Care este diferența dintre conductori și dielectrici, proprietățile lor și domeniul de aplicare

Conductorii și dielectricii sunt substanțe fizice care au grade diferite de conductivitate electrică și reacționează diferit la acțiunea unui câmp electric. Proprietățile opuse ale materialelor sunt utilizate pe scară largă în toate domeniile ingineriei electrice.

Ce sunt conductorii și dielectricii

conductoare - substanţe cu sarcini electrice libere capabile să se deplaseze direcţional sub influenţa unui câmp electric extern. Aceste caracteristici sunt:

• metale și topiturile acestora;
• carbon natural (cărbune, grafit);
• electroliți - soluții de săruri, acizi și alcalii;
• gaz ionizat (plasmă).

Principala proprietate a materialelor: sarcini libere - electronii în conductorii solizi și ionii în soluții și topituri, care se deplasează pe întregul volum al conductorului, conduc curentul electric.Sub influența unei tensiuni electrice aplicate conductorului se creează un curent de conducere. Rezistivitatea și conductivitatea electrică sunt principalii indicatori ai materialului.

Proprietățile materialelor dielectrice sunt opuse celor ale conductorilor electricitate. Dielectrice (izolatoare) - constau din atomi și molecule neutre. Nu au capacitatea de a muta particulele încărcate sub influența unui câmp electric. Dielectricii dintr-un câmp electric acumulează sarcini necompensate pe suprafață. Ele formează un câmp electric direcționat în interiorul izolatorului, dielectricul este polarizat.

Ca urmare a polarizării, sarcinile de pe suprafața dielectricului tind să reducă câmpul electric. Această proprietate a materialelor electroizolante se numește constanta dielectrică a dielectricului.

Caracteristicile și proprietățile fizice ale materialelor

Parametrii conductorilor determină domeniul de aplicare a acestora. Principalele caracteristici fizice:

• rezistivitatea electrică - caracterizează capacitatea unei substanțe de a împiedica trecerea curentului electric;
• coeficient de rezistență de temperatură - o valoare care caracterizează modificarea indicatorului în funcție de temperatură;
• conductivitate termică - cantitatea de căldură care trece pe unitatea de timp printr-un strat de material;
• diferența de potențial de contact - apare atunci când două metale diferite intră în contact, este utilizat în termocupluri pentru măsurarea temperaturii;
• rezistența la tracțiune și alungirea la tracțiune - depinde de tipul de metal.

Când este răcit la temperaturi critice, rezistivitatea conductorului tinde spre zero. Acest fenomen se numește supraconductivitate.

Proprietăți care caracterizează conductorul:

• electric - rezistență și conductivitate electrică;
• chimic - interacțiune cu mediul înconjurător, anticoroziune, capacitatea de conectare prin sudare sau lipire;
• fizic - densitate, punct de topire.

O caracteristică a dielectricilor este de a rezista efectelor curentului electric. Proprietățile fizice ale materialelor electroizolante:

• constantă dielectrică - capacitatea izolatoarelor de a polariza într-un câmp electric;
• rezistență specifică de volum;
• rezistența electrică;
• tangenta de pierderi dielectrice.

Materialele izolante sunt caracterizate de următorii parametri:

• electric - magnitudinea tensiunii de defecțiune, puterea electrică;
• fizică - rezistență la căldură;
• chimic - solubilitate în agenți agresivi, rezistență la umiditate.

Tipuri și clasificare a materialelor dielectrice

Izolatoarele sunt împărțite în grupuri în funcție de mai multe criterii.

Clasificarea în funcție de starea de agregare a unei substanțe:

• solid - sticlă, ceramică, azbest;
• lichid - uleiuri vegetale și sintetice, parafină, gaz lichefiat, dielectrici sintetici (siliciu și compuși organofluorinați freon, freon);
• gazos - aer, azot, hidrogen.

Dielectricii pot fi de origine naturala sau artificiala, de natura organica sau sintetica.

Materialele izolatoare naturale organice includ uleiuri vegetale, celuloză și cauciuc. Se caracterizează prin rezistență scăzută la căldură și umiditate, îmbătrânire rapidă. Materialele organice sintetice sunt diferite tipuri de plastic.

Dielectricii anorganici de origine naturală includ: mica, azbest, moscovit, flogopit. Substanțele sunt rezistente la atacul chimic, rezistă la temperaturi ridicate.Materiale dielectrice anorganice artificiale - sticlă, porțelan, ceramică.

De ce dielectricii nu conduc electricitatea?

Conductivitatea scăzută se datorează structurii moleculelor dielectrice. Particulele de materie sunt strâns legate între ele, nu pot părăsi atomul și se mișcă pe întregul volum al materialului. Sub influența unui câmp electric, particulele unui atom sunt capabile să se slăbească ușor - să se polarizeze.

În funcție de mecanismul de polarizare, materialele dielectrice sunt împărțite în:

• nepolare - substanțe în diferite stări de agregare cu polarizare electronică (gaze inerte, hidrogen, polistiren, benzen);
• polar - au dipol-relaxare și polarizare electronică (diverse rășini, celuloză, apă);
• ionic - dielectrici solizi de origine anorganică (sticlă, ceramică).

Proprietățile dielectrice ale unei substanțe nu sunt constante. Sub influența temperaturii ridicate sau a umidității ridicate, electronii se desprind de nucleu și dobândesc proprietățile sarcinilor electrice libere. Calitățile izolante ale dielectricului în acest caz sunt reduse.

Un dielectric de încredere este un material cu un curent de scurgere scăzut, care nu depășește o valoare critică și nu perturbă funcționarea sistemului.

Unde se folosesc dielectricii și conductorii?

Materialele sunt utilizate în toate domeniile activității umane în care se folosește curentul electric: în industrie, agricultură, fabricarea de instrumente, rețelele electrice și aparatele electrocasnice.

Alegerea conductorului este determinată de caracteristicile sale tehnice. Produsele din argint, aur, platină au cea mai scăzută rezistivitate.Utilizarea lor este limitată la spații și scopuri militare datorită costului ridicat. Cuprul și aluminiul conduc curentul oarecum mai rău, dar ieftinitatea lor comparativă a dus la utilizarea lor pe scară largă ca fire și produse prin cablu.

Metalele pure fără impurități conduc mai bine curentul, dar în unele cazuri este necesar să se utilizeze conductori cu rezistivitate ridicată - pentru producerea de reostate, cuptoare electrice și încălzitoare electrice. În aceste scopuri, se folosesc aliaje de nichel, cupru, mangan (manganină, constantan). Conductivitatea electrică a wolframului și a molibdenului este de 3 ori mai mică decât cea a cuprului, dar proprietățile lor sunt utilizate pe scară largă în producția de lămpi electrice și dispozitive radio.

Dielectricii solizi sunt materiale care asigură siguranța și funcționarea neîntreruptă a elementelor conductoare. Sunt utilizate ca material electroizolant, prevenind scurgerea curentului, izolează conductorii unul de celălalt, de carcasa dispozitivului, de pământ. Un exemplu de astfel de produs sunt mănușile dielectrice, care sunt descrise în documentul nostru articol.

Dielectricii lichidi sunt utilizați în condensatoare, cabluri de alimentare, sisteme de răcire cu circulație ale turbogeneratoarelor și întrerupătoarelor cu ulei de înaltă tensiune. Materialele sunt folosite ca umplutură și impregnare.

Materiale izolante gazoase. Aerul este un izolator natural care asigură și disiparea căldurii. Azotul este utilizat în locuri în care procesele oxidative sunt inacceptabile. Hidrogenul este utilizat în generatoare puternice cu capacitate ridicată de căldură.

Lucrarea coordonată a conductoarelor și dielectricilor asigură funcționarea sigură și stabilă a echipamentelor și a rețelelor de alimentare cu energie. Alegerea unui element specific pentru sarcina în cauză depinde de proprietățile fizice și de parametrii tehnici ai substanței.

Articole similare: