ตัวนำและไดอิเล็กตริกเป็นสารทางกายภาพที่มีระดับการนำไฟฟ้าต่างกันและตอบสนองต่อการกระทำของสนามไฟฟ้าต่างกัน คุณสมบัติตรงข้ามของวัสดุถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในทุกด้านของวิศวกรรมไฟฟ้า
เนื้อหา
ตัวนำและไดอิเล็กทริกคืออะไร
ตัวนำ - สารที่มีประจุไฟฟ้าอิสระสามารถเคลื่อนที่ได้ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก คุณสมบัติเหล่านี้คือ:
- โลหะและการหลอมของโลหะเหล่านั้น
- คาร์บอนธรรมชาติ (ถ่านหินกราไฟท์);
- อิเล็กโทรไลต์ - สารละลายของเกลือ กรดและด่าง
- ก๊าซไอออไนซ์ (พลาสม่า).
คุณสมบัติหลักของวัสดุ: ประจุฟรี - อิเล็กตรอนในตัวนำที่เป็นของแข็งและไอออนในสารละลายและละลาย เคลื่อนที่ไปตลอดปริมาตรของตัวนำ นำกระแสไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวนำ กระแสนำจะถูกสร้างขึ้น ความต้านทานไฟฟ้าและการนำไฟฟ้าเป็นตัวบ่งชี้หลักของวัสดุ
คุณสมบัติของวัสดุอิเล็กทริกอยู่ตรงข้ามกับตัวนำ ไฟฟ้า. ไดอิเล็กทริก (ฉนวน) - ประกอบด้วยอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลาง พวกเขาไม่มีความสามารถในการเคลื่อนย้ายอนุภาคที่มีประจุภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ไดอิเล็กทริกในสนามไฟฟ้าสะสมประจุที่ไม่มีการชดเชยบนพื้นผิว พวกมันก่อตัวเป็นสนามไฟฟ้าที่พุ่งเข้าไปในฉนวนซึ่งไดอิเล็กตริกจะถูกโพลาไรซ์
อันเป็นผลมาจากโพลาไรเซชัน ประจุบนพื้นผิวของไดอิเล็กตริกมีแนวโน้มที่จะลดสนามไฟฟ้า คุณสมบัติของวัสดุฉนวนไฟฟ้านี้เรียกว่าค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของไดอิเล็กตริก
ลักษณะและสมบัติทางกายภาพของวัสดุ
พารามิเตอร์ของตัวนำกำหนดขอบเขตของการใช้งาน ลักษณะทางกายภาพหลัก:
- ความต้านทานไฟฟ้า - แสดงถึงความสามารถของสารในการป้องกันการผ่านของกระแสไฟฟ้า
- ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน - ค่าที่กำหนดลักษณะการเปลี่ยนแปลงในตัวบ่งชี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
- การนำความร้อน - ปริมาณความร้อนที่ผ่านต่อหน่วยเวลาผ่านชั้นของวัสดุ
- ความต่างศักย์สัมผัส - เกิดขึ้นเมื่อโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกันมาสัมผัสกัน ถูกใช้ใน เทอร์โมคัปเปิล สำหรับการวัดอุณหภูมิ
- ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะ
เมื่อเย็นตัวจนถึงอุณหภูมิวิกฤต ความต้านทานของตัวนำมีแนวโน้มเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าตัวนำยิ่งยวด
คุณสมบัติที่กำหนดลักษณะของตัวนำ:
- ไฟฟ้า - ความต้านทานและการนำไฟฟ้า
- สารเคมี - ปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม, ป้องกันการกัดกร่อน, ความสามารถในการเชื่อมต่อโดยการเชื่อมหรือบัดกรี;
- ทางกายภาพ - ความหนาแน่นจุดหลอมเหลว
คุณสมบัติของไดอิเล็กทริกคือการต้านทานผลกระทบของกระแสไฟฟ้า คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุฉนวนไฟฟ้า:
- ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก - ความสามารถของฉนวนในการโพลาไรซ์ในสนามไฟฟ้า
- ความต้านทานปริมาตรจำเพาะ
- ความแข็งแรงทางไฟฟ้า
- แทนเจนต์การสูญเสียอิเล็กทริก
วัสดุฉนวนมีลักษณะตามพารามิเตอร์ต่อไปนี้:
- ไฟฟ้า - ขนาดของแรงดันพัง, ความแรงทางไฟฟ้า;
- ทางกายภาพ - ทนความร้อน
- สารเคมี - ความสามารถในการละลายในสารก้าวร้าว ทนต่อความชื้น
ประเภทและการจำแนกประเภทของวัสดุอิเล็กทริก
ลูกถ้วยแบ่งออกเป็นกลุ่มตามเกณฑ์หลายประการ
การจำแนกตามสถานะของการรวมตัวของสาร:
- ของแข็ง - แก้ว, เซรามิก, ใยหิน;
- ของเหลว - น้ำมันพืชและสังเคราะห์, พาราฟิน, ก๊าซเหลว, ไดอิเล็กทริกสังเคราะห์ (สารประกอบซิลิกอนและออร์กาโนฟลูออรีนฟรีออน, ฟรีออน);
- ก๊าซ - อากาศ, ไนโตรเจน, ไฮโดรเจน
ไดอิเล็กทริกอาจมีต้นกำเนิดจากธรรมชาติหรือประดิษฐ์จากธรรมชาติอินทรีย์หรือสังเคราะห์
วัสดุฉนวนธรรมชาติอินทรีย์ ได้แก่ น้ำมันพืช เซลลูโลส และยาง มีคุณสมบัติต้านทานความร้อนและความชื้นต่ำ แก่เร็ว วัสดุอินทรีย์สังเคราะห์เป็นพลาสติกประเภทต่างๆ
ไดอิเล็กทริกอนินทรีย์ที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ ได้แก่ ไมกา, ใยหิน, มัสโควิตต์, โฟโลโกไพท์ สารมีความทนทานต่อการโจมตีทางเคมี ทนต่ออุณหภูมิสูงวัสดุอิเล็กทริกอนินทรีย์ประดิษฐ์ - แก้ว พอร์ซเลน เซรามิก
ทำไมไดอิเล็กทริกไม่นำไฟฟ้า?
ค่าการนำไฟฟ้าต่ำเกิดจากโครงสร้างของโมเลกุลไดอิเล็กตริก อนุภาคของสสารมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด ไม่สามารถออกจากอะตอมและเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งปริมาตรของวัสดุได้ ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า อนุภาคของอะตอมสามารถคลายออกเล็กน้อยเพื่อโพลาไรซ์ได้
วัสดุอิเล็กทริกแบ่งออกเป็น:
- ไม่มีขั้ว - สารในสถานะต่างๆ ของการรวมตัวกับโพลาไรซ์อิเล็กทรอนิกส์ (ก๊าซเฉื่อย, ไฮโดรเจน, สไตรีน, เบนซิน);
- ขั้ว - มีไดโพลรีแลกซ์และโพลาไรซ์อิเล็กทรอนิกส์ (เรซินต่างๆ, เซลลูโลส, น้ำ);
- อิออน - ไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งที่มีแหล่งกำเนิดอนินทรีย์ (แก้ว, เซรามิกส์)
คุณสมบัติของไดอิเล็กตริกของสารไม่คงที่ ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงหรือความชื้นสูง อิเล็กตรอนจะแยกตัวออกจากนิวเคลียสและรับคุณสมบัติของประจุไฟฟ้าฟรี คุณสมบัติการเป็นฉนวนของอิเล็กทริกในกรณีนี้จะลดลง
อิเล็กทริกที่เชื่อถือได้เป็นวัสดุที่มีกระแสไฟรั่วต่ำซึ่งไม่เกินค่าวิกฤตและไม่รบกวนการทำงานของระบบ
ไดอิเล็กทริกและตัวนำใช้ที่ไหน?
วัสดุถูกนำมาใช้ในทุกพื้นที่ของกิจกรรมของมนุษย์ที่ใช้กระแสไฟฟ้า: ในอุตสาหกรรม, การเกษตร, การผลิตเครื่องมือ, เครือข่ายไฟฟ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน
การเลือกตัวนำนั้นพิจารณาจากลักษณะทางเทคนิค ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเงิน ทอง แพลตตินั่ม มีความต้านทานต่ำที่สุดการใช้งานนั้น จำกัด เฉพาะพื้นที่และวัตถุประสงค์ทางการทหารเนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูง ทองแดงและอลูมิเนียมนำกระแสไฟฟ้าค่อนข้างแย่ แต่ราคาถูกเมื่อเปรียบเทียบได้นำไปสู่การใช้อย่างแพร่หลายเช่น ผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิล.
โลหะบริสุทธิ์ที่ปราศจากสิ่งเจือปนจะนำกระแสไฟฟ้าได้ดีกว่า แต่ในบางกรณี จำเป็นต้องใช้ตัวนำที่มีความต้านทานสูง - สำหรับการผลิตรีโอสแตต เตาไฟฟ้า และเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้จะใช้โลหะผสมของนิกเกิล, ทองแดง, แมงกานีส (แมงกานีน, ค่าคงที่) การนำไฟฟ้าของทังสเตนและโมลิบดีนัมนั้นต่ำกว่าทองแดงถึง 3 เท่า แต่คุณสมบัติของพวกมันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตหลอดไฟฟ้าและอุปกรณ์วิทยุ
ไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งเป็นวัสดุที่รับรองความปลอดภัยและการทำงานขององค์ประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ใช้เป็นวัสดุฉนวนไฟฟ้า ป้องกันกระแสไฟรั่ว แยกตัวนำออกจากกัน ออกจากตัวเครื่อง จากพื้น ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ดังกล่าว ได้แก่ ถุงมือไดอิเล็กทริก ซึ่งอธิบายไว้ใน บทความ.
ไดอิเล็กทริกเหลวใช้ใน ตัวเก็บประจุ, สายไฟ, ระบบระบายความร้อนแบบหมุนเวียนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบและเซอร์กิตเบรกเกอร์น้ำมันไฟฟ้าแรงสูง วัสดุที่ใช้เป็นไส้และเคลือบ
วัสดุฉนวนก๊าซ อากาศเป็นฉนวนธรรมชาติที่ให้การกระจายความร้อน ไนโตรเจนใช้ในสถานที่ที่กระบวนการออกซิเดชันไม่เป็นที่ยอมรับ ไฮโดรเจนถูกใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทรงพลังที่มีความจุความร้อนสูง
งานประสานกันของตัวนำและไดอิเล็กทริกช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์และเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟจะทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีเสถียรภาพ การเลือกองค์ประกอบเฉพาะสำหรับงานที่ทำขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพและพารามิเตอร์ทางเทคนิคของสาร
บทความที่คล้ายกัน:
