الموصلية الكهربائية للعوازل هي خاصية فيزيائية مهمة. تتيح لك المعلومات المتعلقة به تحديد مجالات تطبيق المواد.
الشروط
حسب موصلية التيار الكهربائي ، تنقسم المواد إلى مجموعات:
- عوازل ؛
- أشباه الموصلات ؛
- موصلات.
المعادن هي موصلات تيار ممتازة - تصل موصليةها الكهربائية إلى 106-108 (أوم م)-1.
والمواد العازلة غير قادرة على توصيل الكهرباء لذا فهي تستخدم كعوازل. ليس لديهم ناقلات شحن مجانية ، وتختلف في التركيب ثنائي القطب للجزيئات.
أشباه الموصلات عبارة عن مواد صلبة ذات قيم توصيل وسيطة.
التصنيف
جميع المواد العازلة للكهرباء مقسمة إلى أنواع قطبية وغير قطبية. في العوازل القطبية ، تكون مراكز الشحنات الموجبة والسالبة بعيدة عن المركز. تتشابه جزيئات هذه المواد في معلماتها الكهربائية مع ثنائي القطب الصلب ، الذي له عزم ثنائي القطب خاص به. يمكن استخدام الماء كعوازل قطبية.الأمونيا ، كلوريد الهيدروجين.
تتميز العوازل غير القطبية بمصادفة مراكز الشحنات الموجبة والسالبة. تتشابه في الخصائص الكهربائية مع ثنائي القطب المرن. ومن أمثلة هذه العوازل الهيدروجين والأكسجين ورابع كلوريد الكربون.
الموصلية الكهربائية
يتم تفسير الموصلية الكهربائية للعوازل من خلال وجود عدد صغير من الإلكترونات الحرة في جزيئاتها. مع إزاحة الشحنات داخل المادة خلال فترة زمنية معينة ، يتم ملاحظة إنشاء تدريجي لوضع التوازن ، وهذا هو سبب ظهور التيار. توجد الموصلية الكهربائية للعوازل في لحظة إيقاف التشغيل والجهد. تحتوي العينات الفنية للعوازل على الحد الأقصى لعدد الشحنات المجانية ، وبالتالي تظهر فيها التيارات غير المهمة.
يتم حساب الموصلية الكهربائية للعوازل في حالة قيمة الجهد الثابت من خلال التيار. تتضمن هذه العملية تحرير الشحنات الموجودة على الأقطاب الكهربائية وتحييدها. في حالة الجهد المتناوب ، لا تتأثر قيمة التوصيل النشط بالتيار المباشر فحسب ، بل تتأثر أيضًا بالمكونات النشطة لتيارات الاستقطاب.
تعتمد الخواص الكهربائية للعوازل على الكثافة الحالية ، ومقاومة المادة.
عوازل صلبة
الموصلية الكهربائية للعوازل الصلبة مقسمة إلى كتلة وسطح. لمقارنة هذه المعلمات للمواد المختلفة ، يتم استخدام قيم الحجم المحدد والسطح المحدد.مقاومة
التوصيل الكامل هو مجموع هاتين القيمتين ، وتعتمد قيمته على رطوبة البيئة ودرجة الحرارة المحيطة. في حالة التشغيل المستمر تحت الجهد ، هناك انخفاض في التيار المار عبر العوازل السائلة والصلبة.
وفي حالة زيادة التيار بعد فترة زمنية معينة ، يمكننا التحدث عن حقيقة أن عمليات لا رجعة فيها ستحدث داخل المادة ، مما يؤدي إلى تدمير (انهيار العازل).
ملامح الحالة الغازية
الموصلية الكهربائية الغازية لا تذكر إذا كانت شدة المجال تأخذ القيم الدنيا. لا يمكن حدوث تيار في المواد الغازية إلا في الحالات التي تحتوي فيها على إلكترونات حرة أو أيونات مشحونة.
العوازل الغازية هي عوازل عالية الجودة ، لذلك فهي تستخدم في الإلكترونيات الحديثة بكميات كبيرة. التأين في مثل هذه المواد ناتج عن عوامل خارجية.
بسبب اصطدام أيونات الغاز ، وكذلك تحت التعرض للحرارة ، والأشعة فوق البنفسجية أو التعرض للأشعة السينية ، لوحظ أيضًا عملية تكوين الجزيئات المحايدة (إعادة التركيب). بفضل هذه العملية ، فإن الزيادة في عدد الأيونات في الغاز محدودة ، ويتم إنشاء تركيز معين للجسيمات المشحونة في فترة زمنية قصيرة بعد التعرض لمصدر تأين خارجي.
في عملية زيادة الجهد المطبق على الغاز ، تزداد حركة الأيونات إلى الأقطاب الكهربائية. هم ليسوالديك وقت لإعادة الاتحاد ، لذلك يتم تفريغها عند الأقطاب الكهربائية. مع الزيادة اللاحقة في الجهد ، لا يزيد التيار ، ويسمى تيار التشبع.
بالنظر إلى العوازل غير القطبية ، نلاحظ أن الهواء عازل مثالي.
العوازل السائلة
يتم تفسير الموصلية الكهربائية للعوازل السائلة بخصائص بنية الجزيئات السائلة. تحتوي المذيبات غير القطبية على شوائب منفصلة ، بما في ذلك الرطوبة. في الجزيئات القطبية ، يتم تفسير موصلية التيار الكهربائي أيضًا من خلال عملية التفكك إلى أيونات السائل نفسه.
في هذه الحالة من التجميع ، يحدث التيار أيضًا بسبب حركة الجسيمات الغروية. بسبب استحالة إزالة الشوائب تمامًا من مثل هذا العازل ، تنشأ مشاكل في الحصول على السوائل ذات الموصلية الحالية المنخفضة.
تتضمن جميع أنواع العزل البحث عن خيارات لتقليل الموصلية المحددة للعوازل الكهربائية. على سبيل المثال ، تتم إزالة الشوائب ، ويتم ضبط مؤشر درجة الحرارة. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض اللزوجة وزيادة في حركة الأيونات وزيادة درجة التفكك الحراري. تؤثر هذه العوامل على موصلية المواد العازلة.
التوصيل الكهربائي للمواد الصلبة
يفسر من خلال حركة ليس فقط أيونات العازل نفسه ، ولكن أيضًا الجسيمات المشحونة من الشوائب الموجودة داخل المادة الصلبة. أثناء مروره عبر العازل الصلب ، تحدث إزالة جزئية للشوائب ، والتي تحدث بشكل تدريجييؤثر على التوصيل. مع الأخذ في الاعتبار السمات الهيكلية للشبكة البلورية ، فإن حركة الجسيمات المشحونة ترجع إلى التقلبات في الحركة الحرارية.
في درجات حرارة منخفضة ، تتحرك أيونات الشوائب الموجبة والسالبة. هذه الأنواع من العزلة نموذجية للمواد ذات التركيب البلوري الجزيئي والذري.
بالنسبة للبلورات متباينة الخواص ، تختلف قيمة الموصلية المحددة اعتمادًا على محاورها. على سبيل المثال ، في الكوارتز في الاتجاه الموازي للمحور الرئيسي ، فإنه يتجاوز الموضع العمودي بمقدار 1000 مرة.
في العوازل الصلبة المسامية ، حيث لا توجد رطوبة عمليًا ، تؤدي الزيادة الطفيفة في المقاومة الكهربائية إلى زيادة مقاومتها الكهربائية. المواد التي تحتوي على شوائب قابلة للذوبان في الماء تظهر انخفاضًا ملحوظًا في مقاومة الحجم بسبب التغيرات في الرطوبة.
استقطاب العوازل
ترتبط هذه الظاهرة بتغير في موضع جسيمات العازل في الفضاء ، مما يؤدي إلى اكتساب بعض اللحظات الكهربية (المستحثة) بكل حجم مجهري من العازل.
هناك استقطاب يحدث تحت تأثير مجال خارجي. كما أنها تميز نسخة عفوية من الاستقطاب الذي يظهر حتى في حالة عدم وجود مجال خارجي.
السماحية النسبية تتميز بـ:
- سعة مكثف مع هذا العازل ؛
- قوته في الفراغ
ويرافق هذه العملية مظهرسطح العازل الكهربائي للشحنات المقيدة ، مما يقلل من مقدار التوتر داخل المادة.
في حالة الغياب التام لمجال خارجي ، لا يحتوي عنصر منفصل من حجم العازل الكهربائي على عزم كهربائي ، لأن مجموع كل الشحنات هو صفر وهناك مصادفة لشحنات سالبة وموجبة في الفضاء
خيارات الاستقطاب
أثناء استقطاب الإلكترون ، يحدث التحول تحت تأثير المجال الخارجي لقذائف الإلكترون للذرة. في المتغير الأيوني ، لوحظ تحول في مواقع الشبكة. يتميز الاستقطاب ثنائي القطب بخسائر للتغلب على الاحتكاك الداخلي وقوى الترابط. تعتبر النسخة الهيكلية للاستقطاب أبطأ عملية ، وتتميز بتوجيه الشوائب العيانية غير المتجانسة.
الخلاصة
المواد العازلة للكهرباء هي مواد تسمح لك بالحصول على عزل موثوق لبعض مكونات المعدات الكهربائية في ظل إمكانات كهربائية معينة. بالمقارنة مع الموصلات الحالية ، تتمتع العديد من العوازل بمقاومة كهربائية أعلى بشكل ملحوظ. إنهم قادرون على إنشاء مجالات كهربائية قوية وتجميع طاقة إضافية. إنها خاصية العوازل التي تستخدم في المكثفات الحديثة.
اعتمادًا على التركيب الكيميائي ، يتم تقسيمهم إلى مواد طبيعية وتركيبية. المجموعة الثانية هي الأكثر عددًا ، لذلك فإن هذه العوازل هي التي تستخدم في مجموعة متنوعة من الأجهزة الكهربائية.
اعتمادًا على الخصائص التكنولوجية ، يتم عزل الهيكل والتكوين والفيلم والسيراميك والشمع والعوازل المعدنية.
عند الوصول إلى جهد الانهيار ، لوحظ انهيار ، مما يؤدي إلى زيادة حادة في حجم التيار الكهربائي. من بين السمات المميزة لمثل هذه الظاهرة ، يمكن للمرء أن يفرد اعتمادًا طفيفًا للقوة على الإجهاد ودرجة الحرارة والسمك.
