İletkenler ve dielektrikler, farklı derecelerde elektrik iletkenliğine sahip olan ve bir elektrik alanının hareketine farklı tepki veren fiziksel maddelerdir. Malzemelerin zıt özellikleri, elektrik mühendisliğinin tüm alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
İçerik
İletkenler ve dielektrikler nelerdir
iletkenler - harici bir elektrik alanının etkisi altında yönlü hareket edebilen serbest elektrik yüklü maddeler. Bu özellikler şunlardır:
- metaller ve bunların eriyikleri;
- doğal karbon (kömür, grafit);
- elektrolitler - tuzların, asitlerin ve alkalilerin çözeltileri;
- iyonize gaz (plazma).
Malzemelerin ana özelliği: serbest yükler - katı iletkenlerdeki elektronlar ve çözeltilerdeki iyonlar ve eriyikler, iletkenin tüm hacmi boyunca hareket ederek elektrik akımı iletir.İletkene uygulanan bir elektrik voltajının etkisi altında bir iletim akımı oluşur. Direnç ve elektriksel iletkenlik, malzemenin ana göstergeleridir.
Dielektrik malzemelerin özellikleri iletkenlerinkiyle zıttır. elektrik. dielektrikler (izolatörler) - nötr atomlardan ve moleküllerden oluşur. Bir elektrik alanının etkisi altında yüklü parçacıkları hareket ettirme yetenekleri yoktur. Bir elektrik alanındaki dielektrikler, yüzeyde telafi edilmemiş yükler biriktirir. Yalıtkan içine yönlendirilmiş bir elektrik alanı oluştururlar, dielektrik polarize edilir.
Polarizasyonun bir sonucu olarak, dielektrik yüzeyindeki yükler elektrik alanını azaltma eğilimindedir. Elektriksel yalıtkan malzemelerin bu özelliğine, dielektrikin dielektrik sabiti denir.
Malzemelerin özellikleri ve fiziksel özellikleri
İletkenlerin parametreleri, uygulamalarının kapsamını belirler. Ana fiziksel özellikler:
- elektrik direnci - bir maddenin elektrik akımının geçişini engelleme yeteneğini karakterize eder;
- sıcaklık direnç katsayısı - sıcaklığa bağlı olarak göstergedeki değişimi karakterize eden bir değer;
- termal iletkenlik - bir malzeme tabakasından birim zamanda geçen ısı miktarı;
- temas potansiyel farkı - birbirine benzemeyen iki metal temas ettiğinde ortaya çıkar. termokupllar sıcaklık ölçümü için;
- çekme mukavemeti ve çekme uzaması - metalin türüne bağlıdır.
Kritik sıcaklıklara soğutulduğunda, iletkenin direnci sıfır olma eğilimindedir. Bu fenomene süperiletkenlik denir.
İletkeni karakterize eden özellikler:
- elektrik - direnç ve elektriksel iletkenlik;
- kimyasal - çevre ile etkileşim, korozyon önleyici, kaynak veya lehimleme ile bağlanma yeteneği;
- fiziksel - yoğunluk, erime noktası.
Dielektriklerin bir özelliği, elektrik akımının etkilerine direnmektir. Elektrik yalıtım malzemelerinin fiziksel özellikleri:
- dielektrik sabiti - yalıtkanların bir elektrik alanında polarize olma yeteneği;
- özgül hacim direnci;
- elektrik gücü;
- dielektrik kayıp tanjantı.
Yalıtım malzemeleri aşağıdaki parametrelerle karakterize edilir:
- elektrik - arıza voltajının büyüklüğü, elektrik gücü;
- fiziksel - ısı direnci;
- kimyasal - agresif ajanlarda çözünürlük, nem direnci.
Dielektrik malzemelerin türleri ve sınıflandırılması
İzolatörler çeşitli kriterlere göre gruplara ayrılır.
Bir maddenin kümelenme durumuna göre sınıflandırma:
- katı - cam, seramik, asbest;
- sıvı - bitkisel ve sentetik yağlar, parafin, sıvılaştırılmış gaz, sentetik dielektrikler (silikon ve organoflor bileşikleri freon, freon);
- gazlı - hava, azot, hidrojen.
Dielektrikler, doğal veya yapay kaynaklı, organik veya sentetik olabilir.
Organik doğal yalıtım malzemeleri arasında bitkisel yağlar, selüloz ve kauçuk bulunur. Düşük termal ve nem direnci, hızlı yaşlanma ile karakterizedirler. Sentetik organik malzemeler çeşitli plastik türleridir.
Doğal kaynaklı inorganik dielektrikler şunları içerir: mika, asbest, muskovit, flogopit. Maddeler kimyasal saldırılara karşı dayanıklıdır, yüksek sıcaklıklara dayanır.Yapay inorganik dielektrik malzemeler - cam, porselen, seramik.
Dielektrikler neden elektriği iletmez?
Düşük iletkenlik, dielektrik moleküllerin yapısından kaynaklanmaktadır. Madde parçacıkları birbirleriyle yakından ilişkilidir, atomdan ayrılamazlar ve malzemenin tüm hacmi boyunca hareket edemezler. Bir elektrik alanının etkisi altında, bir atomun parçacıkları hafifçe gevşeyebilir - polarize olabilir.
Polarizasyon mekanizmasına bağlı olarak, dielektrik malzemeler ayrılır:
- polar olmayan - elektronik polarizasyonlu çeşitli kümelenme durumlarındaki maddeler (inert gazlar, hidrojen, polistiren, benzen);
- polar - dipol-gevşeme ve elektronik polarizasyona sahiptir (çeşitli reçineler, selüloz, su);
- iyonik - inorganik kökenli katı dielektrikler (cam, seramik).
Bir maddenin dielektrik özellikleri sabit değildir. Yüksek sıcaklık veya yüksek nemin etkisi altında elektronlar çekirdekten ayrılır ve serbest elektrik yüklerinin özelliklerini kazanır. Bu durumda dielektrikin yalıtım özellikleri azalır.
Güvenilir bir dielektrik, kritik bir değeri aşmayan ve sistemin çalışmasını bozmayan düşük kaçak akıma sahip bir malzemedir.
Dielektrikler ve iletkenler nerelerde kullanılır?
Malzemeler, elektrik akımının kullanıldığı tüm insan faaliyet alanlarında kullanılmaktadır: sanayi, tarım, alet yapımı, elektrik şebekeleri ve elektrikli ev aletleri.
İletken seçimi teknik özelliklerine göre belirlenir. Gümüş, altın, platinden yapılmış ürünler en düşük dirence sahiptir.Maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle kullanımları uzay ve askeri amaçlarla sınırlıdır. Bakır ve alüminyum akımı biraz daha kötü iletir, ancak karşılaştırmalı ucuzlukları yaygın olarak kullanılmalarına yol açmıştır. teller ve kablo ürünleri.
Safsızlık içermeyen saf metaller akımı daha iyi iletir, ancak bazı durumlarda reostatların, elektrikli fırınların ve elektrikli ısıtıcıların üretimi için yüksek dirençli iletkenlerin kullanılması gerekir. Bu amaçlar için nikel, bakır, manganez (manganin, konstantan) alaşımları kullanılır. Tungsten ve molibdenin elektrik iletkenliği bakırdan 3 kat daha düşüktür, ancak özellikleri elektrik lambaları ve radyo cihazlarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Katı dielektrikler, iletken elemanların güvenliğini ve kesintisiz çalışmasını sağlayan malzemelerdir. Elektrik izolasyon malzemesi olarak kullanılır, akım kaçağını önler, iletkenleri birbirinden, cihaz kasasından, topraktan izole eder. Böyle bir ürüne örnek olarak, aşağıda açıklanan dielektrik eldivenler verilebilir. makale.
Sıvı dielektrikler kullanılır kapasitörler, güç kabloları, turbojeneratörlerin ve yüksek voltajlı yağlı devre kesicilerin sirkülasyonlu soğutma sistemleri. Malzemeler dolgu ve emprenye olarak kullanılmaktadır.
Gazlı yalıtım malzemeleri. Hava, ısı dağılımını da sağlayan doğal bir yalıtkandır. Oksidatif süreçlerin kabul edilemez olduğu yerlerde azot kullanılır. Hidrojen, yüksek ısı kapasitesine sahip güçlü jeneratörlerde kullanılmaktadır.
İletkenlerin ve dielektriklerin koordineli çalışması, ekipman ve güç kaynağı ağlarının güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlar. Eldeki görev için belirli bir elementin seçimi, maddenin fiziksel özelliklerine ve teknik parametrelerine bağlıdır.
Benzer makaleler:
