No Image

Типы проводников и диэлектриков

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

Проводники

К проводникам относятся все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь(каменный уголь, графит, сажа, смола и т.д.)
К жидким проводникам относятся:вода, раствор солей, кислот и щелочей.
К газообразным относятся ионизированные газы.
Электрический ток в твердых проводниках-это направленное движение свободных электронов под действием ЭДС.
ЭДС-электронно-движущая сила.

Свойства проводников:

  1. Электрические
    • Удельное сопротивление веществ от которого зависит электропроводимость
    • Сверхпроводимость-это свойство некоторых материалов при температуре равной 101(-273) проводить эл.ток без препятствий, т.е. удельное сопротивление этих материалов равно нулю
    • Физические
      • плотность
      • температура плавления
      • Механические
        • Прочность на изгиб, растяжение и т.д., а также способность обрабатываться на станках
        • Химические
          • Свойства взаимодействовать с окружающей или противостоять коррозии
          • Свойства соединятся при помощи пайки, сварки

          Диэлектрики

          Не пропускают электрический ток.Диэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением.Используются для защиты проводника от влаги, механических повреждений, пыли.

          Диэлектрики бывают

          • твердые-все неметаллы;
          • жидкие-масла, синтетические жидкости СОВОЛ, СОВТОЛ
          • газообразные-все газы:воздух, кислород, азот и т.д.

          Свойства диэлектриков:

          1. Электрические свойства
            • Электрический пробой-устанавление большого тока, под действием высокого электрического напряжения к электроиоляционному материалу определенной толщины.
            • Электрическая прочность-это величина, равная напряжению, при котором может быть пробит электроизоляционному материал толщиной в единицу длины.
            • Физико-химические свойства
              • Нагревостойкость-это способность диэлектрика длительно выдерживать заданную рабочую температуру без заметного изменения своих электроизоляционных качеств.
              • Холодостойкость-способность материала переносить резкие перепады температуры, от +120, до – 120
              • Смачиваемость-способность материала отторгать влагу, испытания проводятся в климатических камерах, типа ELKA, где изделие подвергается увлажнению, создается ТУМАН и мгновенный перепад температуры-СУШКА, и так несколько циклов!
              • Химические
                • Должны противостоять активной(агрессивной) среде
                • Способность склеиваться
                • Растворение в лаках и растворителях, склеиваться
                • Механические
                  • Защита металлических проводников от коррозии
                  • Радиационная стойкость
                  • Вязкость(для жидких диэлектриков)
                  • Вязкость-время истечения жидкости из сосуда, имеющего определенную форму и отверстие
                  • Предел прочности, твердости
                  • Обработка инструментом

                  Диэлектриками называют вещества, практически не проводящие электрического тока. В диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных носителей заряда – заряженных частиц, которые могли бы прийти под действием электрического поля в упорядоченное движение и образовать ток проводимости.

                  Термин «диэлектрик» введен М. Фарадеем для обозначения веществ, через которые проникают электрические поля, в отличие от металлов, внутри которых электростатическое поле равно нулю. К диэлектрикам относят твердые тела, такие, как эбонит, янтарь, фарфор, жидкости (например, чистая вода) и газы при нормальных условиях.

                  При внесении в электрическое поле каких-либо диэлектриков электрическое поле изменяется. Такую особенность диэлектриков можно пронаблюдать на следующем эксперименте. Приблизим к электрометру какое-либо незаряженное диэлектрическое тело, например толстую стеклянную пластину (рис. 10.18).

                  Мы увидим, что показания электрометра уменьшаются, когда пластина находится вблизи электрометра, и вновь восстанавливается при удалении пластины.

                  Если заменить диэлектрик на проводник, то мы будем наблюдать такое же явление. Известно, что на проводнике возникают индукционные заряды, которые и изменяют электрическое поле. Отсюда можно сделать вывод, что и на диэлектрике в электрическом поле также возникают заряды. При этом на ближайшем к телу части диэлектрика появляются заряды, разноименные с зарядом влияющего тела, а на удаленной части диэлектрика – одноименные заряды (рис. 10.18). Появление зарядов на диэлектрике ведет к возникновению сил, действующих на диэлектрики, даже если они первоначально были незаряженными.

                  Читайте также:  Как проверить предохранитель без тестера в микроволновке

                  Условно выделяют три класса диэлектриков:

                  1) с полярными молекулами:

                  2) с неполярными молекулами;

                  К первому классу относятся такие вещества, как вода, нитробензол и др. Молекулы этих диэлектриков не симметричны, «центры масс» их положительных и отрицательных зарядов не совпадают, и они, подобно диполю, обладают дипольным моментом даже в отсутствие электрического
                  поля.

                  На рисунке 10.19 схематически показаны молекулы соляной кислоты (а) и воды (б).

                  При отсутствии электрического поля дипольные моменты молекул ориентированны хаотически (рис.10.20, а).

                  В этом случае векторная сумма дипольных моментов всех N молекул равна нулю:

                  Если полярный диэлектрик поместить в электрическое поле, то дипольные моменты молекул стремятся ориентироваться вдоль линий напряженности поля (рис.10.20, б), однако полной ориентации не будет из-за молекулярно-теплового хаотического движения.

                  Ко второму классу диэлектриков относятся такие вещества (например, водород, кислород и др.), молекулы которых в отсутствие электрического поля не имеет дипольного момента. В таких молекулах заряды электронов и ядер расположены так, что «центры масс» положительных и отрицательных зарядов совпадают.

                  Если неполярную молекулу поместить в электрическое поле, то разноименные заряды несколько сместятся в противоположные стороны, и молекула приобретет дипольный момент. На рисунке схематически в виде кружков показаны молекулы такого диэлектрика в отсутствие (рис. 10.21, а) и при наличии поля (рис.10.21, б). Стрелками показано направление дипольных моментов молекул.

                  Третий класс – кристаллические диэлектрики (например, NaCl), решетка которых состоит из положительных и отрицательных ионов. Такой диэлектрик можно схематически рассматривать как совокупность двух «подрешеток», одна из которых заряжена положительно, другая отрицательно. При отсутствии поля подрешетки расположены симметрично и суммарный электрический момент такого диэлектрика равен нулю. Если диэлектрик поместить в электрическое поле, то подрешетки немного сместятся в противоположные стороны.

                  При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, состоящая в том, что в любом малом его объеме возникает отличный от нуля суммарный дипольный электрический момент молекул. Заряды, возникающие на диэлектриках в электрическом поле, называются поляризационными.

                  Для количественной характеристики поляризации диэлектрика служит специальная физическая величина, называемая поляризованностью (вектор поляризации). Поляризованностью диэлектрика называют электрический момент единицы объема диэлектрика:

                  (10.9.1)

                  Единицей поляризованности является кулон на квадратный метр (Кл/м 2 ).

                  При поляризации диэлектрика на одной его поверхности (грани) создаются положительные заряды, а на другой – отрицательные (рис 10.20, б и 10. 21, б). Эти электрические заряды называют связанными, так как они принадлежат молекулам диэлектрика и не могут перемещаться отдельно от молекулы или быть удалены с поверхности диэлектрика в отличие от свободных зарядов, которых в идеальном диэлектрике нет.

                  Читайте также:  Как размножить живую изгородь

                  Рассмотрим электрическое поле между пластинами конденсатора, которое характеризуется напряженностью (рис.10.22). Внесем в это поле пластину из однородного изотропного диэлектрика. В изотропном диэлектрике поляризация постоянна и не зависит от направления поля.

                  Смещение зарядов в таких диэлектриках происходит в направлении электрического поля, и поэтому векторы напряженности и поляризации параллельны.

                  Под действием электрического поля диэлектрик поляризуется, и на его поверхности появляются связанные заряды с поверхностной плотностью . Эти заряды создают внутри пластины однородное поле напряженностью

                  .

                  Напряженность поля при отсутствии диэлектрика:

                  В результате в диэлектрике будет электрическое поле, напряженность которого

                  (10.9.2)

                  Поверхностная плотность связанных зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации, т.е. .

                  С учетом этого напряженность результирующего поля:

                  , (10.9.3)

                  Таким образом, вектор поляризации пропорционален напряженности электрического поля в диэлектрике. Величина называется диэлектрическая восприимчивость среды, которая вместе с диэлектрической проницаемостью характеризует способность диэлектрика к поляризации и зависит от его молекулярного строения, а также от температуры.

                  Известно, что диэлектрическая проницаемость среды равна отношению силы взаимодействия зарядов в вакууме к силе взаимодействия этих же зарядов на том же расстоянии в среде:

                  Так как напряженность электрического поля пропорциональна силе, действующей на заряд, то можно записать аналогичное соотношение

                  ,

                  т.е. при внесении диэлектрика в электрическое поле его характеристики уменьшаются в ε раз.

                  Дата добавления: 2014-11-18 ; Просмотров: 3003 ; Нарушение авторских прав? ;

                  Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет


                  Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

                  Что представляют собой проводники?

                  Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу.

                  Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

                  Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод.

                  Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

                  • показатель сопротивления;
                  • показатель электропроводности.

                  Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность.

                  Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.

                  Например кабельная продукция: медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

                  Что представляют собой диэлектрики?

                  Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу.

                  Читайте также:  Где лучше посадить лук под зиму

                  Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

                  Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств.

                  Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач.

                  Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.

                  Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

                  Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос).

                  Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно.

                  Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы.

                  Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах.

                  Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля.

                  Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника.

                  Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.

                  Что такое полупроводник?

                  Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника.

                  С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы.

                  Полупроводниками являются кремний и германий.

                  Комментировать
                  0 просмотров
                  Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

                  Это интересно
                  No Image Строительство
                  0 комментариев
                  No Image Строительство
                  0 комментариев
                  No Image Строительство
                  0 комментариев
                  No Image Строительство
                  0 комментариев
                  Adblock detector