Vadītāji un dielektriķi ir fiziskas vielas, kurām ir dažādas elektriskās vadītspējas pakāpes un kas atšķirīgi reaģē uz elektriskā lauka darbību. Materiālu pretējās īpašības tiek plaši izmantotas visās elektrotehnikas jomās.
Saturs
Kas ir vadītāji un dielektriķi
diriģenti - vielas ar brīviem elektriskiem lādiņiem, kas ārējā elektriskā lauka ietekmē spēj virzīties virzienā. Šīs funkcijas ir:
- metāli un to kausējumi;
- dabiskais ogleklis (ogles, grafīts);
- elektrolīti - sāļu, skābju un sārmu šķīdumi;
- jonizēta gāze (plazma).
Materiālu galvenā īpašība: brīvie lādiņi - elektroni cietajos vadītājos un joni šķīdumos un kūst, kustoties pa visu vadītāja tilpumu, vada elektrisko strāvu.Vadītājam pieliktā elektriskā sprieguma ietekmē tiek izveidota vadīšanas strāva. Materiāla galvenie rādītāji ir pretestība un elektriskā vadītspēja.
Dielektrisko materiālu īpašības ir pretējas vadītāju īpašībām elektrība. Dielektriķi (izolatori) - sastāv no neitrāliem atomiem un molekulām. Viņiem nav iespēju pārvietot uzlādētas daļiņas elektriskā lauka ietekmē. Dielektriķi elektriskajā laukā uzkrāj nekompensētus lādiņus uz virsmas. Tie veido izolatora iekšpusē virzītu elektrisko lauku, dielektriķis ir polarizēts.
Polarizācijas rezultātā lādiņiem uz dielektriķa virsmas ir tendence samazināt elektrisko lauku. Šo elektrisko izolācijas materiālu īpašību sauc par dielektriķa dielektrisko konstanti.
Materiālu raksturojums un fizikālās īpašības
Vadu parametri nosaka to pielietojuma jomu. Galvenās fiziskās īpašības:
- elektriskā pretestība - raksturo vielas spēju novērst elektriskās strāvas pāreju;
- temperatūras pretestības koeficients - vērtība, kas raksturo indikatora izmaiņas atkarībā no temperatūras;
- siltumvadītspēja - siltuma daudzums, kas laika vienībā iziet caur materiāla slāni;
- kontakta potenciāla atšķirība - rodas, saskaroties diviem atšķirīgiem metāliem, tiek izmantota termopāri temperatūras mērīšanai;
- stiepes izturība un stiepes pagarinājums - atkarīgs no metāla veida.
Atdzesējot līdz kritiskai temperatūrai, vadītāja pretestība mēdz būt nulle. Šo parādību sauc par supravadītspēju.
Diriģentu raksturojošās īpašības:
- elektriskā - pretestība un elektrovadītspēja;
- ķīmiskā - mijiedarbība ar vidi, pretkorozijas, spēja savienoties ar metināšanu vai lodēšanu;
- fizikālais - blīvums, kušanas temperatūra.
Dielektriķu iezīme ir pretoties elektriskās strāvas ietekmei. Elektrisko izolācijas materiālu fizikālās īpašības:
- dielektriskā konstante - izolatoru spēja polarizēties elektriskā laukā;
- īpatnējā tilpuma pretestība;
- elektriskā izturība;
- dielektrisko zudumu tangenss.
Izolācijas materiālus raksturo šādi parametri:
- elektriskā - pārrāvuma sprieguma lielums, elektriskā izturība;
- fiziskā - karstumizturība;
- ķīmiska - šķīdība agresīvos aģentos, mitruma izturība.
Dielektrisko materiālu veidi un klasifikācija
Izolatorus iedala grupās pēc vairākiem kritērijiem.
Klasifikācija pēc vielas agregācijas stāvokļa:
- ciets - stikls, keramika, azbests;
- šķidrums - augu un sintētiskās eļļas, parafīns, sašķidrinātā gāze, sintētiskie dielektriķi (silīcija un fluororganiskie savienojumi freons, freons);
- gāzveida - gaiss, slāpeklis, ūdeņradis.
Dielektriķi var būt dabiskas vai mākslīgas izcelsmes, organiskas vai sintētiskas dabas.
Organiskie dabiskie izolācijas materiāli ir augu eļļas, celuloze un gumija. Tiem raksturīga zema termiskā un mitruma izturība, ātra novecošanās. Sintētiskie organiskie materiāli ir dažāda veida plastmasa.
Pie dabiskas izcelsmes neorganiskiem dielektriķiem pieder: vizla, azbests, muskovīts, flogopīts. Vielas ir izturīgas pret ķīmisko iedarbību, iztur augstu temperatūru.Mākslīgie neorganiskie dielektriskie materiāli - stikls, porcelāns, keramika.
Kāpēc dielektriķi nevada elektrību?
Zema vadītspēja ir saistīta ar dielektrisko molekulu struktūru. Vielas daļiņas ir cieši saistītas viena ar otru, tās nevar atstāt atomu un pārvietoties pa visu materiāla tilpumu. Elektriskā lauka ietekmē atoma daļiņas spēj nedaudz atslābt – polarizēties.
Atkarībā no polarizācijas mehānisma dielektriskos materiālus iedala:
- nepolāras - vielas dažādos agregācijas stāvokļos ar elektronisku polarizāciju (inertās gāzes, ūdeņradis, polistirols, benzols);
- polāri - ir dipola relaksācija un elektroniskā polarizācija (dažādi sveķi, celuloze, ūdens);
- jonu - neorganiskas izcelsmes cietie dielektriķi (stikls, keramika).
Vielas dielektriskās īpašības nav nemainīgas. Augstas temperatūras vai augsta mitruma ietekmē elektroni atraujas no kodola un iegūst brīvo elektrisko lādiņu īpašības. Dielektriķa izolācijas īpašības šajā gadījumā ir samazinātas.
Uzticams dielektriķis ir materiāls ar zemu noplūdes strāvu, kas nepārsniedz kritisko vērtību un netraucē sistēmas darbību.
Kur tiek izmantoti dielektriķi un vadītāji?
Materiāli tiek izmantoti visās cilvēka darbības jomās, kur tiek izmantota elektriskā strāva: rūpniecībā, lauksaimniecībā, instrumentu ražošanā, elektrotīklos un sadzīves elektroierīcēs.
Vada izvēli nosaka tā tehniskie parametri. Produktiem, kas izgatavoti no sudraba, zelta, platīna, ir viszemākā pretestība.To izmantošana ir ierobežota kosmosa un militāriem mērķiem augsto izmaksu dēļ. Varš un alumīnijs vada strāvu nedaudz sliktāk, taču to salīdzinošais lētums ir izraisījis to plašu izmantošanu kā vadi un kabeļu izstrādājumi.
Tīri metāli bez piemaisījumiem labāk vada strāvu, bet dažos gadījumos ir nepieciešams izmantot vadītājus ar augstu pretestību - reostatu, elektrisko krāšņu un elektrisko sildītāju ražošanai. Šiem nolūkiem tiek izmantoti niķeļa, vara, mangāna (manganīna, konstantāna) sakausējumi. Volframa un molibdēna elektrovadītspēja ir 3 reizes zemāka nekā vara, taču to īpašības plaši izmanto elektrisko lampu un radioierīču ražošanā.
Cietie dielektriķi ir materiāli, kas nodrošina vadošo elementu drošību un nepārtrauktu darbību. Tos izmanto kā elektroizolācijas materiālu, novēršot strāvas noplūdi, izolē vadus vienu no otra, no ierīces korpusa, no zemes. Šāda produkta piemērs ir dielektriskie cimdi, kas ir aprakstīti mūsu rakstu.
Tiek izmantoti šķidrie dielektriķi kondensatori, strāvas kabeļi, turboģeneratoru un augstsprieguma eļļas slēdžu cirkulācijas dzesēšanas sistēmas. Materiāli tiek izmantoti kā pildījums un impregnēšana.
Gāzveida izolācijas materiāli. Gaiss ir dabisks izolators, kas nodrošina arī siltuma izkliedi. Slāpekli izmanto vietās, kur oksidatīvie procesi ir nepieņemami. Ūdeņradi izmanto jaudīgos ģeneratoros ar augstu siltuma jaudu.
Saskaņots vadītāju un dielektriķu darbs nodrošina iekārtu un elektroapgādes tīklu drošu un stabilu darbību. Konkrēta elementa izvēle konkrētajam uzdevumam ir atkarīga no vielas fizikālajām īpašībām un tehniskajiem parametriem.
Līdzīgi raksti:
