Dielektriklerin elektriksel iletkenliği önemli bir fiziksel özelliktir. Bununla ilgili bilgiler, malzemelerin uygulama alanlarını belirlemenizi sağlar.
Terimler
Elektrik akımının iletkenliğine göre maddeler gruplara ayrılır:
- dielektrikler;
- yarı iletkenler;
- iletkenler.
Metaller mükemmel akım iletkenleridir - elektrik iletkenlikleri 106-108'e (Ohm m) ulaşır-1.
Ve dielektrik malzemeler elektriği iletemezler, bu nedenle yalıtkan olarak kullanılırlar. Serbest yük taşıyıcıları yoktur, moleküllerin dipol yapısında farklılık gösterirler.
Yarı iletkenler, ara iletkenlik değerlerine sahip katı malzemelerdir.
Sınıflandırma
Tüm dielektrik malzemeler polar ve polar olmayan tiplere ayrılır. Polar yalıtkanlarda, pozitif ve negatif yüklerin merkezleri merkez dışındadır. Bu tür maddelerin molekülleri, elektriksel parametrelerinde, kendi dipol momentine sahip olan katı bir dipole benzer. Su, polar dielektrik olarak kullanılabilir.amonyak, hidrojen klorür.
Polar olmayan dielektrikler, pozitif ve negatif yük merkezlerinin çakışmasıyla ayırt edilir. Elektriksel özelliklerde elastik bir dipole benzerler. Bu tür yalıtkanlara örnek olarak hidrojen, oksijen, karbon tetraklorür verilebilir.
Elektrik iletkenliği
Dielektriklerin elektriksel iletkenliği, moleküllerinde az sayıda serbest elektron bulunmasıyla açıklanır. Maddenin içindeki yüklerin belirli bir süre boyunca yer değiştirmesiyle, bir akımın ortaya çıkmasının nedeni olan kademeli bir denge pozisyonu kurulması gözlenir. Dielektriklerin elektriksel iletkenliği, voltajın kapanması ve açılması anında mevcuttur. İzolatörlerin teknik örnekleri maksimum sayıda ücretsiz yüke sahiptir, bu nedenle içlerinde önemsiz geçiş akımları görünür.
Sabit bir voltaj değeri durumunda dielektriklerin elektriksel iletkenliği, geçen akımdan hesaplanır. Bu işlem, elektrotlar üzerindeki mevcut yüklerin serbest bırakılmasını ve nötrleştirilmesini içerir. Alternatif voltaj durumunda, aktif iletkenlik değeri sadece geçiş akımından değil, aynı zamanda polarizasyon akımlarının aktif bileşenlerinden de etkilenir.
Dielektriklerin elektriksel özellikleri akım yoğunluğuna, malzemenin direncine bağlıdır.
Katı Dielektrikler
Katı dielektriklerin elektriksel iletkenliği yığın ve yüzey olarak ikiye ayrılır. Bu parametreleri farklı malzemeler için karşılaştırmak için hacme özgü ve yüzeye özgü değerler kullanılır.direnç.
Tam iletkenlik bu iki değerin toplamıdır, değeri ortamın nemine ve ortam sıcaklığına bağlıdır. Gerilim altında sürekli çalışma durumunda sıvı ve katı izolatörlerden geçen akımda azalma olur.
Ve belli bir süre sonra akımın artması durumunda ise maddenin içinde geri dönüşü olmayan süreçlerin meydana gelerek tahribata (dielektriklerin bozulmasına) yol açacağı gerçeğinden bahsedebiliriz.
Gaz halinin özellikleri
Alan kuvveti minimum değerler alırsa, gazlı dielektrikler ihmal edilebilir elektrik iletkenliğine sahiptir. Gaz halindeki maddelerde akımın oluşması, yalnızca serbest elektronlar veya yüklü iyonlar içerdikleri durumlarda mümkündür.
Gazlı dielektrikler yüksek kaliteli yalıtkanlardır, bu nedenle modern elektronikte büyük hacimlerde kullanılırlar. Bu tür maddelerde iyonlaşma dış etkenlerden kaynaklanır.
Gaz iyonlarının çarpışması ve ayrıca termal maruziyet, ultraviyole veya X-ışını maruziyeti nedeniyle, nötr moleküllerin oluşum süreci (rekombinasyon) da gözlenir. Bu işlem sayesinde gazdaki iyon sayısındaki artış sınırlandırılır, harici bir iyonizasyon kaynağına maruz kaldıktan kısa bir süre sonra belirli bir yüklü parçacık konsantrasyonu oluşur.
Gazlara uygulanan voltajın artması sürecinde iyonların elektrotlara hareketi artar. Onlar değilyeniden birleştirmek için zamanları var, bu yüzden elektrotlarda deşarj oluyorlar. Gerilimdeki bir sonraki artışla akım artmaz, buna doyma akımı denir.
Polar olmayan dielektrikler göz önüne alındığında, havanın mükemmel bir yalıtkan olduğunu not ediyoruz.
Sıvı dielektrikler
Sıvı dielektriklerin elektrik iletkenliği, sıvı moleküllerin yapısının özellikleriyle açıklanır. Polar olmayan solventler, nem dahil ayrışmış safsızlıklar içerir. Polar moleküllerde, elektrik akımının iletkenliği, sıvının kendisinin iyonlarına parçalanma süreciyle de açıklanır.
Bu kümelenme durumunda, akım ayrıca kolloidal parçacıkların hareketinden kaynaklanır. Böyle bir dielektrikten yabancı maddeleri tamamen çıkarmanın imkansızlığı nedeniyle, düşük akım iletkenliğine sahip sıvıların elde edilmesinde sorunlar ortaya çıkar.
Tüm yalıtım türleri, dielektriklerin spesifik iletkenliğini az altmak için seçeneklerin aranmasını içerir. Örneğin, kirlilikler giderilir, sıcaklık göstergesi ayarlanır. Sıcaklıktaki bir artış viskozitede bir azalmaya, iyonların hareketliliğinde bir artışa ve termal ayrışma derecesinde bir artışa neden olur. Bu faktörler dielektrik malzemelerin iletkenliğini etkiler.
Katıların elektrik iletkenliği
Yalnızca yalıtkanın kendisinin iyonlarının değil, aynı zamanda katı malzemenin içinde bulunan yüklü kirlilik parçacıklarının hareketi ile açıklanır. Katı yalıtkandan geçerken, yavaş yavaş safsızlıkların kısmen giderilmesi meydana gelir.iletimi etkiler. Kristal kafesin yapısal özellikleri dikkate alındığında, yüklü parçacıkların hareketi termal hareketteki dalgalanmalardan kaynaklanır.
Düşük sıcaklıklarda, pozitif ve negatif safsızlık iyonları hareket eder. Bu tür izolasyonlar moleküler ve atomik kristal yapıya sahip maddeler için tipiktir.
Anizotropik kristaller için spesifik iletkenlik değeri, eksenlerine bağlı olarak değişir. Örneğin, kuvarsta ana eksene paralel yönde, dik konumu 1000 kat aşıyor.
Pratik olarak nemin olmadığı katı gözenekli dielektriklerde, elektrik direncindeki hafif bir artış, elektrik direncinde bir artışa yol açar. Suda çözünür safsızlıklar içeren maddeler, nemdeki değişiklikler nedeniyle hacim direncinde önemli bir azalma gösterir.
Dielektriklerin polarizasyonu
Bu fenomen, yalıtkanın parçacıklarının uzaydaki pozisyonundaki bir değişiklikle ilişkilidir, bu da dielektrikin her bir makroskopik hacmi tarafından bir miktar elektriksel (indüklenmiş) momentin elde edilmesine yol açar.
Dış bir alanın etkisi altında meydana gelen bir kutuplaşma vardır. Ayrıca, harici bir alanın yokluğunda bile ortaya çıkan spontane bir polarizasyon versiyonunu ayırt ederler.
Göreceli geçirgenlik şu şekilde karakterize edilir:
- bu yalıtkanlı bir kapasitörün kapasitansı;
- bir boşluktaki büyüklüğü.
Bu sürece aşağıdakilerin görünümü eşlik eder:maddenin içindeki gerilim miktarını az altan bağlı yüklerin dielektrik yüzeyi.
Dış alanın tamamen yokluğu durumunda, dielektrik hacmin ayrı bir elemanının elektrik momenti yoktur, çünkü tüm yüklerin toplamı sıfırdır ve negatif ve pozitif yüklerin çakışması vardır. boşluk.
Polarizasyon seçenekleri
Elektron polarizasyonu sırasında, atomun elektron kabuklarının dış alanının etkisi altında bir kayma meydana gelir. İyonik varyantta, kafes sitelerinde bir kayma gözlenir. Dipol polarizasyonu, iç sürtünme ve bağlanma kuvvetlerinin üstesinden gelmek için kayıplarla karakterize edilir. Polarizasyonun yapısal versiyonu en yavaş süreç olarak kabul edilir, homojen olmayan makroskopik safsızlıkların oryantasyonu ile karakterize edilir.
Sonuç
Elektrik yalıtım malzemeleri, belirli elektrik potansiyelleri altında elektrikli ekipmanın bazı bileşenlerinin güvenilir yalıtımını elde etmenizi sağlayan maddelerdir. Akım iletkenleri ile karşılaştırıldığında, çok sayıda yalıtkan önemli ölçüde daha yüksek elektrik direncine sahiptir. Güçlü elektrik alanları oluşturabilir ve ek enerji biriktirebilirler. Modern kapasitörlerde kullanılan yalıtkanların bu özelliğidir.
Kimyasal bileşime bağlı olarak doğal ve sentetik malzemelere ayrılırlar. İkinci grup en çoktur, bu nedenle çeşitli elektrikli cihazlarda kullanılanlar bu yalıtkanlardır.
Teknolojik özelliklere bağlı olarak yapı, bileşim, film, seramik, mum, mineral izolatörler izole edilir.
Arıza voltajına ulaşıldığında, elektrik akımının büyüklüğünde keskin bir artışa yol açan bir arıza gözlemlenir. Böyle bir fenomenin karakteristik özellikleri arasında, kuvvetin strese ve sıcaklığa, kalınlığa hafif bir bağımlılığı seçilebilir.
