A condutividade elétrica dos dielétricos é uma característica física importante. Informações sobre ele permitem identificar áreas de aplicação dos materiais.
Termos
De acordo com a condutividade da corrente elétrica, as substâncias são divididas em grupos:
- dielétricos;
- semicondutores;
- condutores.
Metais são excelentes condutores de corrente - sua condutividade elétrica atinge 106-108 (Ohm m)-1.
E materiais dielétricos não são capazes de conduzir eletricidade, então eles são usados como isolantes. Eles não possuem portadores de carga livre, diferem na estrutura dipolar das moléculas.
Semicondutores são materiais sólidos com valores de condutividade intermediários.
Classificação
Todos os materiais dielétricos são divididos em tipos polares e não polares. Nos isolantes polares, os centros das cargas positivas e negativas estão fora do centro. As moléculas dessas substâncias são semelhantes em seus parâmetros elétricos a um dipolo rígido, que possui seu próprio momento de dipolo. A água pode ser usada como dielétricos polares.amônia, cloreto de hidrogênio.
Dielétricos não polares são distinguidos pela coincidência dos centros de cargas positivas e negativas. Eles são semelhantes em características elétricas a um dipolo elástico. Exemplos de tais isolantes são hidrogênio, oxigênio, tetracloreto de carbono.
Condutividade elétrica
A condutividade elétrica dos dielétricos é explicada pela presença de um pequeno número de elétrons livres em suas moléculas. Com o deslocamento de cargas dentro da substância ao longo de um determinado período de tempo, observa-se um estabelecimento gradual de uma posição de equilíbrio, razão pela qual surge uma corrente. A condutividade elétrica dos dielétricos existe no momento de desligar e ligar a tensão. Amostras técnicas de isoladores têm o número máximo de cargas livres, portanto, correntes de passagem insignificantes aparecem nelas.
A condutividade elétrica dos dielétricos no caso de um valor de tensão constante é calculada a partir da corrente de passagem. Este processo envolve a liberação e neutralização das cargas existentes nos eletrodos. No caso de tensão alternada, o valor da condutividade ativa é afetado não apenas pela corrente de passagem, mas também pelos componentes ativos das correntes de polarização.
As propriedades elétricas dos dielétricos dependem da densidade de corrente, a resistência do material.
Dielétricos Sólidos
A condutividade elétrica dos dielétricos sólidos é dividida em massa e superfície. Para comparar esses parâmetros para diferentes materiais, são usados os valores de específico de volume e específico de superfície.resistência.
Condutividade total é a soma desses dois valores, seu valor depende da umidade do ambiente e da temperatura ambiente. No caso de operação contínua sob tensão, há uma diminuição da corrente de passagem que passa pelos isolantes líquidos e sólidos.
E no caso de um aumento da corrente após um certo período de tempo, podemos falar do fato de que processos irreversíveis ocorrerão dentro da substância, levando à destruição (quebra do dielétrico).
Características do estado gasoso
Os dielétricos gasosos têm condutividade elétrica desprezível se a intensidade do campo assumir valores mínimos. A ocorrência de uma corrente em substâncias gasosas só é possível nos casos em que contêm elétrons livres ou íons carregados.
Os dielétricos gasosos são isolantes de alta qualidade, por isso são usados na eletrônica moderna em grandes volumes. A ionização em tais substâncias é causada por fatores externos.
Devido às colisões de íons gasosos, assim como sob exposição térmica, ultravioleta ou raios-X, observa-se também o processo de formação de moléculas neutras (recombinação). Graças a este processo, o aumento do número de íons no gás é limitado, uma certa concentração de partículas carregadas é estabelecida em um curto período de tempo após a exposição a uma fonte de ionização externa.
No processo de aumento da tensão aplicada ao gás, o movimento de íons para os eletrodos aumenta. Eles não sãotêm tempo para se recombinar, então eles são descarregados nos eletrodos. Com um aumento subsequente na tensão, a corrente não aumenta, é chamada de corrente de saturação.
Considerando dielétricos não polares, notamos que o ar é um isolante perfeito.
Dielétricos líquidos
A condutividade elétrica dos dielétricos líquidos é explicada pelas peculiaridades da estrutura das moléculas líquidas. Solventes apolares contêm impurezas dissociadas, incluindo umidade. Nas moléculas polares, a condutividade da corrente elétrica também é explicada pelo processo de desintegração em íons do próprio líquido.
Neste estado de agregação, a corrente também é causada pelo movimento de partículas coloidais. Devido à impossibilidade de remover completamente as impurezas de tal dielétrico, surgem problemas na obtenção de líquidos com baixa condutividade de corrente.
Todos os tipos de isolamento envolvem a busca de opções para reduzir a condutividade específica dos dielétricos. Por exemplo, as impurezas são removidas, o indicador de temperatura é ajustado. Um aumento na temperatura causa uma diminuição na viscosidade, um aumento na mobilidade dos íons e um aumento no grau de dissociação térmica. Esses fatores afetam a condutividade de materiais dielétricos.
Condutividade elétrica de sólidos
É explicado pelo movimento não apenas dos íons do próprio isolante, mas também das partículas carregadas de impurezas contidas no interior do material sólido. Ao passar pelo isolante sólido, ocorre uma remoção parcial das impurezas, que gradativamenteafeta a condução. Levando em conta as características estruturais da rede cristalina, o movimento de partículas carregadas é devido a flutuações no movimento térmico.
Em baixas temperaturas, os íons de impureza positivos e negativos se movem. Esses tipos de isolamento são típicos para substâncias com estrutura molecular e cristalina atômica.
Para cristais anisotrópicos, o valor da condutividade específica varia de acordo com seus eixos. Por exemplo, no quartzo na direção paralela ao eixo principal, excede a posição perpendicular em 1000 vezes.
Em dielétricos porosos sólidos, onde praticamente não há umidade, um leve aumento na resistência elétrica leva a um aumento em sua resistência elétrica. As substâncias que contêm impurezas solúveis em água apresentam uma diminuição significativa na resistência ao volume devido a mudanças na umidade.
Polarização de dielétricos
Este fenômeno está associado a uma mudança na posição das partículas do isolante no espaço, o que leva à aquisição de algum momento elétrico (induzido) por cada volume macroscópico do dielétrico.
Há uma polarização que ocorre sob a influência de um campo externo. Eles também distinguem uma versão espontânea de polarização que aparece mesmo na ausência de um campo externo.
A permissividade relativa é caracterizada por:
- capacitância de um capacitor com este dielétrico;
- sua magnitude no vácuo.
Este processo é acompanhado pelo aparecimento dea superfície do dielétrico de cargas ligadas, que reduzem a quantidade de tensão dentro da substância.
No caso de ausência completa de um campo externo, um elemento separado do volume dielétrico não possui momento elétrico, pois a soma de todas as cargas é zero e há uma coincidência de cargas negativas e positivas em espaço.
Opções de polarização
Durante a polarização eletrônica, ocorre um deslocamento sob a influência de um campo externo das camadas eletrônicas do átomo. Na variante iônica, observa-se um deslocamento dos sítios da rede. A polarização do dipolo é caracterizada por perdas para superar o atrito interno e as forças de ligação. A versão estrutural da polarização é considerada o processo mais lento, é caracterizada pela orientação de impurezas macroscópicas não homogêneas.
Conclusão
Materiais isolantes elétricos são substâncias que permitem obter um isolamento confiável de alguns componentes de equipamentos elétricos sob determinados potenciais elétricos. Em comparação com os condutores de corrente, vários isoladores têm uma resistência elétrica significativamente maior. Eles são capazes de criar campos elétricos fortes e acumular energia adicional. É esta propriedade dos isolantes que é usada nos capacitores modernos.
Dependendo da composição química, eles são divididos em materiais naturais e sintéticos. O segundo grupo é o mais numeroso, portanto são esses isolantes que são usados em uma variedade de aparelhos elétricos.
Dependendo das características tecnológicas, a estrutura, composição, filme, cerâmica, cera, isolantes minerais são isolados.
Quando a tensão de ruptura é atingida, observa-se uma ruptura, levando a um aumento acentuado na magnitude da corrente elétrica. Entre as características de tal fenômeno, pode-se destacar uma ligeira dependência de resistência em tensão e temperatura, espessura.
