Общие сведения
Любой объект, который существует в природе, как живой, так и неживой, называют физическим телом. Состоит оно из вещества, которое образовывается из элементарных частиц, обладающих физическими и химическими свойствами. Определяются они количеством молекул, которые формируются с помощью связанных между собой атомов. В свою очередь, они состоят из элементарных частиц — нейтронов и протонов. Вокруг них на определённом расстоянии по орбитали вращаются электроны. Они являются носителями единичного электрического заряда.
Учёные условно приняли, что электроны обладают отрицательным зарядом, а протоны — положительным. При этом в любой оболочке, ядре, количество минусовых и плюсовых частиц одинаковое. Поэтому атом является электрически нейтральным. Для того чтобы это состояние изменилось необходимо к телу приложить внешнее воздействие. В результате атом может потерять или, наоборот, присоединить несколько электронов, то есть превратиться в ион. Такое явление характерно для жидкостей, вступающих в различные реакции.
Несвязанные с атомами электроны называют свободными. Любая отрицательная частица, получившая энергию извне, может разорвать связь и вырваться за пределы ядра. Например, при поглощении фотона света или радиоактивном распаде. Число свободных электронов в различных материалах отличается. Вот именно по их количеству и было решено учёным советом разделять все вещества на два больших класса:
- проводники;
- диэлектрики.
Как пример в качестве хорошего проводника можно привести — медь, а непроводника — стекло. Это разделение позволило показать, какие тела могут участвовать в возникновении электрического тока, а какие нет. Количественной характеристикой явления является электропроводность — способность физического вещества проводить ток. Ведь последний образовывается при упорядоченном движении свободных носителей зарядов. Чем их больше в объекте, тем сильнее возникает сила переноса.
Упражнения
К металлическому шару, установленному на электроскопе, одновременно прикасаются наэлектризованной эбонитовой палочкой и рукой. Затем отнимают сначала руку, а потом палочку. Какого знака заряд получит электроскоп?
В результате контакта эбонитовой палочки с шаром электроскоп получит небольшой отрицательный заряд, который через руку уйдет в землю. Так как эбонит – диэлектрик, то на остальных участках палочки, которые не контактировали с шаром, отрицательные заряды останутся неподвижными. Они зарядят электроскоп положительным зарядом.
Как известно, заряженный шарик притягивает бумажку. Как изменится сила притяжения, если окружить металлической сферой заряженный шарик? бумажку?
Если окружить шарик концентрической металлической сферой, ничего не изменится: и шарик и металлическая сфера действуют как заряд, сосредоточенный в точке, находящейся в центре шарика. Если окружить сферой бумажку, сила притяжения обратится в ноль: бумажка попадает в «цилиндр Фарадея», зато теперь металлическая сфера и шарик будут притягиваться друг к другу.
Внутрь полой сферы проводящей незаряженной сферы был помещен шарик с зарядом q, после чего сфера была на короткое время соединена с землей, и затем шарик удален из сферы. Какой заряд будет иметь сфера после этих операций? Где и как будет распределен этот заряд? Где и какое будет существовать электрическое поле?
Заряд q. Он будет распределен равномерно по внешней поверхности сферы. Внутри сферы напряженность поля будет равна нулю. Вне сферы будет существовать электрическое поле, подобное полю точечного заряда q, помещенного в центр сферы.
Имеется полая проводящая незаряженная сфера, внутрь которой помещен положительный заряженный шарик. Укажите: а) Где будет существовать электрическое поле? б) Будут ли появляться заряды на сфере? в) Будет ли меняться поле внутри и вне сферы, если перемещать шарик, если шарик оставить неподвижным, а снаружи к сфере поднести заряженное тело?
а) Поле будет существовать внутри и вне сферы; б) на внутренней поверхности появится отрицательный заряд, на внешней — положительный; в) в первом случае будет изменяться электрическое поле только внутри сферы, во втором — только вне сферы.
Характеристики и физические свойства материалов
Параметры проводников определяют область их применения. Основные физические характеристики:
- удельное электрическое сопротивление — характеризует способность вещества препятствовать прохождению электрического тока;
- температурный коэффициент сопротивления — величина, характеризующая изменение показателя в зависимости от температуры;
- теплопроводность — количество тепла, проходящее в единицу времени через слой материала;
- контактная разность потенциалов — происходит при соприкосновении двух разнородных металлов, применяется в термопарах для измерения температуры;
- временное сопротивление разрыву и относительное удлинение при растяжении — зависит от вида металла.
При охлаждении до критических температур удельное сопротивление проводника стремится к нулю. Это явление называется сверхпроводимостью.
Свойства, характеризующие проводник:
- электрические — сопротивление и электропроводимость;
- химические — взаимодействие с окружающей средой, антикоррозийность, способность соединения при помощи сварки или пайки;
- физические — плотность, температура плавления.
Особенность диэлектриков — противостоять воздействию электротока. Физические свойства электроизоляционных материалов:
- диэлектрическая проницаемость — способность изоляторов поляризоваться в электрическом поле;
- удельное объёмное сопротивление;
- электрическая прочность;
- тангенс угла диэлектрических потерь.
Изоляционные материалы характеризуются по следующим параметрам:
- электрические — величина пробивного напряжения, электрическая прочность;
- физические — термостойкость;
- химические — растворимость в агрессивных средствах, влагостойкость.
Применение электролиза
Рафинирование (очистка) металлов
Процесс происходит в электролитической ванне. Анодом служит металл, подлежащий очистке, катодом – тонкая пластинка из чистого металла, а электролитом – раствор соли данного металла, например при рафинировании меди – раствор медного купороса.
При определенных условиях на катоде выделяется чистая медь, а примеси выпадают в виде осадка или переходят в раствор.
Электрометаллургия
Некоторые металлы, например алюминий, получают методом электролиза из расплавленной руды. Электролитической ванной и одновременно катодом служит железный ящик с угольным подом, а анодом – угольные стержни. Температура руды (около 9000 С) поддерживается протекающим в ней током. Расплавленный алюминий опускается на дно ящика, откуда его через отверстие выпускают в форму для отливки.
Электролитический способ покрытия металлических изделий слоем благородных металлов не поддающихся окислению.
Гальванопластика
Используется для воспроизведения формы рельефных предметов (медалей, монет, точных копий художественных изделий).
Источник
Электропроводность древесины.
Способность проводить электрический ток характеризует электрическое сопротивление древесины. В общем случае полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений: объемного и поверхностного. Объемное сопротивление численно характеризует препятствие прохождению тока сквозь толщу образца, а поверхностное сопротивление определяет препятствие прохождению тока по поверхности образца. Показателями электрического сопротивления служат удельное объемное и поверхностное сопротивление. Первый из названных показателей имеет размерность ом на сантиметр (ом х см) и численно равен сопротивлению при прохождении тока через две противоположные грани кубика размером 1X1X1 см из данного материала (древесины). Второй показатель измеряется в омах и численно равен сопротивлению квадрата любого размера на поверхности образца древесины при подведении тока к электродам, ограничивающим две противоположные стороны этого квадрата. Электропроводность зависит от породы древесины и направления движения тока. В качестве иллюстрации порядка величии объемного и поверхностного сопротивления в табл. 22 приведены некоторые данные.
Таблица 22. Сравнительные данные об удельном объемном и поверхностном сопротивлении древесины.
| Порода и направление | Влажность, % | Удельное объемное сопротивление, ом х см | Удельное поверхностное сопротивление, ом |
| Береза, вдоль волокон | 8,2 | 4,2 х 1010 | 4,0 х 1011 |
| Береза, поперек волокон | 8,0 | 8,6 х 1011 | 2,8 х 1012 |
| Бук, вдоль волокон | 9,2 | 1,7 х 109 | 9,4 х 1010 |
| Бук, поперек волокон | 8,3 | 1,4 х 1010 | 7,9 х 1010 |
Для характеристики электропроводности наибольшее значение имеет удельное объемное сопротивление. Сопротивление сильно зависит от влажности древесины. С повышением содержания влаги в древесине сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной влаги от абсолютно сухого состояния до предела гигроскопичности. При этом удельное объемное сопротивление уменьшается в миллионы раз. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки раз. Это иллюстрируют данные табл. 24.
Таблица 23. Удельное объемное сопротивление древесины в абсолютно сухом состоянии.
| Порода | Удельное объемное сопротивление, ом х см | |
| поперек волокон | вдоль волокон | |
| Сосна | 2,3 х 1015 | 1,8 х 1015 |
| Ель | 7,6 х 1016 | 3,8 х 1016 |
| Ясень | 3,3 х 1016 | 3,8 х 1015 |
| Граб | 8,0 х 1016 | 1,3 х 1015 |
| Клен | 6,6 х 1017 | 3,3 х 1017 |
| Береза | 5,1 х 1016 | 2,3 х 1016 |
| Ольха | 1,0 х 1017 | 9,6 х 1015 |
| Липа | 1,5 х 1016 | 6,4 х 1015 |
| Осина | 1,7 х 1016 | 8,0 х 1015 |
Таблица 24. Влияние влажности на электрическое сопротивление древесины.
| Порода | Удельное объемное сопротивление (ом х см) поперек волокон при влажности древесины (%) | ||
| 22 | 100 | ||
| Кедр | 2,5 х 1014 | 2,7 х 106 | 1,8 х 105 |
| Лиственница | 8,6 х 1013 | 6,6 х 106 | 2,0 х 105 |
Поверхностное сопротивление древесины также существенно снижается с увеличением влажности. Повышение температуры приводит к уменьшению объемного сопротивления древесины. Так, сопротивление древесины лжетсуги при повышении температуры с 22—23° до 44—45° С (примерно вдвое) падает в 2,5 раза, а древесины бука при повышении температуры с 20—21° до 50° С — в 3 раза. При отрицательных температурах объемное сопротивление древесины возрастает. Удельное объемное сопротивление вдоль волокон образцов березы влажностью 76% при температуре 0°С составило 1,2 х 107 ом см, а при охлаждении до температуры —24° С оно оказалось равным 1,02 х 108 ом см. Пропитка древесины минеральными антисептиками (например, хлористым цинком) уменьшает удельное сопротивление, в то время как пропитка креозотом мало отражается на электропроводности. Электропроводность древесины имеет практическое значение тогда, когда она применяется для столбов связи, мачт линий высоковольтных передач, рукояток электроинструментов и т. д. Кроме того, на зависимости электропроводности от влажности древесины основано устройство электрических влагомеров.
Какие вещества называют проводниками
Хорошо пропускающие электрический ток вещества называются проводниками. По ним электрический заряд перетекает от заряженного тела к незаряженному благодаря большому количеству свободных носителей заряда, преимущественно электронов. Условно к проводникам электрического тока относятся вещества с удельным сопротивлением менее 10−6 Ом. Это:
- все металлы и их сплавы;
- растворы солей, щелочей, кислот – электролиты;
- ионизированные газы, в том числе атмосферный воздух;
- живые организмы – тела людей, животных, стволы деревьев;
- вода, в состав которой входят минералы;
- различные формы углерода, например, графит – применяется для изготовления скользящих контактов.
Основные характеристики проводников – их сопротивление и удельное сопротивление. В электротехнике приходится учитывать температурные коэффициенты удельного сопротивления, линейного и объёмного расширения материалов при выборе проводников.
В кристаллической решетке металлов полно свободных электронов – носителей электричества. При создании растворов молекулы растворяемого вещества становятся ионами. Электрическое поле будет перемещать отрицательно заряженные ионы к положительному катоду и наоборот. Вследствие, на электродах оседают вещества, входящие в состав раствора. Ток вызывает необратимые процессы в электролите и со временем проводимость вещества снижается.
Свойства диэлектриков
Диэлектрики в своей кристаллической решетке содержат очень мало свободных электронов, способных переносить заряде под действием электрического поля. В связи с этим при создании разности потенциалов на диэлектрике, ток, проходящий через него такой незначительный, что считается равным нулю — диэлектрик не проводит электрический ток. Наряду с этим, примеси, содержащиеся в любом диэлектрике, как правило, ухудшают его диэлектрические свойства. Ток, проходящий через диэлектрик под действием приложенного напряжения в основном определяется количеством примесей.
Диэлектрики
Наибольшее распространение диэлектрики получили в электротехнике там, где необходимо защитить обслуживающий персонал от вредного воздействия электрического тока. Это изолирующие ручки разных приборов, устройств измерительной техники. В электронике – прокладки конденсаторов, изоляция проводов, диэлектрические прокладки необходимые для теплоотвода активных элементов, корпуса приборов.
Полупроводники – материалы, которые проводят электричество при определенных условиях, в другом случае ведут себя как диэлектрики.
Что такое хлорид натрия
Хлорид натрия или столовая соль представляет собой вещество, химическая формула которого — NaCl. В природе хлорид натрия присутствует в форме минерала галита. В твердом состоянии NaCl представляет собой ионный кристалл, образованный анионами Cl- и катионами Na+, которые находятся в узлах кристаллической решетки. Каждый ион в решетке окружен шестью ионами, имеющими противоположный знак и расположенными в вершинах октаэдра.
У хлорида натрия кристаллическая решетка является сложной. Ее можно представить как две гранецентрированные кубические решетки (одна образована катионами Na+, а другая анионами Cl-), вставленные друг в друга.
Для понимания ответа на вопрос о том, почему раствор сахара электрический ток не проводит, а раствор хлорида натрия проводит, также важно знать, что поваренная соль отлично растворяется в воде
Описание проводников
Проводники обладают наивысшей электропроводностью из всех типов веществ. Все проводники подразделяются на две большие подгруппы:
- Металлы (медь, алюминий, серебро) и их сплавы.
- Электролиты (водный раствор соли, кислоты).
В веществах первой подгруппы перемещаться способны только электроны, поскольку их связь с ядрами атомов слабая, в связи с чем, они достаточно просто от них отсоединяются. Так как в металлах возникновение тока связано с передвижением свободных электронов, то тип электропроводности в них называется электронным.
Параллельное соединение проводников
Из проводников первой подгруппы используют в обмотках электромашин, линиях электропередач, проводах
Важно отметить, что на электропроводность металлов оказывает влияние его чистота и отсутствие примесей
Движиение электрического тока
В веществах второй подгруппы при воздействии раствора происходит распадение молекулы на положительный и отрицательный ион. Ионы перемещаются вследствие воздействия электрического поля. Затем, когда ток проходит через электролит, происходит осаждение ионов на электроде, который опускается в данный электролит. Процесс, когда из электролита под воздействием электрического тока выделяется вещество, получил название электролиз. Процесс электролиза принято применять, к примеру, когда добывается цветной металл из раствора его соединения, либо при покрытии металла защитным слоем иных металлов.
Свойства диэлектриков
Водонепроницаемость
Твердые диэлектрики могут мешать проникновению влаги внутрь. Благодаря этому свойству их часто используют для уличного оборудования. Причем это относится не только к воде, но и прочим жидкостям, например, напиткам, сокам, молоку и так далее.
Теплозащита
Диэлектрики отлично переносят сильные температуры. Например, не зря их использую в космосе, где полоска термометра бывает ниже -90°C. Именно поэтому диэлектрики – отличный помощник в сильные морозы и жаркие дни.
Сдерживаемость радиации
Диэлектрики не пропускают радиацию, щелочи и кислотные вещества
Это очень важно, при возникновении утечки на станциях и заводах, где есть опасные химические элементы. Изоляторы, без какого-либо преувеличения, могут спасти тысячи людей от смерти
Поляризация
Удивительное свойство, которое присутствует исключительно у диэлектриков. Благодаря ему неприводимые материалы могут притягиваться к проводимым и тем самым создавать целую цепь. Это свойство используется повсеместно, почти во всех технологиях и машинах.
Ослабление внешнего поля
Диэлектрики помогают сделать внешнее давление более слабым и тем самым безопасным. Они контролируют поле и помогают его использовать в различных целях
Очень важное свойство, позволяющее сделать работу более безопасной
Определение
Относительная диэлектрическая проницаемость обычно обозначается как ε r ( ω ) (иногда κ , каппа в нижнем регистре ) и определяется как
εр(ω)знак равноε(ω)ε,{ displaystyle varepsilon _ {r} ( omega) = { frac { varepsilon ( omega)} { varepsilon _ {0}}},}
где ε ( ω ) — комплексная частотно-зависимая диэлектрическая проницаемость материала, а ε — диэлектрическая проницаемость вакуума .
Относительная диэлектрическая проницаемость — это безразмерное число, которое, как правило, имеет комплексные значения ; его действительная и мнимая части обозначаются как:
εр(ω)знак равноεр′(ω)-яεр″(ω).{ displaystyle varepsilon _ {r} ( omega) = varepsilon _ {r} ‘( omega) -i varepsilon _ {r}’ ‘( omega).}
Относительная диэлектрическая проницаемость среды связана с его электрической восприимчивости , χ е , а е г ( & omega ) = 1 + χ е .
В анизотропных средах (таких как некубические кристаллы) относительная диэлектрическая проницаемость является тензором второго ранга .
Относительная диэлектрическая проницаемость материала для частоты, равной нулю, известна как его статическая относительная диэлектрическая проницаемость .
Терминология
Исторический термин относительной диэлектрической проницаемости — диэлектрическая проницаемость . Он по-прежнему широко используется, но не рекомендуется организациями по стандартизации из-за его неоднозначности, поскольку в некоторых более старых отчетах он использовался для определения абсолютной диэлектрической проницаемости ε. Диэлектрическая проницаемость может указываться как статическое свойство или как частотно-зависимый вариант. Он также использовался для обозначения только действительной составляющей ε ‘ r комплексной относительной диэлектрической проницаемости.
Физика
В причинной теории волн диэлектрическая проницаемость — сложная величина. Мнимая часть соответствует фазовому сдвигу поляризации P относительно E и приводит к затуханию электромагнитных волн, проходящих через среду. По определению, линейная относительная диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1, то есть ε = ε , хотя существуют теоретические нелинейные квантовые эффекты в вакууме, которыми нельзя пренебречь при высокой напряженности поля.
В следующей таблице приведены некоторые типичные значения.
| бензол | 2.3 | 298 |
| диэтиловый эфир | 4.3 | 293 |
| тетрагидрофуран (THF) | 7,6 | 298 |
| дихлорметан | 9.1 | 293 |
| жидкий аммиак | 17 | 273 |
| этиловый спирт | 24,3 | 298 |
| метанол | 32,7 | 298 |
| нитрометан | 35,9 | 303 |
| диметилформамид (ДМФ) | 36,7 | 298 |
| ацетонитрил | 37,5 | 293 |
| вода | 78,4 | 298 |
| формамид | 109 | 293 |
Что будет, если воздействовать извне?
Если приложить к электрическому диэлектрику внешнее электрическое поле, то свободные заряды диэлектрика начнут постепенно нейтрализовывать его. Причем, это будет происходить до тех пор, пока не закончатся электроны или результирующее поле не станет равным нулю.
Чтобы понять то какие вещества вообще могут взаимодействовать с электрическими полями, нам нужно разобраться в таком термине, как электропроводность. Если говорить простым языком, то для взаимодействия с электрическим полем у вещества должна быть довольно низкая электропроводность.
Если мы будем говорить точнее, то удельное сопротивление должно быть сравнимо с 1010 Q-см или даже сильно превосходило это значение.
Проводник против изолятора
Считается, что проводник хорошо проводит электричество и тепло, тогда как изолятор считается плохим проводником тепла и электричества. Проводник, который лучше всего проводит тепло и электричество, имеет больше свободных носителей, таких как электроны, в то время как изолятор, который лучше всего не проводит электричество, не содержит много свободных носителей электронов, потому что электроны прочно связаны внутри атомов. Проводником обычно являются материалы, которые позволяют легко перемещаться электронам от одного атома к другому; с другой стороны, изолятор — это материал, который не допускает беспрепятственного потока электронов от одного атома к другому.
Атомы, присутствующие в проводнике, не могут сильно цепляться за свои электроны; напротив, атомы, которые присутствуют в изоляторе, сильно сцеплены друг с другом и не могут хорошо передавать электрическую энергию. Материалы, которые считаются хорошими проводниками электричества, обычно имеют высокую проводимость; С другой стороны, хорошие изоляционные материалы обычно имеют низкую проводимость. Электрическое поле присутствует на поверхности проводника, но остается нулевым внутри проводника; с другой стороны, на изоляторе отсутствует электрическое поле. В проводнике магнитное поле обычно накапливает энергию; напротив, магнитное поле в изоляторе не накапливает энергию.
Потенциал проводника во всех точках остается прежним; с другой стороны, потенциал изолятора во всех точках остается нулевым. Ковалентная связь между атомами проводника слабая; с другой стороны, ковалентная связь прочная между атомами изолятора. Электропроводность проводника очень высокая; наоборот, изолятор имеет очень низкую проводимость.
Проводник имеет очень низкое сопротивление; с другой стороны, сопротивление изолятора высокое; поэтому он не допускает движения электрических зарядов. В проводнике присутствует положительный температурный коэффициент сопротивления; Напротив, в изоляторе присутствует отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Удельное сопротивление проводника варьируется от высокого до низкого в зависимости от наличия электричества, в то время как удельное сопротивление изолятора всегда высокое.
Зона проводимости проводника заполнена электронами; с другой стороны, зона проводимости изолятора остается пустой. Валентная связь проводника остается пустой, в то время как валентная связь изолятора заполнена электронами. В настоящее время в проводниках нет запрещенных промежутков; С другой стороны, в изоляторе присутствует запрещенный промежуток.
Различными примерами проводника являются алюминий, железо, серебро, медь и т. Д., А некоторыми примерами изолятора являются бумага, резина, дерево и т. Д. Проводник широко используется для изготовления электрических проводов и проводников; С другой стороны, изолятор используется в электрических кабелях в качестве изоляции, для поддержки электрооборудования и т. д.
Предыдущая
РазноеСумеречные выключатели
Следующая
РазноеЧто такое ограничитель перенапряжения и как он работает?
Классификация веществ по электрическим свойствам
2>
Электротехнические материалы характеризуются определенными свойствами по отношению к электромагнитным полям и применяются в технике с учетом этих свойств.
По магнитным свойствам материалы подразделяются на сильномагнитные и слабомагнитные (немагнитные). Все вещества в зависимости от их электрических свойств делятся на диэлектрики
,проводники илиполупроводники . Различие между ними наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграммзонной теории твердых тел. Спектральный анализ отдельных атомов показывает, что для атома каждого вещества характерны вполне определенные спектральные линии. Это говорит о наличии определенных энергетических состояний (уровней) для разных атомов.
Часть этих уровней заполнена электронами в нормальном, невозбужденном состоянии атома. На других уровнях электроны могут находиться только после того, как атом подвергается внешнему энергетическому воздействию и становится возбужденным. Стремясь снова вернуться к устойчивому состоянию, атом излучает избыток энергии, и электроны возвращаются на свои прежние уровни, при которых энергия атома минимальна.
Нормальные энергетические уровниобразуют заполненную электронами зону 2(рис.5). Уровни возбужденного состояния атомаобразуют свободную зону энергетических уровней 3.
Между заполненной зоной и свободной зоной располагается запрещенная зона2. На рис. 5 показаны энергетические диаграммы диэлектрика (а
), полупроводника (б ) и проводника (в ).
Рис.5. Энергетические диаграммы диэлектриков (а), полупроводников (б), проводников (в)
Диэлектриками
являются такие материалы, у которых запрещенная зона (следовательно, и необходимая для ее преодоления энергия) настолько велика, что в обычных условиях электроны не могут переходить в свободную зону и электронной электропроводности не наблюдается. Ширина запрещенной зоны диэлектриков W>3 эВ (электрон-вольт).
Полупроводники
имеют более узкую запрещенную зону, которая может быть преодолена за счет небольших внешних энергетических воздействий, например температуры, света или других источников энергии. Если подведенная извне энергия будет достаточна для перехода электронов через запрещенную зону, то, став свободным, электроны могут перемещаться и под действием электрического поля, создавать электронную электропроводность полупроводника. С повышением температуры число носителей заряда растет, и сопротивление полупроводников сильно уменьшается.
Проводниками
являются материалы, у которых заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею. Вследствие этого электроны в металле могут переходить из заполненной зоны в свободную зону даже при слабых напряженностях электрического поля.
Вернуться к содержанию
ДИЭЛЕКТРИКИ
Диэлектриками называются материалы, основным электрическим свойством которых является способность к электрической поляризации, и в которых возможно существование электрического поля. По назначению диэлектрические материалы можно разделить на электроизоляционные материалы и активные диэлектрики.
Электроизоляционными являются диэлектрики, применяемые для создания электрической изоляции между различными токоведущими частями электротехнических устройств и электрооборудования. Активными диэлектриками называют материалы, которые изменяют свои параметры под действием различных факторов.
По агрегатному состоянию диэлектрические материалы подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. В особую группу можно выделить твердеющие материалы, которые в исходном состоянии являются жидкими, но в процессе изготовления изоляции отверждаются, и при эксплуатации представляют собой твердые вещества, например, лаки и компаунды.
По химической природе диэлектрики подразделяются на органические, неорганические и элементоорганические.
Органическими называют материалы, содержащие в своем составе углерод. Материалы, в состав которых углерод не входит, называют неорганическими. Однако есть ряд соединений, имеющие в своем составе углерод и относящиеся к неорганическим веществам (например, алмаз, оксиды углерода, сероуглерод, угольная кислота и ее соли). Элементоорганическими называют вещества, в молекулы которых входят атомы элементов не характерных для обычных органических веществ – кремния, магния, алюминия, титана и др. Органические диэлектрики являются более гибкими и эластичными, но менее нагревостойкими, чем неорганические.
Вернуться к содержанию
2>
Дата добавления: 2019-09-30; просмотров: 805; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Способы применения
Многие мои ученики думают, что диэлектрики применяются везде, где есть хоть какие-либо технологии, в каждой машине и приборе. Но это ошибочное мнение, потому что они используются исключительно в тех случаях, когда необходимо ограничить распространение электрического тока и обезопасить окружающую среду.
У диэлектриков есть большое количество способов применения. Например, жидкие непереводные вещи используются в создании разных видов масел, которые применяются в транспортных средствах, помогают укрепить промышленные детали и сделать электроизоляцию.
Газовые диэлектрики – это азот. Его применение очень широко. Многие используют азот для охлаждения промышленных приспособлений или химических смесей, а во многих печках он помогает избежать сильной газовой протечки, а также часто применяется в высокоточных переключателях. Их можно встретить в каждом доме, в котором присутствуют какие-либо газовые приборы.
Огромное спектр применения у твердых диэлектриков. Например, они применяются в проводах, электронных машинах, на станциях и так далее. Эти компоненты используются даже в космосе для поддержки кораблей. Твердые диэлектрики более практичные и многофункциональные, чем прочие агрегатные компоненты, вследствие этого их можно встретить намного чаще.
Диэлектрики есть везде, даже в вашем доме. Посмотрите на свои провода, электронные приборы и считок. Везде есть диэлектрики, которые позволяют приостановить продвижения тока и тем самым ограничить его воздействие на людей. Это очень важный компонент, без которого не смогло бы существовать половина приборов и машин.
Разница между Проводником, Полупроводником и Изолятором
Принципиальное различие между Проводником, Полупроводником и Изолятором зависит от их уровня проводимости. Проводники – это материалы, которые обеспечивают легкое протекание электрического тока, следовательно, имеют высокую проводимость, Полупроводники – это материалы, которые обладают умеренной проводимостью, тогда как изоляторы являются материалами, которые препятствуют прохождению заряда через них, и тем самым имеют низкую проводимость. Проводимость твердых веществ является основным фактором, который отличает эти три материала и различия в их проводимости объясняет Теория электронных зон. Кроме того, проводники – имеют очень низкое сопротивление, полупроводники – чистые полупроводники имеют очень высокое сопротивление, а изоляторы – имеют чрезвычайно высокое сопротивление. Однако, существуют некоторые другие различия между Проводником, Полупроводником и Изолятором.
Зонная теория проводимости
Электроны вращаются вокруг положительного ядра отдельного атома на допустимых уровнях энергии, как показано серыми линиями слева на диаграмме ниже. В большом наборе атомов, например металлической проволоке или полупроводниковом кристалле, энергетические уровни реорганизуются в две зоны. Зона проводимости – это зона высших энергетических уровней электронов, а валентная зона – это зона нижних энергетических уровней электронов. В энергетической «щели» между зонами электроны не могут существовать.
С левой стороны расположены горизонтальные линии, которые располагаются ближе друг к другу при увеличении уровней энергии
Проводимость – это движение электронов в твердом теле. Для существования проводимости электроны должны свободно перемещаться в зоне проводимости и должны быть пространства в энергетических зонах для перемещения электронов.
Проводники
В проводнике отсутствуют запрещенные зоны между валентной и проводящей зонами. В некоторых металлах зоны проводимости и валентности частично перекрываются. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться между валентной зоной и зоной проводимости.
Зона проводимости заполнена только частично. Это означает, что есть места для перемещения электронов. Когда электроны для валентной зоны движутся в зону проводимости, они могут свободно двигаться. Это позволяет проводнику проводить электрический ток.
Зоны в проводниках
Изоляторы
Изолятор имеет большой зазор между валентной зоной и зоной проводимости. Валентная зона заполнена, так как никакие электроны не могут подняться до зоны проводимости. В результате зона проводимости становится пустой. Поскольку в зоне проводимости изолятора нет электронов, а в этой зоне проводимости могут легко перемещаться только электроны, материал не может проводить электрический ток.
Зоны в изоляторах
Полупроводники
В полупроводнике зазор между валентной зоной и зоной проводимости меньше. При комнатной температуре достаточно энергии для перемещения некоторых электронов из валентной зоны в зону проводимости. Это позволяет иметь некоторую проводимость. Повышение температуры увеличивает проводимость полупроводника, потому что больше электронов будет иметь достаточно энергии для перемещения в зону проводимости.
Зоны в полупроводниках
Разница между изоляторами и полупроводниками обусловлена небольшим количеством примесей, добавляемых в полупроводник, что влияет на энергетические зоны. Этот процесс называется легированием.
Полупроводниковые материалы.
Источник
Источник: