La conductivitat elèctrica dels dielèctrics és una característica física important. La informació al respecte us permet identificar les àrees d'aplicació dels materials.
Condicions
Segons la conductivitat del corrent elèctric, les substàncies es divideixen en grups:
- dielèctrics;
- semiconductors;
- conductors.
Els metalls són excel·lents conductors de corrent: la seva conductivitat elèctrica arriba a 106-108 (Ohm m)-1.
I els materials dielèctrics no són capaços de conduir l'electricitat, per la qual cosa s'utilitzen com a aïllants. No tenen portadors de càrrega lliures, difereixen en l'estructura dipol de les molècules.
Els semiconductors són materials sòlids amb valors de conductivitat intermedis.
Classificació
Tots els materials dielèctrics es divideixen en tipus polars i no polars. En els aïllants polars, els centres de càrregues positives i negatives estan descentrats. Les molècules d'aquestes substàncies són similars en els seus paràmetres elèctrics a un dipol rígid, que té el seu propi moment dipolar. L'aigua es pot utilitzar com a dielèctrics polars.amoníac, clorur d'hidrogen.
Els dielèctrics no polars es distingeixen per la coincidència dels centres de càrregues positives i negatives. Són similars en característiques elèctriques a un dipol elàstic. Exemples d'aquests aïllants són l'hidrogen, l'oxigen, el tetraclorur de carboni.
Conductivitat elèctrica
La conductivitat elèctrica dels dielèctrics s'explica per la presència d'un petit nombre d'electrons lliures a les seves molècules. Amb el desplaçament de les càrregues a l'interior de la substància durant un període de temps determinat, s'observa un establiment gradual d'una posició d'equilibri, que és el motiu de l'aparició d'un corrent. La conductivitat elèctrica dels dielèctrics existeix en el moment d'apagar i engegar la tensió. Les mostres tècniques d'aïllants tenen el nombre màxim de càrregues gratuïtes, per tant, hi apareixen corrents insignificants per mitjà de corrents.
La conductivitat elèctrica dels dielèctrics en el cas d'un valor de tensió constant es calcula a partir del corrent passant. Aquest procés implica l'alliberament i neutralització de les càrregues existents als elèctrodes. En el cas de la tensió alterna, el valor de la conductivitat activa es veu afectat no només pel corrent passant, sinó també pels components actius dels corrents de polarització.
Les propietats elèctriques dels dielèctrics depenen de la densitat de corrent, de la resistència del material.
Dielèctrics sòlids
La conductivitat elèctrica dels dielèctrics sòlids es divideix en massa i superfície. Per comparar aquests paràmetres per a diferents materials, s'utilitzen els valors de volum específic i específic de superfície.resistència.
La conductivitat total és la suma d'aquests dos valors, el seu valor depèn de la humitat de l'ambient i de la temperatura ambient. En el cas de funcionament continu sota tensió, hi ha una disminució del corrent passant pels aïllants líquids i sòlids.
I en el cas d'un augment de corrent al cap d'un període de temps determinat, podem parlar del fet que a l'interior de la substància es produiran processos irreversibles que condueixen a la destrucció (avaria del dielèctric).
Característiques de l'estat gasós
Els dielèctrics gasosos tenen una conductivitat elèctrica insignificant si la intensitat del camp pren valors mínims. L'aparició d'un corrent en substàncies gasoses només és possible en aquells casos en què contenen electrons lliures o ions carregats.
Els dielèctrics gasosos són aïllants d' alta qualitat, per tant s'utilitzen en l'electrònica moderna en grans volums. La ionització d'aquestes substàncies és causada per factors externs.
A causa de les col·lisions d'ions gasosos, així com sota exposició tèrmica, exposició a ultraviolats o raigs X, també s'observa el procés de formació de molècules neutres (recombinació). Gràcies a aquest procés, l'augment del nombre d'ions en el gas és limitat, s'estableix una certa concentració de partícules carregades en un curt període de temps després de l'exposició a una font d'ionització externa.
En el procés d'augment de la tensió aplicada al gas, augmenta el moviment dels ions cap als elèctrodes. No sóntenen temps de recombinar-se, de manera que es descarreguen als elèctrodes. Amb un augment posterior de la tensió, el corrent no augmenta, s'anomena corrent de saturació.
Tenint en compte els dielèctrics no polars, observem que l'aire és un aïllant perfecte.
Dielèctrics líquids
La conductivitat elèctrica dels dielèctrics líquids s'explica per les peculiaritats de l'estructura de les molècules líquides. Els dissolvents no polars contenen impureses dissociades, inclosa la humitat. En les molècules polars, la conductivitat del corrent elèctric també s'explica pel procés de desintegració en ions del propi líquid.
En aquest estat d'agregació, el corrent també és provocat pel moviment de partícules col·loïdals. A causa de la impossibilitat d'eliminar completament les impureses d'aquest dielèctric, sorgeixen problemes per obtenir líquids amb baixa conductivitat de corrent.
Tots els tipus d'aïllament impliquen la recerca d'opcions per reduir la conductivitat específica dels dielèctrics. Per exemple, s'eliminen les impureses, s'ajusta l'indicador de temperatura. Un augment de la temperatura provoca una disminució de la viscositat, un augment de la mobilitat dels ions i un augment del grau de dissociació tèrmica. Aquests factors afecten la conductivitat dels materials dielèctrics.
Conductivitat elèctrica dels sòlids
S'explica pel moviment no només dels ions del propi aïllant, sinó també de les partícules carregades d'impureses contingudes dins del material sòlid. A mesura que passa per l'aïllant sòlid, es produeix una eliminació parcial d'impureses, que gradualmentafecta la conducció. Tenint en compte les característiques estructurals de la xarxa cristal·lina, el moviment de les partícules carregades es deu a les fluctuacions del moviment tèrmic.
A temperatures baixes, es mouen ions d'impuresa positius i negatius. Aquests tipus d'aïllament són típics de substàncies amb una estructura cristal·lina molecular i atòmica.
Per als cristalls anisotròpics, el valor de la conductivitat específica varia en funció dels seus eixos. Per exemple, en el quars en la direcció paral·lela a l'eix principal, supera la posició perpendicular en 1000 vegades.
En els dielèctrics sòlids porosos, on pràcticament no hi ha humitat, un lleuger augment de la resistència elèctrica comporta un augment de la seva resistència elèctrica. Les substàncies que contenen impureses solubles en aigua mostren una disminució significativa de la resistència del volum a causa dels canvis en la humitat.
Polarització de dielèctrics
Aquest fenomen s'associa a un canvi en la posició de les partícules de l'aïllant a l'espai, que comporta l'adquisició d'algun moment elèctric (induït) per cada volum macroscòpic del dielèctric.
Hi ha una polarització que es produeix sota la influència d'un camp extern. També distingeixen una versió espontània de polarització que apareix fins i tot en absència de camp extern.
La permitivitat relativa es caracteritza per:
- capacitat d'un condensador amb aquest dielèctric;
- la seva magnitud en el buit.
Aquest procés va acompanyat de l'aparició dela superfície del dielèctric de les càrregues lligades, que redueixen la quantitat de tensió dins de la substància.
En el cas de l'absència completa d'un camp extern, un element separat del volum dielèctric no té un moment elèctric, ja que la suma de totes les càrregues és zero i hi ha una coincidència de càrregues negatives i positives en espai.
Opcions de polarització
Durant la polarització electrònica, es produeix un desplaçament sota la influència d'un camp extern de les capes d'electrons de l'àtom. En la variant iònica, s'observa un desplaçament dels llocs de gelosia. La polarització dipol es caracteritza per pèrdues per superar la fricció interna i les forces d'enllaç. La versió estructural de la polarització es considera el procés més lent, es caracteritza per l'orientació d'impureses macroscòpiques no homogènies.
Conclusió
Els materials aïllants elèctrics són substàncies que permeten obtenir un aïllament fiable d'alguns components dels equips elèctrics sota determinats potencials elèctrics. En comparació amb els conductors actuals, nombrosos aïllants tenen una resistència elèctrica significativament més alta. Són capaços de crear camps elèctrics forts i acumular energia addicional. Aquesta propietat dels aïllants és la que s'utilitza en els condensadors moderns.
Segons la composició química, es divideixen en materials naturals i sintètics. El segon grup és el més nombrós, per tant, aquests aïllants s'utilitzen en una varietat d'aparells elèctrics.
Depenent de les característiques tecnològiques, s'aïllen l'estructura, la composició, la pel·lícula, la ceràmica, la cera i els aïllants minerals.
Quan s'arriba a la tensió d'avaria, s'observa una avaria, que provoca un fort augment de la magnitud del corrent elèctric. Entre els trets característics d'aquest fenomen, es pot destacar una lleugera dependència de la força de l'estrès i la temperatura, el gruix.
