Laidininkai ir dielektrikai yra fizinės medžiagos, turinčios skirtingą elektros laidumo laipsnį ir skirtingai reaguojančios į elektrinio lauko veikimą. Priešingos medžiagų savybės plačiai naudojamos visose elektrotechnikos srityse.
Turinys
Kas yra laidininkai ir dielektrikai
laidininkai - medžiagos, turinčios laisvų elektros krūvių, galinčių kryptingai judėti veikiant išoriniam elektriniam laukui. Šios funkcijos yra:
- metalai ir jų lydalai;
- natūrali anglis (anglis, grafitas);
- elektrolitai - druskų, rūgščių ir šarmų tirpalai;
- jonizuotos dujos (plazma).
Pagrindinė medžiagų savybė: laisvieji krūviai - elektronai kietuose laidininkuose ir jonai tirpaluose ir lydaluose, judantys per visą laidininko tūrį, laido elektros srovę.Veikiant laidininkui elektros įtampai, susidaro laidumo srovė. Atsparumas ir elektrinis laidumas yra pagrindiniai medžiagos rodikliai.
Dielektrinių medžiagų savybės yra priešingos laidininkų savybėms elektros. Dielektrikai (izoliatoriai) – susideda iš neutralių atomų ir molekulių. Jie neturi galimybės perkelti įkrautų dalelių veikiami elektrinio lauko. Dielektrikai elektriniame lauke kaupia nekompensuotus krūvius ant paviršiaus. Jie sudaro elektrinį lauką, nukreiptą į izoliatoriaus vidų, dielektrikas yra poliarizuotas.
Dėl poliarizacijos dielektriko paviršiaus krūviai mažina elektrinį lauką. Ši elektros izoliacinių medžiagų savybė vadinama dielektriko dielektrine konstanta.
Medžiagų charakteristikos ir fizikinės savybės
Laidininkų parametrai lemia jų taikymo sritį. Pagrindinės fizinės savybės:
- elektrinė varža - apibūdina medžiagos gebėjimą neleisti elektros srovei praeiti;
- atsparumo temperatūros koeficientas - reikšmė, apibūdinanti indikatoriaus pokytį priklausomai nuo temperatūros;
- šilumos laidumas - šilumos kiekis, praeinantis per laiko vienetą per medžiagos sluoksnį;
- kontaktinio potencialo skirtumas – atsiranda, kai liečiasi du skirtingi metalai, naudojamas termoporos temperatūros matavimui;
- tempiamasis stipris ir tempiamasis pailgėjimas – priklauso nuo metalo rūšies.
Atvėsus iki kritinės temperatūros, laidininko savitoji varža linkusi į nulį. Šis reiškinys vadinamas superlaidumu.
Dirigentą apibūdinančios savybės:
- elektrinis - varža ir elektros laidumas;
- cheminė – sąveika su aplinka, antikorozinė, galimybė jungtis suvirinant ar lituojant;
- fizinis – tankis, lydymosi temperatūra.
Dielektrikų savybė yra atsparumas elektros srovės poveikiui. Elektros izoliacinių medžiagų fizinės savybės:
- dielektrinė konstanta – izoliatorių gebėjimas poliarizuotis elektriniame lauke;
- specifinis tūrio atsparumas;
- elektrinis stiprumas;
- dielektrinių nuostolių tangentas.
Izoliacinės medžiagos pasižymi šiais parametrais:
- elektrinis - gedimo įtampos dydis, elektrinis stiprumas;
- fizinis - atsparumas karščiui;
- cheminis - tirpumas agresyviose medžiagose, atsparumas drėgmei.
Dielektrinių medžiagų rūšys ir klasifikacija
Izoliatoriai skirstomi į grupes pagal kelis kriterijus.
Klasifikacija pagal medžiagos agregacijos būseną:
- kietas - stiklas, keramika, asbestas;
- skysti - augaliniai ir sintetiniai aliejai, parafinas, suskystintos dujos, sintetiniai dielektrikai (silicio ir organiniai fluoro junginiai freonas, freonas);
- dujinės – oras, azotas, vandenilis.
Dielektrikai gali būti natūralios arba dirbtinės kilmės, organinės arba sintetinės prigimties.
Ekologiškos natūralios izoliacinės medžiagos yra augaliniai aliejai, celiuliozė ir guma. Jiems būdingas mažas šiluminis ir drėgmės atsparumas, greitas senėjimas. Sintetinės organinės medžiagos yra įvairių tipų plastikai.
Natūralios kilmės neorganiniai dielektrikai yra: žėrutis, asbestas, muskovitas, flogopitas. Medžiagos yra atsparios cheminiam poveikiui, atlaiko aukštą temperatūrą.Dirbtinės neorganinės dielektrinės medžiagos – stiklas, porcelianas, keramika.
Kodėl dielektrikai nepraleidžia elektros?
Mažą laidumą lemia dielektrikų molekulių struktūra. Medžiagos dalelės yra glaudžiai susijusios viena su kita, jos negali palikti atomo ir judėti per visą medžiagos tūrį. Veikiamos elektrinio lauko, atomo dalelės gali šiek tiek atsilaisvinti – poliarizuotis.
Priklausomai nuo poliarizacijos mechanizmo, dielektrinės medžiagos skirstomos į:
- nepolinės – įvairios agregacijos būsenos su elektronine poliarizacija medžiagos (inertinės dujos, vandenilis, polistirenas, benzenas);
- polinis - turi dipolio relaksaciją ir elektroninę poliarizaciją (įvairios dervos, celiuliozė, vanduo);
- joniniai – kietieji neorganinės kilmės dielektrikai (stiklas, keramika).
Medžiagos dielektrinės savybės nėra pastovios. Aukštos temperatūros ar didelės drėgmės įtakoje elektronai atitrūksta nuo branduolio ir įgyja laisvųjų elektros krūvių savybes. Šiuo atveju sumažėja dielektriko izoliacinės savybės.
Patikimas dielektrikas – tai medžiaga, turinti mažą nuotėkio srovę, kuri neviršija kritinės vertės ir netrikdo sistemos veikimo.
Kur naudojami dielektrikai ir laidininkai?
Medžiagos naudojamos visose žmogaus veiklos srityse, kuriose naudojama elektros srovė: pramonėje, žemės ūkyje, instrumentų gamyboje, elektros tinkluose ir buitiniuose elektros prietaisuose.
Laidininko pasirinkimą lemia jo techninės charakteristikos. Produktai, pagaminti iš sidabro, aukso, platinos, turi mažiausią varžą.Dėl didelių sąnaudų jie naudojami tik kosmoso ir kariniams tikslams. Varis ir aliuminis praleidžia srovę šiek tiek blogiau, tačiau dėl jų palyginti pigumo jie plačiai naudojami kaip laidai ir kabelių gaminiai.
Grynieji metalai be priemaišų geriau praleidžia srovę, tačiau kai kuriais atvejais reikia naudoti didelės varžos laidus - reostatams, elektrinėms krosnims, elektriniams šildytuvams gaminti. Šiems tikslams naudojami nikelio, vario, mangano lydiniai (manganinas, konstantanas). Volframo ir molibdeno elektrinis laidumas yra 3 kartus mažesnis nei vario, tačiau jų savybės plačiai naudojamos elektros lempų ir radijo prietaisų gamyboje.
Kietieji dielektrikai – tai medžiagos, užtikrinančios laidžių elementų saugumą ir nenutrūkstamą veikimą. Jie naudojami kaip elektros izoliacinė medžiaga, apsauganti nuo srovės nutekėjimo, izoliuoja laidus vieną nuo kito, nuo prietaiso korpuso, nuo žemės. Tokio gaminio pavyzdys yra dielektrinės pirštinės, kurios aprašytos mūsų straipsnis.
Naudojami skysti dielektrikai kondensatoriai, maitinimo kabeliai, cirkuliacinės turbogeneratorių ir aukštos įtampos alyvos grandinės pertraukiklių aušinimo sistemos. Medžiagos naudojamos kaip užpildas ir impregnavimas.
Dujinės izoliacinės medžiagos. Oras yra natūralus izoliatorius, kuris taip pat išsklaido šilumą. Azotas naudojamas ten, kur oksidaciniai procesai yra nepriimtini. Vandenilis naudojamas galinguose didelės šiluminės talpos generatoriuose.
Koordinuotas laidininkų ir dielektrikų darbas užtikrina saugų ir stabilų įrenginių ir maitinimo tinklų darbą. Konkretaus elemento pasirinkimas atliekamai užduočiai priklauso nuo fizinių medžiagos savybių ir techninių parametrų.
Panašūs straipsniai:
