La conduttività elettrica dei dielettrici è una caratteristica fisica importante. Le informazioni a riguardo consentono di identificare le aree di applicazione dei materiali.
Termini
Secondo la conducibilità della corrente elettrica, le sostanze sono divise in gruppi:
- dielettrici;
- semiconduttori;
- conduttori.
I metalli sono eccellenti conduttori di corrente: la loro conduttività elettrica raggiunge 106-108 (Ohm m)-1.
E i materiali dielettrici non sono in grado di condurre elettricità, quindi sono usati come isolanti. Non hanno vettori di carica gratuiti, differiscono nella struttura del dipolo delle molecole.
I semiconduttori sono materiali solidi con valori di conducibilità intermedi.
Classificazione
Tutti i materiali dielettrici sono divisi in tipi polari e non polari. Negli isolanti polari, i centri delle cariche positive e negative sono decentrati. Le molecole di tali sostanze sono simili nei loro parametri elettrici a un dipolo rigido, che ha un proprio momento di dipolo. L'acqua può essere utilizzata come dielettrico polare.ammoniaca, acido cloridrico.
I dielettrici non polari si distinguono per la coincidenza dei centri di carica positiva e negativa. Sono simili nelle caratteristiche elettriche a un dipolo elastico. Esempi di tali isolanti sono idrogeno, ossigeno, tetracloruro di carbonio.
Conducibilità elettrica
La conduttività elettrica dei dielettrici è spiegata dalla presenza di un piccolo numero di elettroni liberi nelle loro molecole. Con lo spostamento delle cariche all'interno della sostanza per un certo periodo di tempo, si osserva un graduale stabilirsi di una posizione di equilibrio, che è la ragione della comparsa di una corrente. La conducibilità elettrica dei dielettrici esiste al momento dello spegnimento e della tensione. I campioni tecnici degli isolanti hanno il numero massimo di cariche gratuite, quindi in essi compaiono correnti di passaggio insignificanti.
La conducibilità elettrica dei dielettrici nel caso di un valore di tensione costante viene calcolata dalla corrente passante. Questo processo comporta il rilascio e la neutralizzazione delle cariche esistenti sugli elettrodi. Nel caso di tensione alternata, il valore della conducibilità attiva è influenzato non solo dalla corrente passante, ma anche dalle componenti attive delle correnti di polarizzazione.
Le proprietà elettriche dei dielettrici dipendono dalla densità di corrente, dalla resistenza del materiale.
Dielettrico solido
La conduttività elettrica dei dielettrici solidi è suddivisa in massa e superficie. Per confrontare questi parametri per diversi materiali, vengono utilizzati i valori di volume specifico e specifico di superficie.resistenza.
La piena conducibilità è la somma di questi due valori, il suo valore dipende dall'umidità dell'ambiente e dalla temperatura ambiente. Nel caso di funzionamento continuo in tensione si ha una diminuzione della corrente passante attraverso gli isolanti liquidi e solidi.
E nel caso di un aumento della corrente dopo un certo periodo di tempo, si può parlare del fatto che all'interno della sostanza si verificheranno processi irreversibili che portano alla distruzione (rottura del dielettrico).
Caratteristiche dello stato gassoso
I dielettrici gassosi hanno una conduttività elettrica trascurabile se l'intensità del campo assume valori minimi. Il verificarsi di una corrente nelle sostanze gassose è possibile solo in quei casi in cui contengono elettroni liberi o ioni carichi.
I dielettrici gassosi sono isolanti di alta qualità, quindi vengono utilizzati nell'elettronica moderna in grandi volumi. La ionizzazione in tali sostanze è causata da fattori esterni.
A causa delle collisioni di ioni gassosi, oltre all'esposizione termica, ai raggi ultravioletti o ai raggi X, si osserva anche il processo di formazione di molecole neutre (ricombinazione). Grazie a questo processo si limita l'aumento del numero di ioni nel gas, si stabilisce una certa concentrazione di particelle cariche in un breve periodo di tempo dopo l'esposizione a una fonte di ionizzazione esterna.
Nel processo di aumento della tensione applicata al gas, aumenta il movimento degli ioni agli elettrodi. Non sonohanno il tempo di ricombinarsi, quindi vengono scaricati agli elettrodi. Con un successivo aumento di tensione, la corrente non aumenta, si chiama corrente di saturazione.
Considerando i dielettrici non polari, notiamo che l'aria è un isolante perfetto.
Dielettrici liquidi
La conduttività elettrica dei dielettrici liquidi è spiegata dalle peculiarità della struttura delle molecole liquide. I solventi non polari contengono impurità dissociate, inclusa l'umidità. Nelle molecole polari, la conducibilità della corrente elettrica è spiegata anche dal processo di disintegrazione in ioni del liquido stesso.
In questo stato di aggregazione, la corrente è causata anche dal movimento delle particelle colloidali. A causa dell'impossibilità di rimuovere completamente le impurità da tale dielettrico, sorgono problemi nell'ottenere liquidi con bassa conducibilità di corrente.
Tutti i tipi di isolamento implicano la ricerca di opzioni per ridurre la conduttività specifica dei dielettrici. Ad esempio, le impurità vengono rimosse, l'indicatore della temperatura viene regolato. Un aumento della temperatura provoca una diminuzione della viscosità, un aumento della mobilità degli ioni e un aumento del grado di dissociazione termica. Questi fattori influenzano la conduttività dei materiali dielettrici.
Conducibilità elettrica dei solidi
Si spiega con il movimento non solo degli ioni dell'isolante stesso, ma anche delle particelle cariche di impurità contenute all'interno del materiale solido. Passando attraverso l'isolante solido, si verifica una rimozione parziale delle impurità, che gradualmenteinfluisce sulla conduzione. Tenendo conto delle caratteristiche strutturali del reticolo cristallino, il movimento delle particelle cariche è dovuto alle fluttuazioni del movimento termico.
A basse temperature, gli ioni di impurità positivi e negativi si muovono. Tali tipi di isolamento sono tipici per le sostanze con una struttura cristallina molecolare e atomica.
Per i cristalli anisotropici, il valore della conducibilità specifica varia a seconda dei suoi assi. Ad esempio, nel quarzo nella direzione parallela all'asse principale, supera di 1000 volte la posizione perpendicolare.
Nei dielettrici solidi porosi, dove non c'è praticamente umidità, un leggero aumento della resistenza elettrica porta ad un aumento della loro resistenza elettrica. Le sostanze contenenti impurità idrosolubili mostrano una significativa diminuzione della resistenza del volume a causa delle variazioni dell'umidità.
Polarizzazione dei dielettrici
Questo fenomeno è associato ad un cambiamento nella posizione delle particelle dell'isolante nello spazio, che porta all'acquisizione di un momento elettrico (indotto) da parte di ogni volume macroscopico del dielettrico.
C'è una polarizzazione che si verifica sotto l'influenza di un campo esterno. Distingono anche una versione spontanea della polarizzazione che appare anche in assenza di un campo esterno.
La permittività relativa è caratterizzata da:
- capacità di un condensatore con questo dielettrico;
- la sua grandezza nel vuoto.
Questo processo è accompagnato dalla comparsa dila superficie del dielettrico delle cariche legate, che riducono la quantità di tensione all'interno della sostanza.
Nel caso di completa assenza di un campo esterno, un elemento separato del volume dielettrico non ha momento elettrico, poiché la somma di tutte le cariche è zero e c'è una coincidenza di cariche negative e positive in spazio.
Opzioni di polarizzazione
Durante la polarizzazione elettronica, si verifica uno spostamento sotto l'influenza di un campo esterno dei gusci di elettroni dell'atomo. Nella variante ionica si osserva uno spostamento dei siti del reticolo. La polarizzazione del dipolo è caratterizzata da perdite per superare l'attrito interno e le forze di legame. La versione strutturale della polarizzazione è considerata il processo più lento, è caratterizzata dall'orientamento di impurità macroscopiche disomogenee.
Conclusione
I materiali isolanti elettrici sono sostanze che consentono di ottenere un isolamento affidabile di alcuni componenti di apparecchiature elettriche sotto determinati potenziali elettrici. Rispetto ai conduttori di corrente, numerosi isolanti hanno una resistenza elettrica notevolmente superiore. Sono in grado di creare forti campi elettrici e accumulare energia aggiuntiva. È questa proprietà degli isolanti che viene utilizzata nei condensatori moderni.
A seconda della composizione chimica, sono divisi in materiali naturali e sintetici. Il secondo gruppo è il più numeroso, quindi sono questi isolanti che vengono utilizzati in una varietà di apparecchi elettrici.
A seconda delle caratteristiche tecnologiche, la struttura, la composizione, il film, la ceramica, la cera, gli isolanti minerali vengono isolati.
Quando viene raggiunta la tensione di rottura, si osserva una rottura, che porta a un forte aumento dell'intensità della corrente elettrica. Tra le caratteristiche di un tale fenomeno si può individuare una leggera dipendenza della resistenza dalle sollecitazioni e dalla temperatura, dallo spessore.
