Chất dẫn điện và chất điện môi là những chất vật lý có mức độ dẫn điện khác nhau và phản ứng khác nhau với tác động của điện trường. Các tính chất đối lập của vật liệu được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực kỹ thuật điện.
Nội dung
Chất dẫn điện và chất điện môi là gì
dây dẫn - chất mang điện tự do có khả năng chuyển động có hướng dưới tác dụng của điện trường ngoài. Các tính năng này là:
- kim loại và sự nóng chảy của chúng;
- carbon tự nhiên (than, than chì);
- chất điện phân - dung dịch của muối, axit và kiềm;
- khí ion hóa (huyết tương).
Thuộc tính chính của vật liệu: điện tích tự do - các electron trong vật dẫn rắn và các ion trong dung dịch và nóng chảy, chuyển động trong toàn bộ thể tích của vật dẫn, dẫn dòng điện.Dưới tác dụng của hiệu điện thế đặt vào vật dẫn, dòng điện dẫn được tạo ra. Điện trở suất và độ dẫn điện là các chỉ số chính của vật liệu.
Tính chất của vật liệu điện môi ngược với tính chất của vật dẫn điện lực. Dielectrics (chất cách điện) - bao gồm các nguyên tử và phân tử trung hòa. Chúng không có khả năng di chuyển các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường. Các chất điện môi trong điện trường tích tụ các điện tích không bù trên bề mặt. Chúng tạo thành một điện trường hướng vào bên trong chất cách điện, chất điện môi bị phân cực.
Kết quả của sự phân cực, các điện tích trên bề mặt của chất điện môi có xu hướng làm giảm điện trường. Tính chất này của vật liệu cách điện được gọi là hằng số điện môi của chất điện môi.
Đặc điểm và tính chất vật lý của vật liệu
Các thông số của dây dẫn xác định phạm vi ứng dụng của chúng. Các đặc điểm vật lý chính:
- điện trở suất - đặc trưng cho khả năng ngăn dòng điện đi qua của một chất;
- hệ số nhiệt độ của điện trở - một giá trị đặc trưng cho sự thay đổi của chất chỉ thị phụ thuộc vào nhiệt độ;
- độ dẫn nhiệt - lượng nhiệt truyền qua một đơn vị thời gian qua một lớp vật liệu;
- hiệu điện thế tiếp xúc - xảy ra khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau, được sử dụng trong cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ;
- độ bền kéo và độ giãn dài khi kéo - phụ thuộc vào loại kim loại.
Khi làm nguội đến nhiệt độ tới hạn, điện trở suất của vật dẫn có xu hướng bằng không. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng siêu dẫn.
Các tính chất đặc trưng cho dây dẫn:
- điện - điện trở và độ dẫn điện;
- hóa - tương tác với môi trường, chống ăn mòn, khả năng kết nối bằng cách hàn hoặc hàn;
- vật lý - khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy.
Đặc điểm của chất điện môi là chống lại tác dụng của dòng điện. Tính chất vật lý của vật liệu cách điện:
- hằng số điện môi - khả năng phân cực của chất cách điện trong điện trường;
- sức cản khối lượng riêng;
- độ bền điện;
- tiếp tuyến tổn hao điện môi.
Vật liệu cách điện được đặc trưng bởi các thông số sau:
- điện - độ lớn của điện áp đánh thủng, cường độ điện;
- vật lý - khả năng chịu nhiệt;
- hóa học - khả năng hòa tan trong các tác nhân xâm thực, khả năng chống ẩm.
Các loại và phân loại vật liệu điện môi
Chất cách điện được chia thành các nhóm theo một số tiêu chí.
Phân loại theo trạng thái tập hợp của một chất:
- rắn - thủy tinh, gốm sứ, amiăng;
- chất lỏng - dầu thực vật và tổng hợp, parafin, khí hóa lỏng, chất điện môi tổng hợp (silicon và hợp chất organofluorine freon, freon);
- thể khí - không khí, nitơ, hydro.
Chất điện môi có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, có bản chất hữu cơ hoặc tổng hợp.
Vật liệu cách nhiệt tự nhiên hữu cơ bao gồm dầu thực vật, xenlulo và cao su. Chúng có đặc điểm là khả năng chịu nhiệt và độ ẩm thấp, nhanh bị lão hóa. Vật liệu hữu cơ tổng hợp là nhiều loại nhựa khác nhau.
Các chất điện môi vô cơ có nguồn gốc tự nhiên bao gồm: mica, amiăng, muscovit, phlogopit. Chất có khả năng chống lại sự tấn công của hóa chất, chịu được nhiệt độ cao.Vật liệu điện môi vô cơ nhân tạo - thủy tinh, sứ, gốm.
Tại sao chất điện môi không dẫn điện?
Độ dẫn điện thấp là do cấu trúc của các phân tử điện môi. Các hạt vật chất có quan hệ mật thiết với nhau, chúng không thể rời khỏi nguyên tử và chuyển động trong toàn bộ thể tích của vật chất. Dưới tác động của điện trường, các hạt của nguyên tử có thể hơi lỏng ra - để phân cực.
Tùy thuộc vào cơ chế phân cực, vật liệu điện môi được chia thành:
- không phân cực - các chất ở các trạng thái tập hợp khác nhau với sự phân cực điện tử (khí trơ, hydro, polystyrene, benzen);
- phân cực - có sự thư giãn lưỡng cực và phân cực điện tử (các loại nhựa khác nhau, xenlulo, nước);
- ion - chất điện môi rắn có nguồn gốc vô cơ (thủy tinh, gốm sứ).
Tính chất điện môi của một chất không phải là hằng số. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao hoặc độ ẩm cao, các êlectron bứt ra khỏi hạt nhân và có các tính chất của điện tích tự do. Chất lượng cách điện của chất điện môi trong trường hợp này bị giảm.
Chất điện môi đáng tin cậy là vật liệu có dòng rò thấp không vượt quá giá trị tới hạn và không làm gián đoạn hoạt động của hệ thống.
Chất điện môi và chất dẫn điện được sử dụng ở đâu?
Vật liệu này được sử dụng trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người nơi sử dụng dòng điện: trong công nghiệp, nông nghiệp, chế tạo dụng cụ, mạng điện và thiết bị điện gia dụng.
Việc lựa chọn dây dẫn được xác định bởi các đặc tính kỹ thuật của nó. Sản phẩm làm bằng bạc, vàng, bạch kim có điện trở suất thấp nhất.Việc sử dụng chúng bị giới hạn trong không gian và mục đích quân sự do giá thành cao. Đồng và nhôm dẫn điện hiện tại hơi kém hơn, nhưng giá rẻ so sánh của chúng đã dẫn đến việc chúng được sử dụng rộng rãi như dây và sản phẩm cáp.
Kim loại nguyên chất không có tạp chất dẫn điện tốt hơn, nhưng trong một số trường hợp, cần phải sử dụng dây dẫn có điện trở suất cao - để sản xuất khí lưu biến, lò điện và lò sưởi điện. Đối với những mục đích này, hợp kim của niken, đồng, mangan (manganin, hằng số) được sử dụng. Độ dẫn điện của vonfram và molipđen thấp hơn đồng 3 lần, nhưng tính chất của chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đèn điện và thiết bị vô tuyến điện.
Chất điện môi rắn là vật liệu đảm bảo sự an toàn và hoạt động không bị gián đoạn của các phần tử dẫn điện. Chúng được dùng làm vật liệu cách điện, chống rò rỉ dòng điện, cách ly các dây dẫn với nhau, với vỏ thiết bị, với đất. Một ví dụ về sản phẩm như vậy là găng tay điện môi, được mô tả trong bài báo.
Chất điện môi lỏng được sử dụng trong tụ điện, dây cáp điện, hệ thống làm mát tuần hoàn của máy phát tuabin và bộ ngắt mạch dầu cao áp. Vật liệu được sử dụng để làm đầy và ngâm tẩm.
Vật liệu cách nhiệt dạng khí. Không khí là một chất cách điện tự nhiên cũng cung cấp khả năng tản nhiệt. Nitơ được sử dụng ở những nơi không thể chấp nhận được quá trình oxy hóa. Hydro được sử dụng trong các máy phát điện mạnh với công suất nhiệt cao.
Sự phối hợp làm việc của dây dẫn và chất điện môi đảm bảo sự vận hành an toàn và ổn định của thiết bị và mạng lưới cung cấp điện. Việc lựa chọn một phần tử cụ thể cho nguyên công phụ thuộc vào các đặc tính vật lý và các thông số kỹ thuật của chất đó.
Các bài tương tự:
