Care sunt diferențele dintre conductori și dielectrici, proprietățile și aplicațiile acestora

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

Ce sunt conductorii și dielectricii

Conductoare - sunt substanțe cu sarcini electrice libere care se pot deplasa aleatoriu sub influența unui câmp electric extern. Astfel de caracteristici sunt posedate de:

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

Proprietatea principală a materialelorSarcinile libere - electronii din conductorii solizi și ionii din soluții și topituri, care se deplasează prin întregul volum al unui conductor conduc un curent electric. Atunci când se aplică o tensiune electrică unui conductor, se creează un curent conductiv. Rezistența specifică și conductivitatea electrică sunt principalii indicatori ai unui material.

Proprietățile materialelor dielectrice sunt opuse celor ale unui conductor. energie electrică. Dielectrici (izolatori) sunt formate din atomi și molecule neutre. Acestea nu au capacitatea de a deplasa particule încărcate sub influența unui câmp electric. Dielectricii aflați într-un câmp electric acumulează sarcini necompensate pe suprafața lor. Acestea formează un câmp electric care este direcționat în interiorul izolatorului, se produce polarizarea dielectricului.

Ca urmare a polarizării, sarcinile de pe suprafața dielectrică au tendința de a reduce câmpul electric. Această proprietate a materialelor izolante se numește constanta dielectrică a izolatorului.

Caracteristici și proprietăți fizice ale materialelor

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

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

Atunci când se răcește la temperaturi critice, rezistivitatea conductorului tinde spre zero. Acest fenomen se numește supraconductivitate.

Proprietățile care caracterizează un conductor sunt:

• Electricitate - rezistență și conductivitate electrică;
• chimice - interacțiunea cu mediul înconjurător, rezistența la coroziune, capacitatea de a fi îmbinate prin sudare sau lipire;
• fizice - densitate, punct de topire.

Particularitatea dielectricilor este de a rezista la influența curentului electric. Proprietățile fizice ale materialelor izolatoare:

• permitivitate dielectrică - capacitatea izolatorilor de a se polariza într-un câmp electric;
• rezistența volumetrică specifică;
• rezistență electrică;
• factorul de disipare.

Materialele izolatoare sunt caracterizate în funcție de următorii parametri:

• electric - valoarea tensiunii de rupere, rezistența electrică;
• rezistență fizică - termică;
• chimice - solubilitate în agenți agresivi, rezistență la umiditate.

Tipuri și clasificarea materialelor izolatoare

Izolatorii sunt împărțiți în grupuri în funcție de mai multe criterii.

Clasificarea în funcție de starea agregată a materiei:

• solide - sticlă, ceramică, azbest;
• lichide - uleiuri vegetale și sintetice, parafină, gaz lichefiat, dielectrici sintetici (siliciu și compuși organofluorurați, lichid de răcire, freon);
• gazoase - aer, azot și hidrogen.

Dielectricii pot fi de origine naturală sau artificială, de natură organică sau sintetică.

Materialele izolatoare organice naturale includ uleiuri vegetale, celuloză, cauciuc. Acestea se caracterizează printr-o rezistență scăzută la căldură și umiditate și o îmbătrânire rapidă. Materiale organice sintetice - diverse tipuri de plastic.

Printre dielectricii anorganici de origine naturală se numără: mica, azbestul, moscovita, flogopita. Aceste materiale sunt rezistente la atacuri chimice și pot rezista la temperaturi ridicate. Materialele dielectrice anorganice artificiale sunt sticla, porțelanul și ceramica.

De ce dielectricele nu conduc electricitatea

Conductivitatea scăzută este cauzată de structura moleculelor dielectrice. Particulele materiei sunt strâns legate între ele, nu pot părăsi limitele atomului și se deplasează în tot volumul materialului. Sub influența unui câmp electric, particulele atomice pot să se desprindă ușor - să se polarizeze.

În funcție de mecanismul de polarizare, materialele dielectrice se împart în

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

Proprietățile dielectrice ale unei substanțe nu sunt constante. Sub influența temperaturii sau a umidității ridicate, electronii sunt desprinși de nucleu și dobândesc proprietățile unor sarcini electrice libere. Proprietățile izolatoare ale dielectricului sunt apoi reduse.

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

În cazul în care se utilizează dielectrici și conductori

Materialele sunt utilizate în toate domeniile de activitate umană care implică utilizarea curentului electric: industrie, agricultură, inginerie instrumentală, rețele electrice și aparate de uz casnic.

Alegerea conductorului este determinată de caracteristicile sale tehnice. Produsele din argint, aur și platină au cea mai mică rezistivitate. Utilizarea lor este limitată la aplicațiile spațiale și militare din cauza costurilor ridicate. Cuprul și aluminiul sunt mai puțin conductoare, dar prețul lor relativ ieftin a dus la utilizarea lor pe scară largă ca fire și cabluri.

Metalele pure, fără impurități, conduc mai bine curentul, dar în unele cazuri este necesar să se utilizeze conductori cu rezistivitate ridicată - pentru producția de reostate, cuptoare electrice, dispozitive electrice de încălzire. În acest scop se folosesc aliaje de nichel, cupru, mangan (mangan, constantan). Conductivitatea electrică a tungstenului 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.

Materialele dielectrice solide sunt materiale care asigură siguranța și buna funcționare a elementelor conductoare. Ele sunt utilizate ca material izolator electric, împiedicând scurgerile de curent, izolând conductorii între ei, de la corpul dispozitivului, de la sol. Un exemplu de astfel de produs sunt mănușile dielectrice, descrise în pagina noastră articolul.

Dielectricele lichide sunt utilizate în condensatori, cabluri de alimentareMaterialele sunt utilizate în circuitele de răcire ale turbogeneratoarelor și ale întrerupătoarelor de înaltă tensiune cu ulei. Materialele sunt utilizate ca materiale de umplutură și impregnanți.

Materiale izolante gazoase. Aerul este un izolator natural care asigură și disiparea căldurii. Azotul este utilizat în locurile în care procesele de oxidare sunt inacceptabile. Hidrogenul este utilizat în generatoare puternice, cu o capacitate termică ridicată.

Conductoarele și dielectricele lucrează în armonie pentru a asigura funcționarea sigură și stabilă a echipamentelor și rețelelor electrice. Alegerea unui anumit element pentru o anumită sarcină depinde de proprietățile fizice și de parametrii tehnici ai substanței.

Articole conexe: