Độ dẫn điện của chất điện môi là một đặc tính vật lý quan trọng. Thông tin về nó cho phép bạn xác định các lĩnh vực ứng dụng của vật liệu.
Điều khoản
Theo độ dẫn của dòng điện, các chất được chia thành các nhóm:
- dielectrics;
- bán dẫn;
- dây dẫn.
Kim loại là chất dẫn điện tuyệt vời - độ dẫn điện của chúng đạt đến 106-108 (Ohm m)-1.
Và vật liệu điện môi không có khả năng dẫn điện nên được dùng làm chất cách điện. Chúng không có hạt mang điện tích tự do, khác nhau về cấu trúc lưỡng cực của phân tử.
Chất bán dẫn là vật liệu rắn có giá trị độ dẫn trung gian.
Phân loại
Tất cả các vật liệu điện môi được chia thành các loại phân cực và không phân cực. Trong vật cách điện có cực, tâm của các điện tích dương và âm nằm lệch tâm. Các phân tử của những chất này giống nhau về các thông số điện của chúng với một lưỡng cực cứng, có mômen lưỡng cực riêng của nó. Nước có thể được sử dụng làm chất điện môi phân cực.amoniac, hydro clorua.
Các chất điện môi không phân cực được phân biệt bởi sự trùng hợp của tâm các điện tích âm và dương. Chúng có đặc điểm điện tương tự như một lưỡng cực đàn hồi. Ví dụ về các chất cách điện như vậy là hydro, oxy, cacbon tetraclorua.
Độ dẫn điện
Tính dẫn điện của chất điện môi được giải thích bằng sự hiện diện của một số lượng nhỏ các điện tử tự do trong phân tử của chúng. Với sự dịch chuyển của các điện tích bên trong chất trong một khoảng thời gian nhất định, vị trí cân bằng dần dần được quan sát thấy, đó là nguyên nhân làm xuất hiện dòng điện. Độ dẫn điện của chất điện môi tồn tại tại thời điểm đóng cắt và bật điện áp. Các mẫu kỹ thuật của chất cách điện có số lượng điện tích tự do tối đa, do đó, dòng điện thông qua xuất hiện trong chúng là không đáng kể.
Độ dẫn điện của chất điện môi trong trường hợp giá trị điện áp không đổi được tính từ dòng điện chạy qua. Quá trình này liên quan đến việc giải phóng và trung hòa các điện tích hiện có trên các điện cực. Trong trường hợp điện áp xoay chiều, giá trị của độ dẫn điện hoạt động không chỉ bị ảnh hưởng bởi dòng điện chạy qua mà còn bởi các thành phần tích cực của dòng điện phân cực.
Tính chất điện của chất điện môi phụ thuộc vào mật độ dòng điện, điện trở của vật liệu.
Solid Dielectrics
Độ dẫn điện của chất điện môi rắn được chia thành khối lượng và bề mặt. Để so sánh các thông số này cho các vật liệu khác nhau, các giá trị của khối lượng riêng và bề mặt cụ thể được sử dụng.kháng chiến.
Độ dẫn hoàn toàn là tổng của hai giá trị này, giá trị của nó phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường và nhiệt độ môi trường. Trong trường hợp hoạt động liên tục dưới điện áp, có sự giảm dòng điện chạy qua chất cách điện chất lỏng và chất rắn.
Và trong trường hợp dòng điện tăng lên sau một khoảng thời gian nhất định, chúng ta có thể nói về thực tế là các quá trình không thể đảo ngược sẽ xảy ra bên trong chất, dẫn đến phá hủy (đánh thủng chất điện môi).
Đặc điểm của trạng thái khí
Các chất điện môi ở thể khí có độ dẫn điện không đáng kể nếu cường độ trường có giá trị nhỏ nhất. Sự xuất hiện của dòng điện trong các chất ở thể khí chỉ có thể xảy ra trong những trường hợp đó khi chúng chứa các electron tự do hoặc các ion mang điện.
Chất điện môi ở dạng khí là chất cách điện chất lượng cao, do đó chúng được sử dụng trong các thiết bị điện tử hiện đại với khối lượng lớn. Sự ion hóa trong các chất như vậy là do các yếu tố bên ngoài gây ra.
Do sự va chạm của các ion khí, cũng như khi tiếp xúc với nhiệt, tia cực tím hoặc tia X, quá trình hình thành các phân tử trung tính (tái kết hợp) cũng được quan sát thấy. Nhờ quá trình này, sự gia tăng số lượng ion trong khí được hạn chế, một nồng độ nhất định của các hạt mang điện được thiết lập trong một khoảng thời gian ngắn sau khi tiếp xúc với nguồn ion hóa bên ngoài.
Trong quá trình tăng hiệu điện thế đặt vào chất khí, chuyển động của các ion đến các điện cực tăng lên. Họ không phảicó thời gian để kết hợp lại, vì vậy chúng được phóng điện ở các điện cực. Khi tăng điện áp sau đó, dòng điện không tăng, nó được gọi là dòng điện bão hòa.
Xem xét các chất điện môi không phân cực, chúng tôi lưu ý rằng không khí là chất cách điện hoàn hảo.
Chất điện môi lỏng
Tính dẫn điện của chất điện môi chất lỏng được giải thích bởi tính chất đặc thù của cấu trúc của các phân tử chất lỏng. Dung môi không phân cực chứa các tạp chất phân ly, bao gồm cả độ ẩm. Trong các phân tử phân cực, tính dẫn của dòng điện cũng được giải thích bằng quá trình phân hủy thành các ion của chính chất lỏng.
Ở trạng thái tập hợp này, dòng điện cũng là do chuyển động của các hạt keo. Do không thể loại bỏ hoàn toàn các tạp chất khỏi chất điện môi như vậy, các vấn đề nảy sinh trong việc thu được chất lỏng có độ dẫn điện thấp.
Tất cả các loại cách điện liên quan đến việc tìm kiếm các tùy chọn để giảm độ dẫn điện cụ thể của chất điện môi. Ví dụ, các tạp chất được loại bỏ, chỉ thị nhiệt độ được điều chỉnh. Nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt, tăng tính linh động của các ion và tăng mức độ phân ly nhiệt. Những yếu tố này ảnh hưởng đến độ dẫn điện của vật liệu điện môi.
Tính dẫn điện của chất rắn
Nó được giải thích bởi sự chuyển động của không chỉ các ion của chất cách điện mà còn cả các hạt mang điện của tạp chất chứa bên trong vật liệu rắn. Khi nó đi qua chất cách điện rắn, việc loại bỏ một phần tạp chất xảy ra, dần dầnảnh hưởng đến sự dẫn truyền. Có tính đến các đặc điểm cấu trúc của mạng tinh thể, chuyển động của các hạt mang điện là do sự dao động của chuyển động nhiệt.
Ở nhiệt độ thấp, các ion tạp chất âm và dương chuyển động. Các kiểu cô lập như vậy là điển hình cho các chất có cấu trúc tinh thể phân tử và nguyên tử.
Đối với tinh thể dị hướng, giá trị của độ dẫn điện riêng thay đổi tùy theo trục của nó. Ví dụ, trong thạch anh theo hướng song song với trục chính, nó vượt quá vị trí vuông góc 1000 lần.
Trong chất điện môi xốp rắn, nơi thực tế không có hơi ẩm, điện trở tăng nhẹ dẫn đến tăng điện trở của chúng. Các chất có chứa tạp chất hòa tan trong nước cho thấy khả năng chịu đựng của thể tích giảm đáng kể do thay đổi độ ẩm.
Sự phân cực của các chất điện môi
Hiện tượng này liên quan đến sự thay đổi vị trí của các phần tử của chất cách điện trong không gian, dẫn đến việc mỗi thể tích vĩ mô của chất điện môi thu được một số mômen điện (cảm ứng).
Có sự phân cực xảy ra dưới tác động của trường bên ngoài. Họ cũng phân biệt một phiên bản phân cực tự phát xuất hiện ngay cả khi không có trường bên ngoài.
Tính cho phép tương đối được đặc trưng bởi:
- điện dung của tụ điện với chất điện môi này;
- độ lớn của nó trong chân không.
Quá trình này đi kèm với sự xuất hiện củabề mặt của chất điện môi chứa các điện tích liên kết, làm giảm sức căng bên trong chất.
Trong trường hợp hoàn toàn không có trường bên ngoài, một phần tử riêng biệt của khối điện môi không có mômen điện, vì tổng của tất cả các điện tích bằng 0 và có sự trùng hợp của điện tích âm và điện tích dương trong không gian.
Tùy chọn phân cực
Trong quá trình phân cực electron, sự chuyển dịch xảy ra dưới ảnh hưởng của trường bên ngoài của các lớp vỏ electron của nguyên tử. Trong biến thể ion, người ta quan sát thấy sự thay đổi của các vị trí mạng tinh thể. Sự phân cực lưỡng cực được đặc trưng bởi những tổn thất để vượt qua ma sát bên trong và các lực liên kết. Phiên bản cấu trúc của sự phân cực được coi là quá trình chậm nhất, nó được đặc trưng bởi sự định hướng của các tạp chất vĩ mô không đồng nhất.
Kết
Vật liệu cách điện là những chất cho phép bạn có được cách điện đáng tin cậy của một số thành phần của thiết bị điện dưới một số thế điện nhất định. So với các chất dẫn điện hiện tại, nhiều chất cách điện có điện trở cao hơn đáng kể. Chúng có thể tạo ra điện trường mạnh và tích lũy thêm năng lượng. Đó là đặc tính của chất cách điện được sử dụng trong các tụ điện hiện đại.
Tùy thuộc vào thành phần hóa học, chúng được chia thành vật liệu tự nhiên và tổng hợp. Nhóm thứ hai là nhiều nhất, do đó, những chất cách điện này được sử dụng trong nhiều loại thiết bị điện.
Tùy thuộc vào đặc tính công nghệ, cấu trúc, thành phần, màng, gốm, sáp, khoáng chất cách điện được cách ly.
Khi đạt đến điện áp đánh thủng, người ta quan sát thấy hiện tượng đánh thủng, dẫn đến cường độ dòng điện tăng mạnh. Trong số các tính năng đặc trưng của hiện tượng như vậy, người ta có thể chỉ ra một chút phụ thuộc của cường độ vào ứng suất và nhiệt độ, độ dày.
