor și ale metalelor în sine, apa nedistilată, soluția de sare, solul umed, corpul uman.

Metalul este cel mai bun conductor de electricitate. De asemenea, printre nemetale există conductori buni, de exemplu, carbonul.

Toți conductorii naturali ai curentului electric sunt caracterizați de două proprietăți:

• indicator de rezistență;
• indicator de conductivitate.

Rezistența apare din cauza faptului că electronii în mișcare experimentează o coliziune cu atomii și ionii, care sunt un fel de obstacol. De aceea conductoarelor li se atribuie caracteristica rezistenței electrice. Reciprocul rezistenței este conductivitatea electrică.

Conductivitatea electrică este o caracteristică (capacitatea) unei substanțe fizice de a conduce curentul. Prin urmare, proprietățile unui conductor de încredere sunt rezistența scăzută la fluxul de electroni în mișcare și, în consecință, o conductivitate electrică ridicată. Adică, cel mai bun conductor este caracterizat de un indice mare de conductivitate.

De exemplu produse de cablu: cablul de cupru are o conductivitate electrică mai mare în comparație cu aluminiul.

Ce sunt dielectricii?

Dielectricii sunt astfel de substanțe fizice în care la temperaturi scăzute nu există sarcini electrice. Compoziția unor astfel de substanțe include numai atomi cu o sarcină neutră și molecule. Sarcinile unui atom neutru sunt strâns legate între ele, prin urmare sunt lipsite de posibilitatea de mișcare liberă în întreaga substanță.

Gazul este cel mai bun dielectric. Alte materiale neconductoare sunt sticla, porțelanul, ceramica, precum și cauciucul, cartonul, lemnul uscat, rășinile și materialele plastice.

Obiectele dielectrice sunt izolatoare, ale căror proprietăți depind în principal de starea atmosferei înconjurătoare. De exemplu, la umiditate ridicată, unele materiale dielectrice își pierd parțial proprietățile.

Conductorii și dielectricii sunt utilizați pe scară largă în domeniul ingineriei electrice pentru a rezolva diverse probleme.

De exemplu, toate produsele din cablu și sârmă sunt fabricate din metale, de obicei din cupru sau aluminiu. Învelișul de fire și cabluri este polimer, la fel ca ștecherele tuturor aparatelor electrice. Polimerii sunt dielectrici excelenți care nu permit trecerea particulelor încărcate.

Produsele din argint, aur și platină sunt conductori foarte buni. Dar caracteristica lor negativă, care limitează utilizarea lor, este costul lor foarte ridicat.

Prin urmare, astfel de substanțe sunt folosite în zonele în care calitatea este mult mai importantă decât prețul plătit pentru aceasta (industria de apărare și spațiu).

Produsele din cupru și aluminiu sunt, de asemenea, buni conductori, deși nu au un cost atât de mare. În consecință, utilizarea firelor de cupru și aluminiu este omniprezentă.

Conductorii de wolfram și molibden au proprietăți mai puțin bune, astfel încât sunt utilizați în principal în becurile cu incandescență și elementele de încălzire la temperaturi ridicate. Conductibilitatea electrică slabă poate perturba semnificativ funcționarea circuitului electric.

Dielectricii diferă și prin caracteristicile și proprietățile lor. De exemplu, în unele materiale dielectrice există și sarcini electrice gratuite, deși în cantitate mică. Sarcinile libere apar din cauza vibrațiilor termice ale electronilor, adică. Cu toate acestea, o creștere a temperaturii în unele cazuri provoacă desprinderea electronilor din nucleu, ceea ce reduce proprietățile izolatoare ale materialului. Unii izolatori sunt caracterizați de un număr mare de electroni „smulși”, ceea ce indică proprietăți izolatoare slabe.

Cel mai bun dielectric este un vid complet, care este foarte greu de realizat pe planeta Pământ.

Apa complet purificată are și proprietăți dielectrice ridicate, dar acestea nu există nici măcar în realitate. Merită să ne amintim că prezența oricăror impurități în lichid îl înzestrează cu proprietățile unui conductor.

Principalul criteriu pentru calitatea oricărui material dielectric este gradul de conformitate cu funcțiile care îi sunt atribuite într-un anumit circuit electric. De exemplu, dacă proprietățile dielectricului sunt de așa natură încât scurgerea curentului este neglijabilă și nu provoacă nicio deteriorare a funcționării circuitului, atunci dielectricul este fiabil.

Ce este un semiconductor?

Un loc intermediar între dielectrici și conductori este ocupat de semiconductori. Principala diferență dintre conductori este dependența gradului de conductivitate electrică de temperatură și cantitatea de impurități din compoziție. Mai mult, materialul are caracteristicile atât ale unui dielectric, cât și ale unui conductor.

Odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea electrică a semiconductorilor crește, iar gradul de rezistență scade. Pe măsură ce temperatura scade, rezistența tinde spre infinit. Adică, când temperatura ajunge la zero, semiconductorii încep să se comporte ca niște izolatori.

Semiconductorii sunt siliciu și germaniu.

Capacitatea de a conduce curentul electric caracterizează rezistența electrică a lemnului. În general, impedanța unei probe de lemn plasată între doi electrozi este definită ca rezultanta a două rezistențe: volum și suprafață. Rezistența de volum caracterizează numeric obstacolul în calea trecerii curentului prin grosimea probei, iar rezistența de suprafață determină obstacolul în calea trecerii curentului de-a lungul suprafeței probei. Indicatorii rezistenței electrice sunt volumul specific și rezistența de suprafață. Primul dintre acești indicatori are dimensiunea de ohm pe centimetru (ohm x cm) și este numeric egal cu rezistența atunci când curentul trece prin două fețe opuse ale unui cub de 1X1X1 cm dintr-un material dat (lemn). Al doilea indicator este măsurat în ohmi și este numeric egal cu rezistența unui pătrat de orice dimensiune de pe suprafața unei probe de lemn atunci când se aplică curent electrozilor care limitează două laturi opuse ale acestui pătrat. Conductivitatea electrică depinde de tipul de lemn și de direcția fluxului de curent. Ca o ilustrare a ordinului de mărime a rezistenței de volum și suprafață din tabel. sunt date unele date.

date comparative privind volumul specific și rezistența la suprafață a lemnului

Pentru a caracteriza conductivitatea electrică, rezistivitatea volumului este de cea mai mare importanță. Rezistența depinde în mare măsură de conținutul de umiditate al lemnului. Pe măsură ce conținutul de umiditate al lemnului crește, rezistența scade. O scădere deosebit de accentuată a rezistenței se observă cu o creștere a conținutului de umiditate legată de la o stare absolut uscată la limita higroscopicității. În acest caz, rezistența specifică a volumului scade de milioane de ori. O creștere suplimentară a umidității determină o scădere a rezistenței de numai zece ori. Acest lucru este ilustrat de datele din tabel.

rezistența specifică de volum a lemnului în stare complet uscată

Rasă	Rezistență specifică de volum, ohm x cm
	peste fibre	de-a lungul fibrelor
Pin	2,3 x 10 15	1,8 x 10 15
molid	7,6 x 10 16	3,8 x 10 16
Frasin	3,3 x 10 16	3,8 x 10 15
Carpen	8,0 x 10 16	1,3 x 10 15
arțar	6,6 x 10 17	3,3 x 10 17
mesteacăn	5,1 x 10 16	2,3 x 10 16
Arin	1,0 x 10 17	9,6 x 10 15
Tei	1,5 x 10 16	6,4 x 10 15
Aspen	1,7 x 10 16	8,0 x 10 15

influența umidității asupra rezistenței electrice a lemnului

Rezistența la suprafață a lemnului scade, de asemenea, semnificativ odată cu creșterea umidității. Creșterea temperaturii duce la scăderea rezistenței volumetrice a lemnului. Astfel, rezistența lemnului fals cu o creștere a temperaturii de la 22-23 ° la 44-45 ° C (aproximativ de două ori) scade de 2,5 ori, iar a lemnului de fag cu o creștere a temperaturii de la 20-21 ° la 50 ° C - de 3 ori. La temperaturi negative, rezistența la volum a lemnului crește. Rezistența specifică a volumului de-a lungul fibrelor probelor de mesteacăn cu un conținut de umiditate de 76% la o temperatură de 0 ° C a fost de 1,2 x 10 7 ohm cm, iar când s-a răcit la o temperatură de -24 ° C, sa dovedit a fi 1,02 x 10 8 ohm cm.Impregnarea lemnului cu antiseptice minerale (de exemplu, clorură de zinc) reduce rezistivitatea, în timp ce impregnarea cu creozot are un efect redus asupra conductivității electrice. Conductivitatea electrică a lemnului este de importanță practică atunci când este utilizat pentru stâlpi de comunicații, catarge ale liniilor de transmisie de înaltă tensiune, mânere de scule electrice etc. În plus, umiditatea electrică se bazează pe dependența conductibilității electrice de umiditatea lemnului. conţinut.

rezistența electrică a lemnului

Rezistența electrică este importantă atunci când se evaluează lemnul ca material izolant electric și se caracterizează printr-o tensiune de rupere în volți pe 1 cm de grosime a materialului. Rezistența electrică a lemnului este scăzută și depinde de specie, umiditate, temperatură și direcție. Odată cu creșterea umidității și temperaturii, scade; de-a lungul fibrelor este mult mai jos decât transversal. Datele privind rezistența electrică a lemnului de-a lungul și de-a lungul fibrelor sunt date în tabel.

rezistența electrică a lemnului de-a lungul și peste fibre

Cu un conținut de umiditate al lemnului de pin de 10%, s-a obținut următoarea rezistență electrică în kilovolți pe 1 cm de grosime: de-a lungul fibrelor 16,8; în direcția radială 59,1; în direcţia tangenţială 77,3 (determinarea s-a făcut pe probe de 3 mm grosime). După cum puteți vedea, rezistența electrică a lemnului de-a lungul fibrelor este de aproximativ 3,5 ori mai mică decât în ​​​​fibre; în direcția radială, rezistența este mai mică decât în ​​direcția tangențială, deoarece razele miezului reduc tensiunea de defalcare. Creșterea umidității de la 8 la 15% (cu un factor de două) reduce rezistența dielectrică a fibrelor de aproximativ 3 ori (medie pentru fag, mesteacăn și arin).

Rezistența electrică (în kilovolți pe 1 cm de grosime) a altor materiale este următoarea: mica 1500, sticlă 300, bachelită 200, parafină 150, ulei de transformator 100, porțelan 100. Pentru a crește rezistența electrică a lemnului și a reduce energia electrică. conductivitatea atunci când este utilizat în industria electrică ca izolator este impregnat cu ulei sicant, ulei de transformare, parafină, rășini artificiale; Eficacitatea unei astfel de impregnari este evidentă din următoarele date privind lemnul de mesteacăn: impregnarea cu ulei de uscare crește tensiunea de rupere de-a lungul fibrelor cu 30%, cu ulei de transformator - cu 80%, cu parafină - de aproape două ori în comparație cu tensiunea de rupere pentru lemn neimpregnat uscat la aer.

proprietățile dielectrice ale lemnului

Valoarea care arată de câte ori crește capacitatea condensatorului dacă spațiul de aer dintre plăci este înlocuit cu o garnitură de aceeași grosime dintr-un material dat se numește constanta dielectrică a acestui material. Constanta dielectrică (constanta dielectrică) pentru unele materiale este dată în tabel.

permisivitatea unor materiale

Material		Lemn	Constanta dielectrică
Aer	1,00	Molid uscat: de-a lungul fibrelor	3,06
		în direcția tangențială	1,98
Parafină	2,00
		în direcția radială	1,91
Porţelan	5,73
Mica	7,1-7,7	Fag uscat: de-a lungul bobului	3,18
		în direcția tangențială	2,20
Marmură	8,34
		în direcția radială	2,40
Apă	80,1

Datele pentru lemn arată o diferență vizibilă între constanta dielectrică de-a lungul și de-a lungul fibrelor; în același timp, permisivitatea între fibre în direcțiile radială și tangenţială diferă puțin. Constanta dielectrică într-un câmp de înaltă frecvență depinde de frecvența curentului și de conținutul de umiditate al lemnului. Odată cu creșterea frecvenței curentului, constanta dielectrică a lemnului de fag de-a lungul fibrelor la un conținut de umiditate de 0 până la 12% scade, ceea ce este vizibil mai ales pentru un conținut de umiditate de 12%. Odată cu creșterea conținutului de umiditate al lemnului de fag, constanta dielectrică de-a lungul fibrelor crește, ceea ce este vizibil mai ales la o frecvență de curent mai mică.

Într-un câmp de înaltă frecvență, lemnul se încălzește; motivul încălzirii este pierderea de căldură Joule în interiorul dielectricului, care are loc sub influența unui câmp electromagnetic alternativ. Această încălzire consumă o parte din energia de intrare, a cărei valoare este caracterizată de tangenta de pierderi.

Tangenta de pierdere depinde de direcția câmpului față de fibre: este de aproximativ de două ori mai mare de-a lungul fibrelor decât de-a lungul fibrelor. De-a lungul fibrelor în direcțiile radială și tangențială, tangenta de pierdere diferă puțin. Tangenta de pierdere dielectrică, ca și constanta dielectrică, depinde de frecvența curentului și de conținutul de umiditate al lemnului. Deci, pentru lemnul de fag absolut uscat, tangenta de pierdere de-a lungul fibrelor crește mai întâi cu creșterea frecvenței, atinge un maxim la o frecvență de 10 7 Hz, după care începe din nou să scadă. În același timp, la o umiditate de 12%, tangenta de pierderi scade brusc odată cu creșterea frecvenței, atinge un minim la o frecvență de 105 Hz, apoi crește la fel de brusc.

tangenta de pierdere maxima pentru lemn uscat

Odată cu creșterea conținutului de umiditate al lemnului de fag, tangenta de pierdere de-a lungul fibrelor crește brusc la frecvențe joase (3 x 10 2 Hz) și înalte (10 9 Hz) și aproape nu se modifică la o frecvență de 10 6 -10 7 Hz.

Printr-un studiu comparativ al proprietăților dielectrice ale lemnului de pin și celulozei, ligninei și rășinii obținute din acesta, s-a constatat că aceste proprietăți sunt determinate în principal de celuloză. Încălzirea lemnului în domeniul curenților de înaltă frecvență este utilizată în procesele de uscare, impregnare și lipire.

proprietățile piezoelectrice ale lemnului

Sarcinile electrice apar pe suprafata unor dielectrici sub actiunea solicitarilor mecanice. Acest fenomen asociat cu polarizarea dielectricului se numește efect piezoelectric direct. Proprietățile piezoelectrice au fost descoperite pentru prima dată în cristale de cuarț, turmalină, sare Rochelle etc. Aceste materiale au și un efect piezoelectric invers, care constă în faptul că dimensiunile lor se modifică sub influența unui câmp electric. Plăcile realizate din aceste cristale sunt utilizate pe scară largă ca emițători și receptoare în tehnologia ultrasonică.

Aceste fenomene se găsesc nu numai în monocristalele, ci și într-un număr de alte materiale solide anizotrope numite texturi piezoelectrice. Proprietățile piezoelectrice au fost găsite și în lemn. S-a constatat că principalul purtător al proprietăților piezoelectrice în lemn este componenta sa orientată - celuloza. Intensitatea polarizării lemnului este proporțională cu mărimea solicitărilor mecanice de la forțele externe aplicate; factorul de proporționalitate se numește modul piezoelectric. Studiul cantitativ al efectului piezoelectric, prin urmare, se reduce la determinarea valorilor modulelor piezoelectrice. Datorită anizotropiei proprietăților mecanice și piezoelectrice ale lemnului, acești indicatori depind de direcția forțelor mecanice și de vectorul de polarizare.

Cel mai mare efect piezoelectric este observat sub sarcini de compresiune și tracțiune la un unghi de 45° față de fibre. Tensiunile mecanice direcționate strict de-a lungul sau peste fibre nu provoacă un efect piezoelectric în lemn. În tabel. sunt date valorile modulelor piezoelectrice pentru unele roci. Efectul piezoelectric maxim se observă în lemnul uscat, odată cu creșterea umidității scade, apoi dispare complet. Deci, deja la o umiditate de 6-8%, magnitudinea efectului piezoelectric este foarte mică. Odată cu creșterea temperaturii la 100 ° C, valoarea modulului piezoelectric crește. La o deformare elastică mică (modul mare de elasticitate) a lemnului, modulul piezoelectric scade. Modulul piezoelectric depinde, de asemenea, de o serie de alți factori; totusi, orientarea componentei celulozice a lemnului are cea mai mare influenta asupra valorii acestuia.

module piezoelectrice din lemn

Fenomenul deschis permite un studiu mai profund al structurii fine a lemnului. Indicatorii efectului piezoelectric pot servi ca caracteristici cantitative ale orientării celulozei și, prin urmare, sunt foarte importanți pentru studierea anizotropiei lemnului natural și a materialelor lemnoase noi cu proprietăți specificate în anumite direcții.

Un dielectric este un material sau o substanță care practic nu transmite curent electric. O astfel de conductivitate se obține datorită unui număr mic de electroni și ioni. Aceste particule se formează într-un material neconductor numai atunci când sunt atinse proprietăți la temperaturi ridicate. Despre ce este un dielectric și va fi discutat în acest articol.

Descriere

Fiecare conductor electronic sau radio, semiconductor sau dielectric încărcat trece un curent electric prin el însuși, dar particularitatea dielectricului este că chiar și la o tensiune înaltă peste 550 V, un curent mic va curge în el. Un curent electric într-un dielectric este mișcarea particulelor încărcate într-o anumită direcție (poate fi pozitiv sau negativ).

Tipuri de curenți

Conductivitatea electrică a dielectricilor se bazează pe:

• Curenți de absorbție - un curent care circulă într-un dielectric la un curent constant până când ajunge într-o stare de echilibru, schimbând direcția atunci când este pornit și alimentat și când este oprit. Cu curent alternativ, tensiunea din dielectric va fi prezentă în el tot timpul în timp ce acesta este în acțiunea unui câmp electric.
• Conductivitate electrică electronică - mișcarea electronilor sub influența unui câmp.
• Conductivitatea electrică ionică - este mișcarea ionilor. Se găsește în soluții de electroliți - săruri, acizi, alcalii, precum și în mulți dielectrici.
• Conductivitatea electrică molionică este mișcarea particulelor încărcate numite molioni. Se găsește în sistemele coloidale, emulsii și suspensii. Fenomenul de mișcare a molionilor într-un câmp electric se numește electroforeză.

Ele sunt clasificate în funcție de starea lor de agregare și natura chimică. Primele sunt împărțite în solide, lichide, gazoase și în solidificare. Prin natura chimică, ele sunt împărțite în materiale organice, anorganice și organoelement.

După starea de agregare:

• Conductibilitatea electrică a gazelor. Substanțele gazoase au o conductivitate de curent destul de scăzută. Poate apărea în prezența particulelor libere încărcate, care apare datorită influenței factorilor externi și interni, electronici și ionici: radiații cu raze X și specii radioactive, ciocniri de molecule și particule încărcate, factori termici.
• Conductibilitatea electrică a unui dielectric lichid. Factori de dependență: structura moleculară, temperatură, impurități, prezența unor sarcini mari de electroni și ioni. Conductivitatea electrică a dielectricilor lichidi depinde în mare măsură de prezența umidității și a impurităților. Conductivitatea electricității substanțelor polare este creată chiar și cu ajutorul unui lichid cu ioni disociați. Când se compară lichidele polare și nepolare, primele au un avantaj clar în conductivitate. Dacă lichidul este curățat de impurități, aceasta va contribui la scăderea proprietăților sale conductoare. Odată cu creșterea conductivității și a temperaturii sale, are loc o scădere a vâscozității sale, ceea ce duce la o creștere a mobilității ionilor.
• dielectrici solizi. Conductivitatea lor electrică este determinată ca mișcarea particulelor dielectrice încărcate și a impurităților. În câmpurile de curent electric puternic, conductivitatea electrică este dezvăluită.

Proprietățile fizice ale dielectricilor

Când rezistența specifică a materialului este mai mică de 10-5 Ohm * m, acestea pot fi atribuite conductoarelor. Dacă mai mult de 108 Ohm * m - la dielectrici. Există cazuri când rezistivitatea va fi de multe ori mai mare decât rezistența conductorului. În intervalul 10-5-108 Ohm*m există un semiconductor. Materialul metalic este un excelent conductor de curent electric.

Din întregul tabel periodic, doar 25 de elemente aparțin nemetalelor, iar 12 dintre ele, eventual, vor avea proprietăți semiconductoare. Dar, desigur, pe lângă substanțele din tabel, există mult mai multe aliaje, compoziții sau compuși chimici cu proprietatea unui conductor, semiconductor sau dielectric. Pe baza acestui lucru, este dificil să se tragă o anumită linie între valorile diferitelor substanțe cu rezistențele lor. De exemplu, la un factor de temperatură redus, un semiconductor se va comporta ca un dielectric.

Aplicație

Utilizarea materialelor neconductoare este foarte extinsă, deoarece este una dintre clasele de componente electrice cele mai frecvent utilizate. A devenit destul de clar că pot fi folosite datorită proprietăților lor într-o formă activă și pasivă.

Într-o formă pasivă, proprietățile dielectricilor sunt utilizate pentru utilizarea în materialul electroizolant.

În formă activă, ele sunt utilizate în feroelectrice, precum și în materiale pentru emițători de tehnologie laser.

Dielectrice de bază

Tipurile comune includ:

• Sticlă.
• Cauciuc.
• Ulei.
• Asfalt.
• Porţelan.
• Cuarţ.
• Aer.
• Diamant.
• Apa pura.
• Plastic.

Ce este un dielectric lichid?

Polarizarea de acest tip are loc în câmpul de curent electric. Substanțele lichide neconductoare sunt utilizate în inginerie pentru turnarea sau impregnarea materialelor. Există 3 clase de dielectrici lichidi:

Uleiurile din petrol au vâscozitate scăzută și în mare parte nepolare. Ele sunt adesea folosite în instrumentele de înaltă tensiune: apă de înaltă tensiune. este un dielectric nepolar. Uleiul de cablu și-a găsit aplicație în impregnarea firelor de hârtie izolatoare cu o tensiune de până la 40 kV, precum și a acoperirilor pe bază de metal cu un curent de peste 120 kV. Uleiul de transformator are o structură mai curată decât uleiul de condensator. Acest tip de dielectric este utilizat pe scară largă în producție, în ciuda costului ridicat în comparație cu substanțele și materialele analogice.

Ce este un dielectric sintetic? În prezent, este interzis aproape peste tot datorită toxicității sale ridicate, deoarece este produs pe bază de carbon clorurat. Un dielectric lichid pe bază de siliciu organic este sigur și ecologic. Acest tip nu provoacă rugina metalică și are proprietăți de higroscopicitate scăzută. Există un dielectric fluidizat care conține un compus organofluorizat care este deosebit de popular pentru incombustibilitatea, proprietățile termice și stabilitatea oxidativă.

Iar ultimul tip este uleiurile vegetale. Sunt dielectrici slab polari, acestea includ semințe de in, ricin, tung, cânepă. Uleiul de ricin este foarte încălzit și este folosit în condensatoarele de hârtie. Restul uleiurilor se evaporă. Evaporarea în ele nu este cauzată de evaporarea naturală, ci de o reacție chimică numită polimerizare. Este utilizat în mod activ în emailuri și vopsele.

Concluzie

Articolul a discutat în detaliu ce este un dielectric. Au fost menționate diferite specii și proprietățile lor. Desigur, pentru a înțelege subtilitatea caracteristicilor lor, va trebui să studiezi mai aprofundat secțiunea de fizică despre ele.

Când electricitatea a apărut în viața noastră, puțini oameni știau despre proprietățile și parametrii ei, iar ca conductori erau folosite diverse materiale, s-a observat că, cu aceeași valoare a tensiunii a sursei de curent, consumatorul avea o valoare diferită a tensiunii. Era clar că acest lucru era influențat de tipul de material folosit ca conductor. Când oamenii de știință au abordat problema studiului acestei probleme, au ajuns la concluzia că electronii sunt purtători de sarcină în material. Și capacitatea de a conduce curentul electric este izolată de prezența electronilor liberi în material. S-a constatat că unele materiale au un număr mare de acești electroni, în timp ce altele nu îi au deloc. Astfel, există materiale care, iar unele nu au această capacitate.
Pe baza celor de mai sus, toate materialele au fost împărțite în trei grupe:

• conductoare;
• semiconductori;
• dielectrice;

Fiecare dintre grupuri a găsit o aplicație largă în inginerie electrică.

conductoare

ghiduri sunt materiale care conduc bine curentul electric, sunt utilizate pentru fabricarea de fire, produse de cablu, grupuri de contact, înfășurări, anvelope, miezuri conductoare și șine. Marea majoritate a dispozitivelor și aparatelor electrice este realizată pe bază de materiale conductoare. Mai mult, voi spune că întreaga industrie a energiei electrice nu ar putea exista fără aceste substanțe. Grupul de conductori include toate metalele, unele lichide și gaze.

De asemenea, merită menționat faptul că printre conductori există superconductori, a căror rezistență este aproape zero, astfel de materiale sunt foarte rare și scumpe. Și conductoare cu rezistență ridicată - wolfram, molibden, nicrom etc. Astfel de materiale sunt folosite pentru a face rezistențe, elemente de încălzire și bobine de lămpi.

Dar partea leului în câmpul electric aparține conductoarelor obișnuite: cupru, argint, aluminiu, oțel, diferite aliaje ale acestor metale. Aceste materiale au găsit cea mai largă și cea mai mare aplicație în inginerie electrică, în special cuprul și aluminiul, deoarece sunt relativ ieftine, iar utilizarea lor ca conductori de curent electric este cea mai potrivită. Chiar și cuprul este limitat în utilizarea sa, este folosit ca fire de înfășurare, cabluri cu mai multe fire și dispozitive mai critice, barele de cupru sunt și mai rare. Dar aluminiul este considerat regele printre conductorii curentului electric, chiar dacă are o rezistivitate mai mare decât cuprul, dar acest lucru este compensat de costul său foarte scăzut și rezistența la coroziune. Este utilizat pe scară largă în surse de alimentare, produse prin cablu, linii aeriene, bare colectoare, fire generale etc.

Semiconductori

Semiconductori, ceva între conductori și semiconductori. Caracteristica lor principală este dependența lor de a conduce curentul electric din condițiile externe. Condiția cheie este prezența diferitelor impurități în material, care oferă doar capacitatea de a conduce curentul electric. De asemenea, cu o anumită aranjare a două materiale semiconductoare. Pe baza acestor materiale, în prezent, au fost produse multe dispozitive semiconductoare: LED-uri, tranzistoare,semistori, tiristoare, stabistori, diverse microcircuite. Există o întreagă știință dedicată semiconductorilor și dispozitivelor bazate pe acestea: ingineria electronică. Toate computerele, dispozitivele mobile. Ce pot să spun, aproape toate echipamentele noastre conțin elemente semiconductoare.

Materialele semiconductoare includ: siliciu, germaniu, grafit, gr afenă, indiu etc.

Dielectrice

Ei bine, ultimul grup de materiale este dielectrice Substanțe care nu sunt capabile să conducă electricitatea. Astfel de materiale includ: lemn, hârtie, aer, ulei, ceramică, sticlă, materiale plastice, polietilenă, clorură de polivinil, cauciuc etc. Dielectricii sunt folosiți pe scară largă datorită proprietăților lor. Sunt folosite ca material izolator. Ele protejează contactul a două părți purtătoare de curent, nu permit unei persoane să atingă direct aceste părți. Rolul unui dielectric în inginerie electrică nu este mai puțin important decât rolul conductorilor, deoarece aceștia asigură funcționarea stabilă și sigură a tuturor dispozitivelor electrice și electronice. Toți dielectricii au o limită până la care nu sunt capabili să conducă curentul electric, se numește tensiune de rupere. Acesta este un indicator la care dielectricul începe să treacă un curent electric, în timp ce căldura este eliberată și dielectricul însuși este distrus. Această valoare a tensiunii de avarie pentru fiecare material dielectric este diferită și este dată în materialele de referință. Cu cât este mai mare, cu atât mai bine, dielectricul este considerat mai fiabil.

