ПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ

24.02.2017

ПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ

Провідники в електричному полі. Провідники — це речовини, які характеризуються наявністю в них великої кількості вільних носіїв зарядів, здатних переміщатися під дією електричного поля. До провідників належать метали, електроліти, вугілля. В металах носіями вільних зарядів є електрони зовнішніх оболонок атомів, які при взаємодії атомів повністю втрачають зв’язки зі своїми атомами і стають власністю всього провідника в цілому. Вільні електрони беруть участь у тепловому русі подібно молекулам газу і можуть переміщатися по металу в будь-якому напрямку.

В металевому тілі (рис. 1.4) під дією зовнішнього електричного поля, що має напруженість Е, вільні електрони переміщаються назустріч лініям напруженості.

ПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ

Явище поділу зарядів, провідника зовнішнім електричним полем називається електростатичною індукцією.

В результаті поділу зарядів у провіднику створюється внутрішнє електричне поле з напруженістю Е. спрямоване протилежно зовнішньому. Під дією поля зміщується тільки частина електронів провідника, необхідна для створення Е. врівноважує Е.

Якщо б результуюча напруженість поля всередині провідника була більше нуля, тривало б розділення зарядів під її дією. Всередині провідника електричне поле відсутнє. Це властивість на практиці використовується для електростатичного екранування, тобто захисту якого-небудь пристрою, наприклад вимірювального механізму приладу, від впливу зовнішніх електричних полів. Прилад поміщають у металевий кожух, званий екраном.

Діелектрики електричному полі. В діелектриках практично відсутні вільні носії зарядів. Всі носії зарядів діелектриків входять до складу їх молекул, пов’язані між собою і під дією зовнішнього поля можуть зміщуватися лише на дуже малі відстані: в межах молекули або атома.

Багато діелектрики мають полярні молекули. При електричної нейтральності молекули в цілому її позитивний і негативний заряди розташовані асиметрично, що дозволяє представити полярні молекули так званими електричними диполями, т. е. як пару різнойменних зарядів, що знаходяться на невеликій відстані один від одного.

При відсутності зовнішнього поля молекули діелектрика орієнтовані довільно. У зовнішньому полі (рис. 1.5)

ПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ

Рис. 1.5

на кожен диполь діють дві сили, що прагнуть його повернути. Зміщення зарядів або орієнтація диполів під дією електричного поля називається поляризацією діелектрика.

Результатом поляризації діелектрика є утворення в ньому власного електричного поля, спрямованого зустрічно зовнішнього (рис. 1.5.)

Діелектрик ослаблює електричне поле. Величина, що показує, у скільки разів зменшиться напруженість поля, якщо замість вакууму застосувати діелектрик, називається относительнойдиэлектрической проникністю ε.

Діелектрична проникність — одна з найважливіших характеристик діелектриків. Її значення для різних матеріалів наводяться в довідниках. Так, для слюди ε = 4-6, порцеляни 5-7,5, паперу 2-3, скла 5,5—10, повітря 1 і т. д.

Під дією електричного поля в діелектрику спостерігається розсіювання частини енергії поля, яка перетворюється в теплоту. Значення цієї енергії в одиницю часу (потужність) прийнято називати діелектричними втратами. Діелектричні втрати в постійному електричному полі обумовлені протікає через діелектрик струмом (в реальному діелектрику завжди міститься невелика кількість вільних носіїв зарядів, що створюють струм). В змінному полі до них додаються втрати, пов’язані з поляризацією діелектрика.

Діелектричні втрати викликають нагрівання ізоляційних конструкцій електроустановок і погіршують умови їх роботи.

З іншого боку, нагрівання деяких речовин за рахунок діелектричних втрат використовується для їх сушіння або прискорення хімічних реакцій.

Діелектрики зберігають свої електроізоляційні властивості до певних значень напруженості поля. При випробуваннях діелектриків, підвищуючи напруженість електричного поля досягають таких її значень, при яких наступає пробій діелектрика (руйнування його дією сильного електричного поля). Напруженість поля, при якій настає пробій діелектрика, називають пробивною напруженістю Епр або електричною міцністю діелектрика, а напруга при пробої — пробивним напругою Uпр. .

Електрична міцність — основна властивість діелектриків. Електрична міцність повітря вПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ
однорідному полі — 30 кВ/см, порцеляни—150 кВ/см, слюди — 500 кВ/см і т. д.

Робочі напруженості діелектриків приймають в кілька разів (наприклад, у 3 рази) менше їх електричної міцності виходячи з вимог надійності.

Електроізоляційні матеріали. Окремі частини електричних пристроїв, що мають різні потенціали (проводи електричних ліній, обмотки трансформаторів, полюси генераторів і т. д.) ізолюються один від одного і від землі спеціальними матеріалами, які називаються електроізоляційними. В якості електроізоляційних матеріалів застосовуються газоподібні, рідкі і тверді діелектрики.

газоподібних діелектриків найбільше значення має повітря, що володіє малими електропровідністю і діелектричними втратами. Однак електрична міцність повітря значно нижче, ніж у більшості рідких та твердих діелектриків.

Рідкі діелектрики (нафтові масла, синтетичні рідини) мають хороші електроізоляційні властивості, з їх допомогою здійснюється гасіння дуги в високовольтних вимикачах і охолодження маслонаповнених апаратів (за рахунок циркуляції масла). Недоліком рідких діелектриків є різке зниження електроізоляційних властивостей при зволоженні і забруднення.

ПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ
твердих діелектриків в електричних пристроях застосовують:

волокнисті електроізоляційні матеріали (тканина, склотканина, картон, папір і ін) — для електроізоляції проводів, кабелів, електричних машин, апаратів, при виробництві лакотканей, гнучких трубок, шаруватих пластиків і т. д.;

ПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ
шаруваті пластики, одержувані пресуванням з різними зв’язуючими папери (гетинакс), тканин (текстоліт, склотекстоліт) для виготовлення панелей, підстав друкованих схем, корпусів, прокладок та інших деталей;

слюду і слюдяні вироби — як основний діелектрик конденсаторів і міжелектродному ізоляції в електронних лампах, а також для ізоляції електричних машин ПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ
у тих випадках, коли необхідна підвищена надійність;

гуму — для електроізоляції проводів і кабелів, виготовлення гнучких трубок, прокладок;

пластмаси — для виготовлення фасонних деталей і вузлів, що вимагають поєднання хороших електричних і механічних властивостей, електричних апаратів і приладів, дрібних електричних машин і трансформаторів;

керамічні матеріали — для виготовлення високовольтних ізоляторів, конденсаторів, каркасів котушок, штепсельних роз’ємів.

Особливу групу твердих діелектриків складають сегнетоэлектрики і електрети. Сегнетоэлектрики (сегнетовая сіль, титанат барію) на відміну від звичайних діелектриків володіють здатністю самостійно (без зовнішнього електричного поля) поляризуватися. Вони мають сильну залежність діелектричної проникності від напруженості поля, тиску і температури, а також великі значення відносної діелектричної проникності.

Електрети цікаві тим, що здатні тривалий час перебувати в наелектризовані змозі після зняття зовнішнього впливу, що викликало поляризацію. Вони є електричними аналогами постійних магнітів. Електрети отримують з восків і смол, полімерів, неорганічних діелектриків, охолоджуючи їх в сильному електричному полі (термоэлектреты) або опромінюючи світлом фотопровідні діелектрики в сильному електричному полі (фотоэлектреты). Застосовуються електрети в якості джерел постійного електричного поля в техніці зв’язку (мікрофони і телефони), як чутливі датчики в дозиметрії, як пьезодатчики і т. д

Короткий опис статті: кращі діелектрики

Джерело: ПРОВІДНИКИ І ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ

Також ви можете прочитати