Všetky materiály, ktoré existujú v prírode, sa líšia svojimi elektrickými vlastnosťami. Z celej škály fyzikálnych látok sa teda dielektrické materiály a vodiče elektrického prúdu rozlišujú do samostatných skupín.

Čo sú vodiče?

Vodič je taký materiál, ktorého vlastnosťou je prítomnosť voľne sa pohybujúcich nabitých častíc v kompozícii, ktoré sú distribuované v látke.

Látky vedúce elektrický prúd sú taveniny kovov a kovy samotné, nedestilovaná voda, soľný roztok, mokrá pôda, ľudské telo.

Kov je najlepší vodič elektriny. Aj medzi nekovmi sú dobré vodiče, napríklad uhlík.

Všetky prirodzené vodiče elektrického prúdu sa vyznačujú dvoma vlastnosťami:

• indikátor odporu;
• indikátor vodivosti.

Odpor vzniká v dôsledku skutočnosti, že elektróny v pohybe zažívajú kolíziu s atómami a iónmi, ktoré sú akousi prekážkou. Preto sa vodičom priraďuje charakteristika elektrického odporu. Prevrátená hodnota odporu je elektrická vodivosť.

Elektrická vodivosť je charakteristika (schopnosť) fyzikálnej látky viesť prúd. Preto sú vlastnosti spoľahlivého vodiča nízky odpor voči toku pohybujúcich sa elektrónov a následne vysoká elektrická vodivosť. To znamená, že najlepší vodič sa vyznačuje veľkým indexom vodivosti.

Napríklad káblové produkty: medený kábel má vyššiu elektrickú vodivosť v porovnaní s hliníkom.

Čo sú to dielektrika?

Dielektriká sú také fyzikálne látky, v ktorých pri nízkych teplotách nevznikajú žiadne elektrické náboje. Zloženie takýchto látok zahŕňa iba atómy s neutrálnym nábojom a molekuly. Náboje neutrálneho atómu sú navzájom úzko spojené, a preto sú zbavené možnosti voľného pohybu v látke.

Plyn je najlepšie dielektrikum. Ďalšími nevodivými materiálmi sú sklo, porcelán, keramika, ale aj guma, kartón, suché drevo, živice a plasty.

Dielektrické predmety sú izolanty, ktorých vlastnosti sú závislé najmä od stavu okolitej atmosféry. Napríklad pri vysokej vlhkosti niektoré dielektrické materiály čiastočne strácajú svoje vlastnosti.

Vodiče a dielektrika sú široko používané v oblasti elektrotechniky na riešenie rôznych problémov.

Napríklad všetky káblové a drôtené výrobky sú vyrobené z kovov, zvyčajne medi alebo hliníka. Plášť drôtov a káblov je polymér, rovnako ako zástrčky všetkých elektrických spotrebičov. Polyméry sú vynikajúce dielektriká, ktoré neumožňujú prechod nabitých častíc.

Strieborné, zlaté a platinové výrobky sú veľmi dobrými vodičmi. Ale ich negatívnou vlastnosťou, ktorá obmedzuje ich použitie, je ich veľmi vysoká cena.

Preto sa takéto látky používajú v oblastiach, kde je kvalita oveľa dôležitejšia ako cena za ňu (obranný priemysel a vesmír).

Výrobky z medi a hliníka sú tiež dobrými vodičmi, pričom nemajú také vysoké náklady. V dôsledku toho je použitie medených a hliníkových drôtov všadeprítomné.

Volfrámové a molybdénové vodiče majú menej dobré vlastnosti, preto sa používajú najmä v klasických žiarovkách a vysokoteplotných vykurovacích telesách. Zlá elektrická vodivosť môže výrazne narušiť činnosť elektrického obvodu.

Dielektrika sa tiež líšia svojimi charakteristikami a vlastnosťami. Napríklad v niektorých dielektrických materiáloch sú tiež voľné elektrické náboje, aj keď v malom množstve. Voľné náboje vznikajú v dôsledku tepelných vibrácií elektrónov, t.j. Zvýšenie teploty však v niektorých prípadoch vyvoláva oddelenie elektrónov od jadra, čo znižuje izolačné vlastnosti materiálu. Niektoré izolanty sa vyznačujú veľkým počtom „odtrhnutých“ elektrónov, čo poukazuje na zlé izolačné vlastnosti.

Najlepším dielektrikom je úplné vákuum, ktoré je na planéte Zem len veľmi ťažko dosiahnuteľné.

Úplne vyčistená voda má tiež vysoké dielektrické vlastnosti, také však v skutočnosti ani neexistuje. Je potrebné si uvedomiť, že prítomnosť akýchkoľvek nečistôt v kvapaline jej dodáva vlastnosti vodiča.

Hlavným kritériom kvality akéhokoľvek dielektrického materiálu je stupeň zhody s funkciami, ktoré sú mu priradené v konkrétnom elektrickom obvode. Napríklad, ak sú vlastnosti dielektrika také, že únik prúdu je zanedbateľný a nespôsobuje žiadne poškodenie činnosti obvodu, potom je dielektrikum spoľahlivé.

Čo je to polovodič?

Medziľahlé miesto medzi dielektrikami a vodičmi je obsadené polovodičmi. Hlavným rozdielom medzi vodičmi je závislosť stupňa elektrickej vodivosti od teploty a množstva nečistôt v kompozícii. Okrem toho má materiál vlastnosti dielektrika aj vodiča.

S rastúcou teplotou sa elektrická vodivosť polovodičov zvyšuje a miera odporu klesá. Keď teplota klesá, odpor má tendenciu k nekonečnu. To znamená, že keď teplota dosiahne nulu, polovodiče sa začnú správať ako izolanty.

Polovodiče sú kremík a germánium.

Schopnosť viesť elektrický prúd charakterizuje elektrický odpor dreva. Vo všeobecnosti je impedancia vzorky dreva umiestnenej medzi dvoma elektródami definovaná ako výsledok dvoch odporov: objemu a povrchu. Objemový odpor číselne charakterizuje prekážku prechodu prúdu cez hrúbku vzorky a povrchový odpor určuje prekážku prechodu prúdu po povrchu vzorky. Indikátory elektrického odporu sú špecifický objem a povrchový odpor. Prvý z týchto indikátorov má rozmer ohm na centimeter (ohm x cm) a číselne sa rovná odporu, keď prúd prechádza dvoma protiľahlými stenami kocky 1X1X1 cm vyrobenej z daného materiálu (dreva). Druhý indikátor sa meria v ohmoch a číselne sa rovná odporu štvorca ľubovoľnej veľkosti na povrchu vzorky dreva, keď sa na elektródy, ktoré obmedzujú dve protiľahlé strany tohto štvorca, aplikuje prúd. Elektrická vodivosť závisí od druhu dreva a smeru toku prúdu. Na ilustráciu rádovej veľkosti objemu a povrchového odporu v tabuľke. sú uvedené nejaké údaje.

porovnávacie údaje o špecifickom objeme a povrchovej odolnosti dreva

Na charakterizáciu elektrickej vodivosti má najväčší význam objemový odpor. Odolnosť do značnej miery závisí od obsahu vlhkosti dreva. So zvyšujúcou sa vlhkosťou dreva sa odolnosť znižuje. Obzvlášť prudký pokles odolnosti sa pozoruje pri zvýšení obsahu viazanej vlhkosti z absolútne suchého stavu na hranicu hygroskopickosti. V tomto prípade sa špecifický objemový odpor zníži miliónkrát. Ďalšie zvýšenie vlhkosti spôsobí iba desaťnásobný pokles odporu. Ilustrujú to údaje v tabuľke.

merný objemový odpor dreva v úplne suchom stave

Plemeno	Merný objemový odpor, ohm x cm
	cez vlákna	pozdĺž vlákien
Borovica	2,3 x 1015	1,8 x 1015
Smrek	7,6 x 1016	3,8 x 1016
Ash	3,3 x 1016	3,8 x 1015
Hrab obyčajný	8,0 x 1016	1,3 x 1015
Javor	6,6 x 1017	3,3 x 1017
Breza	5,1 x 1016	2,3 x 1016
Jelša	1,0 x 1017	9,6 x 1015
Lipa	1,5 x 1016	6,4 x 1015
Aspen	1,7 x 1016	8,0 x 1015

vplyv vlhkosti na elektrický odpor dreva

So zvyšujúcou sa vlhkosťou výrazne klesá aj povrchová odolnosť dreva. Zvýšenie teploty vedie k zníženiu objemového odporu dreva. Odolnosť dreva z falošného dreva so zvýšením teploty z 22-23 ° na 44-45 ° C (približne dvakrát) klesá 2,5-krát a bukového dreva so zvýšením teploty z 20-21 ° na 50 ° C - 3 krát. Pri negatívnych teplotách sa zvyšuje objemová odolnosť dreva. Špecifický objemový odpor pozdĺž vlákien brezových vzoriek s obsahom vlhkosti 76% pri teplote 0 ° C bol 1,2 x 10 7 ohm cm a po ochladení na teplotu -24 ° C sa ukázal ako 1,02 x 10 8 ohm cm Impregnácia dreva minerálnymi antiseptikami (napríklad chloridom zinočnatým) znižuje merný odpor, zatiaľ čo impregnácia kreozotom má malý vplyv na elektrickú vodivosť. Elektrická vodivosť dreva má praktický význam, keď sa používa na komunikačné stĺpy, stožiare vysokonapäťových vedení, rukoväte elektrického náradia atď. Okrem toho sú elektrické vlhkomery založené na závislosti elektrickej vodivosti od vlhkosti dreva. obsahu.

elektrická pevnosť dreva

Elektrická pevnosť je dôležitá pri hodnotení dreva ako elektricky izolačného materiálu a je charakterizovaná prierazným napätím vo voltoch na 1 cm hrúbky materiálu. Elektrická pevnosť dreva je nízka a závisí od druhu, vlhkosti, teploty a smeru. So zvyšujúcou sa vlhkosťou a teplotou klesá; pozdĺž vlákien je oveľa nižšia ako naprieč. Údaje o elektrickej pevnosti dreva pozdĺž a naprieč vláknami sú uvedené v tabuľke.

elektrická pevnosť dreva pozdĺž a naprieč vláknami

Pri obsahu vlhkosti borovicového dreva 10 % sa získala nasledujúca elektrická pevnosť v kilovoltoch na 1 cm hrúbky: pozdĺž vlákien 16,8; v radiálnom smere 59,1; v tangenciálnom smere 77,3 (stanovenie sa uskutočnilo na vzorkách s hrúbkou 3 mm). Ako vidíte, elektrická pevnosť dreva pozdĺž vlákien je asi 3,5-krát menšia ako naprieč vláknami; v radiálnom smere je sila menšia ako v tangenciálnom smere, pretože lúče jadra znižujú prierazné napätie. Zvýšenie vlhkosti z 8 na 15 % (dvojnásobne) znižuje dielektrickú pevnosť naprieč vláknami asi 3-krát (priemer pre buk, brezu a jelšu).

Elektrická pevnosť (v kilovoltoch na 1 cm hrúbky) ostatných materiálov je nasledovná: sľuda 1500, sklo 300, bakelit 200, parafín 150, transformátorový olej 100, porcelán 100. Na zvýšenie elektrickej pevnosti dreva a zníženie el. vodivosť pri použití v elektrotechnickom priemysle ako izolant je impregnovaný sušiacim olejom, transformátorovým olejom, parafínom, umelými živicami; Účinnosť takejto impregnácie je zrejmá z nasledujúcich údajov o brezovom dreve: impregnácia sušiacim olejom zvyšuje prierazné napätie pozdĺž vlákien o 30%, s transformátorovým olejom - o 80%, s parafínom - takmer dvojnásobne v porovnaní s prierazným napätím pre vzduchom schnúce neimpregnované drevo.

dielektrické vlastnosti dreva

Hodnota, ktorá ukazuje, koľkokrát sa zvýši kapacita kondenzátora, ak sa vzduchová medzera medzi doskami nahradí tesnením rovnakej hrúbky z daného materiálu, sa nazýva dielektrická konštanta tohto materiálu. Dielektrická konštanta (dielektrická konštanta) pre niektoré materiály je uvedená v tabuľke.

permitivita niektorých materiálov

Materiál		Drevo	Dielektrická konštanta
Vzduch	1,00	Smrek suchý: pozdĺž vlákien	3,06
		v tangenciálnom smere	1,98
Parafín	2,00
		v radiálnom smere	1,91
Porcelán	5,73
Sľuda	7,1-7,7	Buk suchý: pozdĺž zrna	3,18
		v tangenciálnom smere	2,20
Mramor	8,34
		v radiálnom smere	2,40
Voda	80,1

Údaje pre drevo ukazujú zreteľný rozdiel medzi dielektrickou konštantou pozdĺž a naprieč vláknami; zároveň sa permitivita naprieč vláknami v radiálnom a tangenciálnom smere líši len málo. Dielektrická konštanta vo vysokofrekvenčnom poli závisí od frekvencie prúdu a vlhkosti dreva. So zvyšujúcou sa frekvenciou prúdu klesá dielektrická konštanta bukového dreva pozdĺž vlákien pri vlhkosti 0 až 12 %, čo je citeľné najmä pri vlhkosti 12 %. S nárastom vlhkosti bukového dreva sa zvyšuje dielektrická konštanta pozdĺž vlákien, čo je viditeľné najmä pri nižšej frekvencii prúdu.

Vo vysokofrekvenčnom poli sa drevo zahrieva; dôvodom zahrievania sú Jouleove tepelné straty vo vnútri dielektrika, ku ktorým dochádza vplyvom striedavého elektromagnetického poľa. Pri tomto ohreve sa spotrebuje časť vstupnej energie, ktorej hodnotu charakterizuje tangenta straty.

Stratová tangenta závisí od smeru poľa vzhľadom na vlákna: pozdĺž vlákien je približne dvakrát väčšia ako naprieč vláknami. Naprieč vláknami v radiálnom a tangenciálnom smere sa stratová tangenta len málo líši. Tangenta dielektrickej straty, podobne ako dielektrická konštanta, závisí od frekvencie prúdu a obsahu vlhkosti dreva. Takže pri absolútne suchom bukovom dreve sa stratová tangenta pozdĺž vlákien najprv zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou, dosahuje maximum pri frekvencii 10 7 Hz, potom začne opäť klesať. Zároveň pri vlhkosti 12 % stratová tangenta prudko klesá so zvyšujúcou sa frekvenciou, minima dosahuje pri frekvencii 105 Hz a potom rovnako prudko stúpa.

maximálna stratová tangenta pre suché drevo

So zvýšením obsahu vlhkosti bukového dreva sa stratová tangenta pozdĺž vlákien prudko zvyšuje pri nízkych (3 x 10 2 Hz) a vysokých (10 9 Hz) frekvenciách a takmer sa nemení pri frekvencii 10 6 -10 7 Hz.

Porovnávacou štúdiou dielektrických vlastností borovicového dreva a z neho získanej celulózy, lignínu a živice sa zistilo, že tieto vlastnosti určuje najmä celulóza. Ohrev dreva v oblasti vysokofrekvenčných prúdov sa používa v procesoch sušenia, impregnácie a lepenia.

piezoelektrické vlastnosti dreva

Pod pôsobením mechanického namáhania sa na povrchu niektorých dielektrík objavujú elektrické náboje. Tento jav spojený s polarizáciou dielektrika sa nazýva priamy piezoelektrický efekt. Piezoelektrické vlastnosti boli prvýkrát objavené v kryštáloch kremeňa, turmalínu, Rochellovej soli atď. Tieto materiály majú aj inverzný piezoelektrický efekt, ktorý spočíva v tom, že sa vplyvom elektrického poľa menia ich rozmery. Doštičky vyrobené z týchto kryštálov sa široko používajú ako žiariče a prijímače v ultrazvukovej technike.

Tieto javy sa vyskytujú nielen v jednotlivých kryštáloch, ale aj v množstve iných anizotropných pevných materiálov nazývaných piezoelektrické textúry. Piezoelektrické vlastnosti boli zistené aj v dreve. Zistilo sa, že hlavným nositeľom piezoelektrických vlastností v dreve je jeho orientovaná zložka – celulóza. Intenzita polarizácie dreva je úmerná veľkosti mechanického namáhania od pôsobiacich vonkajších síl; faktor úmernosti sa nazýva piezoelektrický modul. Kvantitatívna štúdia piezoelektrického efektu sa preto redukuje na určenie hodnôt piezoelektrických modulov. V dôsledku anizotropie mechanických a piezoelektrických vlastností dreva sú tieto indikátory závislé od smeru mechanických síl a vektora polarizácie.

Najväčší piezoelektrický efekt je pozorovaný pri tlakovom a ťahovom zaťažení pod uhlom 45° k vláknam. Mechanické napätia nasmerované striktne pozdĺž alebo cez vlákna nespôsobujú piezoelektrický efekt v dreve. V tabuľke. sú uvedené hodnoty piezoelektrických modulov pre niektoré horniny. Maximálny piezoelektrický efekt sa pozoruje v suchom dreve, so zvyšujúcou sa vlhkosťou klesá a potom úplne zmizne. Takže už pri vlhkosti 6-8% je veľkosť piezoelektrického efektu veľmi malá. So zvýšením teploty na 100 ° C sa hodnota piezoelektrického modulu zvyšuje. Pri malej elastickej deformácii (vysokom module pružnosti) dreva piezoelektrický modul klesá. Piezoelektrický modul závisí aj od množstva ďalších faktorov; najväčší vplyv na jeho hodnotu má však orientácia celulózovej zložky dreva.

piezoelektrické drevené moduly

Otvorený fenomén umožňuje hlbšie štúdium jemnej štruktúry dreva. Indikátory piezoelektrického javu môžu slúžiť ako kvantitatívne charakteristiky orientácie celulózy, a preto sú veľmi dôležité pre štúdium anizotropie prírodného dreva a nových drevených materiálov s vlastnosťami špecifikovanými v určitých smeroch.

Dielektrikum je materiál alebo látka, ktorá prakticky neprenáša elektrický prúd. Takáto vodivosť sa získa vďaka malému počtu elektrónov a iónov. Tieto častice sa tvoria v nevodivom materiáli iba vtedy, keď sa dosiahnu vlastnosti pri vysokej teplote. O tom, čo je dielektrikum a o čom sa bude diskutovať v tomto článku.

Popis

Každý elektronický alebo rádiový vodič, polovodič alebo nabité dielektrikum prechádza cez seba elektrický prúd, ale zvláštnosťou dielektrika je, že aj pri vysokom napätí nad 550 V v ňom potečie malý prúd. Elektrický prúd v dielektriku je pohyb nabitých častíc v určitom smere (môže byť kladný alebo záporný).

Druhy prúdov

Elektrická vodivosť dielektrika je založená na:

• Absorpčné prúdy - prúd, ktorý tečie v dielektriku konštantným prúdom, kým nedosiahne rovnovážny stav, pričom mení smer pri zapnutí a napájaní a pri vypnutí. Pri striedavom prúde bude napätie v dielektriku prítomné po celý čas, kým bude v pôsobení elektrického poľa.
• Elektronická elektrická vodivosť - pohyb elektrónov pod vplyvom poľa.
• Iónová elektrická vodivosť - je pohyb iónov. Nachádza sa v roztokoch elektrolytov - soli, kyseliny, zásady, ako aj v mnohých dielektrikách.
• Molionová elektrická vodivosť je pohyb nabitých častíc nazývaných molióny. Nachádza sa v koloidných systémoch, emulziách a suspenziách. Fenomén pohybu molionov v elektrickom poli sa nazýva elektroforéza.

Sú klasifikované podľa ich stavu agregácie a chemickej povahy. Prvé sa delia na tuhé, kvapalné, plynné a tuhnúce. Chemickou povahou sa delia na organické, anorganické a organoprvkové materiály.

Podľa stavu agregácie:

• Elektrická vodivosť plynov. Plynné látky majú pomerne nízku prúdovú vodivosť. Môže sa vyskytnúť v prítomnosti voľných nabitých častíc, ktoré sa objavujú vplyvom vonkajších a vnútorných, elektrónových a iónových faktorov: röntgenové žiarenie a rádioaktívne látky, zrážky molekúl a nabitých častíc, tepelné faktory.
• Elektrická vodivosť kvapalného dielektrika. Faktory závislosti: molekulárna štruktúra, teplota, nečistoty, prítomnosť veľkých nábojov elektrónov a iónov. Elektrická vodivosť kvapalných dielektrík do značnej miery závisí od prítomnosti vlhkosti a nečistôt. Elektrická vodivosť polárnych látok vzniká aj pomocou kvapaliny s disociovanými iónmi. Pri porovnaní polárnych a nepolárnych kvapalín majú prvé z nich jasnú výhodu vo vodivosti. Ak je kvapalina očistená od nečistôt, prispeje to k zníženiu jej vodivých vlastností. So zvýšením vodivosti a jej teploty dochádza k zníženiu jej viskozity, čo vedie k zvýšeniu mobility iónov.
• pevné dielektrikum. Ich elektrická vodivosť sa určuje ako pohyb nabitých dielektrických častíc a nečistôt. V silných poliach elektrického prúdu sa odhalí elektrická vodivosť.

Fyzikálne vlastnosti dielektrík

Keď je špecifický odpor materiálu menší ako 10-5 Ohm * m, možno ich pripísať vodičom. Ak je viac ako 108 Ohm * m - na dielektrikum. Existujú prípady, keď odpor bude mnohonásobne väčší ako odpor vodiča. V intervale 10-5-108 Ohm*m sa nachádza polovodič. Kovový materiál je vynikajúci vodič elektrického prúdu.

Z celej periodickej tabuľky iba 25 prvkov patrí nekovom a 12 z nich bude mať prípadne polovodičové vlastnosti. Ale samozrejme okrem látok tabuľky existuje oveľa viac zliatin, kompozícií alebo chemických zlúčenín s vlastnosťou vodiča, polovodiča alebo dielektrika. Na základe toho je ťažké nakresliť určitú hranicu medzi hodnotami rôznych látok s ich odpormi. Napríklad pri zníženom teplotnom faktore sa bude polovodič správať ako dielektrikum.

Aplikácia

Použitie nevodivých materiálov je veľmi rozsiahle, keďže ide o jednu z najčastejšie používaných tried elektrických komponentov. Bolo celkom jasné, že ich možno vďaka svojim vlastnostiam použiť v aktívnej aj pasívnej forme.

V pasívnej forme sa vlastnosti dielektrika využívajú na použitie v elektroizolačných materiáloch.

V aktívnej forme sa používajú vo feroelektrike, ako aj v materiáloch pre žiariče laserovej techniky.

Základné dielektrika

Bežné typy zahŕňajú:

• sklo.
• Guma.
• Olej.
• Asfalt.
• Porcelán.
• Kremeň.
• Vzduch.
• Diamant.
• Čistá voda.
• Plastové.

Čo je tekuté dielektrikum?

K polarizácii tohto typu dochádza v poli elektrického prúdu. Kvapalné nevodivé látky sa používajú v strojárstve na zalievanie alebo impregnáciu materiálov. Existujú 3 triedy kvapalných dielektrík:

Ropné oleje majú nízku viskozitu a väčšinou sú nepolárne. Často sa používajú vo vysokonapäťových prístrojoch: vysokonapäťovej vode. je nepolárne dielektrikum. Káblový olej našiel uplatnenie pri impregnácii vodičov z izolačného papiera s napätím do 40 kV, ako aj náterov na báze kovu s prúdom nad 120 kV. Transformátorový olej má čistejšiu štruktúru ako kondenzátorový olej. Tento typ dielektrika je široko používaný vo výrobe, napriek vysokým nákladom v porovnaní s analógovými látkami a materiálmi.

Čo je syntetické dielektrikum? V súčasnosti je takmer všade zakázaný pre jeho vysokú toxicitu, keďže sa vyrába na báze chlórovaného uhlíka. Kvapalné dielektrikum na báze organického kremíka je bezpečné a šetrné k životnému prostrediu. Tento typ nespôsobuje kovovú hrdzu a má vlastnosti nízkej hygroskopickosti. Existuje fluidizované dielektrikum obsahujúce organofluórovú zlúčeninu, ktorá je obzvlášť populárna pre svoju nehorľavosť, tepelné vlastnosti a oxidačnú stabilitu.

A posledným typom sú rastlinné oleje. Sú to slabo polárne dielektriká, patrí sem ľanové semienko, ricín, tung, konope. Ricínový olej je vysoko zahriaty a používa sa v papierových kondenzátoroch. Zvyšok olejov sa odparí. Vyparovanie v nich nie je spôsobené prirodzeným vyparovaním, ale chemickou reakciou nazývanou polymerizácia. Aktívne sa používa v emailoch a farbách.

Záver

V článku sa podrobne diskutuje o tom, čo je dielektrikum. Boli spomenuté rôzne druhy a ich vlastnosti. Samozrejme, aby ste pochopili jemnosť ich vlastností, budete si musieť hlbšie preštudovať časť fyziky o nich.

Keď sa v našom živote objavila elektrina, málokto vedel o jej vlastnostiach a parametroch a ako vodiče sa používali rôzne materiály, bolo badateľné, že pri rovnakej hodnote napätia aktuálneho zdroja mal spotrebiteľ inú hodnotu napätia. Bolo jasné, že to bolo ovplyvnené typom materiálu použitého ako vodič. Keď sa vedci zaoberali štúdiom tohto problému, dospeli k záveru, že elektróny sú nosičmi náboja v materiáli. A schopnosť viesť elektrický prúd je izolovaná prítomnosťou voľných elektrónov v materiáli. Zistilo sa, že niektoré materiály majú veľké množstvo týchto elektrónov, zatiaľ čo iné ich nemajú vôbec. Existujú teda materiály, ktoré a niektoré túto schopnosť nemajú.
Na základe vyššie uvedeného boli všetky materiály rozdelené do troch skupín:

• vodiče;
• polovodiče;
• dielektrika;

Každá zo skupín našla široké uplatnenie v elektrotechnike.

vodičov

sprievodcov sú materiály, ktoré dobre vedú elektrický prúd, používajú sa na výrobu drôtov, káblových výrobkov, kontaktných skupín, vinutí, pneumatík, vodivých jadier a dráh. Prevažná väčšina elektrických zariadení a prístrojov je vyrobená na báze vodivých materiálov. Navyše poviem, že celá elektroenergetika by bez týchto látok nemohla existovať. Skupina vodičov zahŕňa všetky kovy, niektoré kvapaliny a plyny.

Za zmienku tiež stojí, že medzi vodičmi sú supervodiče, ktorých odpor je takmer nulový, takéto materiály sú veľmi zriedkavé a drahé. A vodiče s vysokým odporom - volfrám, molybdén, nichróm atď. Takéto materiály sa používajú na výrobu rezistorov, vykurovacích telies a cievok lámp.

Ale leví podiel v elektrickom poli patrí obyčajným vodičom: meď, striebro, hliník, oceľ, rôzne zliatiny týchto kovov. Tieto materiály našli najširšie a najväčšie uplatnenie v elektrotechnike, najmä meď a hliník, keďže sú relatívne lacné a ich použitie ako vodičov elektrického prúdu je najvhodnejšie. Dokonca aj meď má obmedzené použitie, používa sa ako navíjacie vodiče, viacžilové káble a kritickejšie zariadenia, medené prípojnice sú ešte zriedkavejšie. Ale hliník je považovaný za kráľa medzi vodičmi elektrického prúdu, aj keď má vyšší odpor ako meď, ale to je kompenzované jeho veľmi nízkou cenou a odolnosťou proti korózii. Je široko používaný v napájaní, káblových výrobkoch, nadzemných vedeniach, prípojniciach, všeobecných drôtoch atď.

Polovodiče

Polovodiče, niečo medzi vodičmi a polovodičmi. Ich hlavnou črtou je závislosť od vedenia elektrického prúdu od vonkajších podmienok. Kľúčovou podmienkou je prítomnosť rôznych nečistôt v materiáli, ktoré práve poskytujú schopnosť viesť elektrický prúd. Tiež s určitým usporiadaním dvoch polovodičových materiálov. Na základe týchto materiálov sa v súčasnosti vyrába mnoho polovodičových zariadení: LED diódy, tranzistory,semistory, tyristory, stabistory, rôzne mikroobvody. Polovodičom a zariadeniam na nich založeným sa venuje celá veda: elektronické inžinierstvo. Všetky počítače, mobilné zariadenia. Čo môžem povedať, takmer všetky naše zariadenia obsahujú polovodičové prvky.

Medzi polovodičové materiály patria: kremík, germánium, grafit, gr afén, indium atď.

Dielektrika

No a posledná skupina materiálov je dielektriká Látky, ktoré nie sú schopné viesť elektrický prúd. Medzi takéto materiály patria: drevo, papier, vzduch, olej, keramika, sklo, plasty, polyetylén, polyvinylchlorid, guma atď. Dielektriká sú široko používané vďaka svojim vlastnostiam. Používajú sa ako izolačný materiál. Chránia kontakt dvoch častí pod prúdom, neumožňujú osobe, aby sa týchto častí priamo dotkla. Úloha dielektrika v elektrotechnike nie je o nič menej dôležitá ako úloha vodičov, pretože zabezpečujú stabilnú a bezpečnú prevádzku všetkých elektrických a elektronických zariadení. Všetky dielektriká majú hranicu, do ktorej nie sú schopné viesť elektrický prúd, nazýva sa to prierazné napätie. Toto je indikátor, pri ktorom dielektrikum začína prechádzať elektrickým prúdom, pričom sa uvoľňuje teplo a samotné dielektrikum je zničené. Táto hodnota prierazného napätia pre každý dielektrický materiál je iná a je uvedená v referenčných materiáloch. Čím je vyššia, tým lepšie, dielektrikum sa považuje za spoľahlivejšie.

Parameter charakterizujúci schopnosť viesť elektrický prúd je rezistivita R , jednotka [ Ohm ] a vodivosť, obojstranný odpor. Čím vyšší je tento parameter, tým horšie materiál vedie elektrický prúd. U vodičov je to od niekoľkých desatín až po stovky ohmov. V dielektrikách dosahuje odpor desiatky miliónov ohmov.

Všetky tri druhy materiálov sú široko používané v elektroenergetike a elektrotechnike. Tiež spolu úzko súvisia.

Hodnota, ktorá ukazuje, koľkokrát sa zvýši kapacita kondenzátora, ak sa vzduchová medzera medzi doskami nahradí tesnením rovnakej hrúbky z daného materiálu, sa nazýva dielektrická konštanta tohto materiálu. Dielektrická konštanta (dielektrická konštanta) pre niektoré materiály je uvedená v tabuľke. 26.

Tabuľka 26. Dielektrická konštanta niektorých materiálov.

Materiál	Dielektrická konštanta	Drevo	Dielektrická konštanta
		Smrek suchý: pozdĺž vlákien
		v tangenciálnom smere
		v radiálnom smere
		Buk suchý: pozdĺž zrna
		v tangenciálnom smere
		v radiálnom smere

Údaje pre drevo ukazujú zreteľný rozdiel medzi dielektrickou konštantou pozdĺž a naprieč vláknami; zároveň sa permitivita naprieč vláknami v radiálnom a tangenciálnom smere líši len málo. Dielektrická konštanta vo vysokofrekvenčnom poli závisí od frekvencie prúdu a vlhkosti dreva. So zvyšujúcou sa frekvenciou prúdu klesá dielektrická konštanta bukového dreva pozdĺž vlákien pri vlhkosti 0 až 12 %, čo je citeľné najmä pri vlhkosti 12 % (obr. 45). S nárastom vlhkosti bukového dreva sa zvyšuje dielektrická konštanta pozdĺž vlákien, čo je viditeľné najmä pri nižšej frekvencii prúdu.

Vo vysokofrekvenčnom poli sa drevo zahrieva; dôvodom zahrievania sú Jouleove tepelné straty vo vnútri dielektrika, ku ktorým dochádza vplyvom striedavého elektromagnetického poľa. Pri tomto ohreve sa spotrebuje časť vstupnej energie, ktorej hodnotu charakterizuje tangenta straty.

Stratová tangenta závisí od smeru poľa vzhľadom na vlákna: pozdĺž vlákien je približne dvakrát väčšia ako naprieč vláknami. Naprieč vláknami v radiálnom a tangenciálnom smere sa stratová tangenta len málo líši. Tangenta dielektrickej straty, podobne ako dielektrická konštanta, závisí od frekvencie prúdu a obsahu vlhkosti dreva. Takže pri absolútne suchom bukovom dreve sa stratová tangenta pozdĺž vlákien najprv zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou, dosahuje maximum pri frekvencii 10 7 Hz, potom začne opäť klesať. Zároveň pri vlhkosti 12 % stratová tangenta prudko klesá so zvyšujúcou sa frekvenciou, minima dosahuje pri frekvencii 105 Hz, potom rovnako prudko stúpa (obr. 46).

Tabuľka 27. Maximálna hodnota tangenty straty pre suché drevo.

So zvýšením obsahu vlhkosti bukového dreva sa stratová tangenta pozdĺž vlákien prudko zvyšuje pri nízkych (3 x 10 2 Hz) a vysokých (10 9 Hz) frekvenciách a takmer sa nemení pri frekvencii 10 6 -10 7 Hz (pozri obr. 46).

Porovnávacou štúdiou dielektrických vlastností borovicového dreva a z neho získanej celulózy, lignínu a živice sa zistilo, že tieto vlastnosti určuje najmä celulóza. Ohrev dreva v oblasti vysokofrekvenčných prúdov sa používa v procesoch sušenia, impregnácie a lepenia.