Parametrul care caracterizează capacitatea de a conduce curentul electric este rezistivitatea R , unitate [ Ohm ] și conductivitate, reciproca de rezistenta. Cu cât este mai mare acest parametru, cu atât materialul conduce mai rău curentul electric. Pentru conductori, este de la câteva zecimi la sute de ohmi. În dielectrici, rezistența ajunge la zeci de milioane de ohmi.

Toate cele trei tipuri de materiale sunt utilizate pe scară largă în industria energiei electrice și în inginerie electrică. Ele sunt, de asemenea, strâns legate între ele.

Valoarea care arată de câte ori crește capacitatea condensatorului dacă spațiul de aer dintre plăci este înlocuit cu o garnitură de aceeași grosime dintr-un material dat se numește constanta dielectrică a acestui material. Constanta dielectrică (constanta dielectrică) pentru unele materiale este dată în tabel. 26.

Tabelul 26. Constanta dielectrica a unor materiale.

Material	Constanta dielectrică	Lemn	Constanta dielectrică
		Molid uscat: de-a lungul fibrelor
		în direcția tangențială
		în direcția radială
		Fag uscat: de-a lungul bobului
		în direcția tangențială
		în direcția radială

Datele pentru lemn arată o diferență vizibilă între constanta dielectrică de-a lungul și de-a lungul fibrelor; în același timp, permisivitatea între fibre în direcțiile radială și tangenţială diferă puțin. Constanta dielectrică într-un câmp de înaltă frecvență depinde de frecvența curentului și de conținutul de umiditate al lemnului. Odată cu creșterea frecvenței curentului, constanta dielectrică a lemnului de fag de-a lungul fibrelor la un conținut de umiditate de 0 până la 12% scade, ceea ce este vizibil mai ales pentru un conținut de umiditate de 12% (Fig. 45). Odată cu creșterea conținutului de umiditate al lemnului de fag, constanta dielectrică de-a lungul fibrelor crește, ceea ce este vizibil mai ales la o frecvență de curent mai mică.

Într-un câmp de înaltă frecvență, lemnul se încălzește; motivul încălzirii este pierderea de căldură Joule în interiorul dielectricului, care are loc sub influența unui câmp electromagnetic alternativ. Această încălzire consumă o parte din energia de intrare, a cărei valoare este caracterizată de tangenta de pierderi.

Tangenta de pierdere depinde de direcția câmpului față de fibre: este de aproximativ de două ori mai mare de-a lungul fibrelor decât de-a lungul fibrelor. De-a lungul fibrelor în direcțiile radială și tangențială, tangenta de pierdere diferă puțin. Tangenta de pierdere dielectrică, ca și constanta dielectrică, depinde de frecvența curentului și de conținutul de umiditate al lemnului. Deci, pentru lemnul de fag absolut uscat, tangenta de pierdere de-a lungul fibrelor crește mai întâi cu creșterea frecvenței, atinge un maxim la o frecvență de 10 7 Hz, după care începe din nou să scadă. În același timp, la o umiditate de 12%, tangenta de pierderi scade brusc odată cu creșterea frecvenței, atinge un minim la o frecvență de 105 Hz, apoi crește la fel de brusc (Fig. 46).

Tabelul 27. Valoarea maximă a tangentei de pierdere pentru lemn uscat.

Odată cu creșterea conținutului de umiditate al lemnului de fag, tangenta de pierdere de-a lungul fibrelor crește brusc la frecvențe joase (3 x 10 2 Hz) și înalte (10 9 Hz) și aproape nu se modifică la o frecvență de 10 6 -10 7 Hz (vezi Fig. 46).

Printr-un studiu comparativ al proprietăților dielectrice ale lemnului de pin și celulozei, ligninei și rășinii obținute din acesta, s-a constatat că aceste proprietăți sunt determinate în principal de celuloză. Încălzirea lemnului în domeniul curenților de înaltă frecvență este utilizată în procesele de uscare, impregnare și lipire.