Medžiagos skirstomos į laidininkus, izoliatorius ir puslaidininkiai remiantis jų laidumo elektrai savybėmis. Kiekviena medžiaga susideda iš molekulių, kurios savo ruožtu susideda iš atomų. Veikiami elektrinio lauko, šie medžiagos atomai patiria tam tikrus poslinkius ir savybių pokyčius. 1745 m. Spalio mėn. Atliktas vokiečio Ewaldo Georgo von Kleisto eksperimentas, sujungiant aukštos įtampos elektrostatinį generatorių su vandens tūriu, surinktu rankiniame indelyje, naudojant laidą, parodė, kad krūvį galima laikyti. Pasinaudodamas šiuo reiškiniu, Pieteris van Musschenbroekas išrado pirmąjį kondensatorių, vadinamą „Leyden Jar“. Nauja išradimo materialinė savybė buvo „dielektrinė“.
Kas yra dielektrikas?
Kiekviena medžiaga susideda iš atomų. Atomuose yra tiek neigiamai, tiek teigiamai įkrautų dalelių. Centrinis atomo branduolys yra teigiamai įkrautas. Bet kurioje medžiagoje atomai yra išdėstyti taip dipoliai teigiamą ir neigiamą krūvį. Kai šios medžiagos yra veikiamos elektrinio lauko, įvyksta dipolio momentas.
Laidininko medžiaga pradeda veikti, kai naudojama elektra. Izoliatorius priešinasi elektros srautui, nes jo struktūroje nėra laisvų judančių elektronų. Tačiau „Dielectric“ yra specialus izoliatorių tipas, kuris neveda elektros, bet tampa poliarizuotas veikiamas elektros.
Poliarizacija dielektrikoje
Dielektrinėse medžiagose, veikiami elektrinio lauko, medžiagoje esantys teigiami krūviai pasislenka taikomo elektrinio lauko kryptimi. Neigiami krūviai yra nukreipiami priešinga elektrinio lauko kryptimi. Tai veda prie dielektrinės poliarizacijos. Dielektrinėje medžiagoje elektriniai krūviai per medžiagą neteka. Poliarizacija sumažina bendrą dielektriko lauką.
Dielektriko savybės
Dielektriko terminą pirmą kartą įvedė Williamas Whewellas. Tai yra dviejų žodžių derinys - „Dia“ ir „elektrinis“. Tobulo dielektriko elektrinis laidumas lygus nuliui. Dielektrikas kaupia ir išsklaido elektros energiją, panašią į idealų kondensatorių. Kai kurios pagrindinės dielektrinės medžiagos savybės yra jautrumas elektrai, dielektrinė poliarizacija, dielektrinė dispersija, dielektrinis atsipalaidavimas, derinamumas ir kt.
Jautrumas elektrai
Kaip lengvai dielektrinę medžiagą galima poliarizuoti veikiant elektriniam laukui, matuoja elektrinis imlumas. Šis kiekis taip pat lemia medžiagos elektrinį pralaidumą.
Dielektrinė poliarizacija
Elektrinis dipolio momentas yra sistemos neigiamo ir teigiamo krūvio atskyrimo matas. Santykis tarp dipolio momento (M) ir elektrinio lauko (E) sukelia dielektriko savybes. Pašalinus taikomą elektrinį lauką, atomas grįžta į pradinę būseną. Tai atsitinka eksponentinio skilimo būdu. Atomo laikas, per kurį jis pasiekia pradinę būseną, vadinamas atsipalaidavimo laiku.
Visiška poliarizacija
Yra du veiksniai, lemiantys dielektriko poliarizaciją. Jie yra dipolio momento susidarymas ir jų orientacija elektrinio lauko atžvilgiu. Remiantis elementariu dipolio tipu, gali būti elektroninė arba joninė poliarizacija. Elektroninė poliarizacija Pyraįvyksta, kai dipolinį momentą formuojančios dielektrinės molekulės susideda iš neutralių dalelių.
Joninė poliarizacija Piir elektroninė poliarizacija nepriklauso nuo temperatūros. Nuolatiniai dipolio momentai susidaro molekulėse, kai tarp skirtingų atomų yra asimetriškas krūvio pasiskirstymas. Tokiais atvejais orientacinė poliarizacija Parbayra stebimas. Jei dielektrinėje medžiagoje yra nemokamas krūvis, tai sukeltų kosminio krūvio poliarizaciją Ps. Visiška dielektriko poliarizacija apima visus šiuos mechanizmus. Taigi visa dielektrinės medžiagos poliarizacija yra
PIš viso= Pi+ Pyra+ Parba+ Ps
Dielektrinė dispersija
Kai P yra didžiausia poliarizacija, pasiekiama dielektriku, tryra tam tikro poliarizacijos proceso atsipalaidavimo laikas, dielektrinės poliarizacijos procesą galima išreikšti kaip
P (t) = P [1-ekspozicija (-t / tr)]
Atsipalaidavimo laikas įvairiems poliarizacijos procesams skiriasi. Elektroninė poliarizacija yra labai greita, po kurios seka joninė. Orientacijos poliarizacija yra lėtesnė nei joninė. Kosminio krūvio poliarizacija vyksta labai lėtai.
Dielektrinis suskirstymas
Pritaikius aukštesnius elektrinius laukus, izoliatorius pradeda veikti ir elgiasi kaip laidininkas. Tokiomis sąlygomis dielektrinės medžiagos praranda dielektrines savybes. Šis reiškinys yra žinomas kaip dielektrinis suskirstymas. Tai yra negrįžtamas procesas. Tai veda prie dielektrinių medžiagų gedimo.
Dielektrinės medžiagos rūšys
Dielektrikai skirstomi pagal medžiagoje esančios molekulės tipą. Yra dviejų tipų dielektrikai - poliariniai ir nepoliniai.
Poliarinė dielektrika
Poliarinėse dielektrikose teigiamų dalelių masės centras nesutampa su neigiamų dalelių masės centru. Čia egzistuoja dipolio momentas. Molekulės yra asimetriškos formos. Pritaikius elektrinį lauką, molekulės susilygina su elektriniu lauku. Pašalinus elektrinį lauką, pastebimas atsitiktinis dipolio momentas ir grynasis dipolio momentas molekulėse tampa lygus nuliui. Pavyzdžiai: H2O, CO2 ir kt.
Nepolinė dielektrika
Nepolinėje dielektrikoje teigiamų ir neigiamų dalelių masės centras sutampa. Šiose molekulėse nėra dipolio momento. Šios molekulės yra simetriškos formos. Nepolinių dielektrikų pavyzdžiai yra H2, N2, O2 ir kt.
Dielektrinės medžiagos pavyzdžiai
Dielektrinės medžiagos gali būti kietosios medžiagos, skysčiai, dujos ir vakuumas. Kietieji dielektrikai labai naudojami elektrotechnikoje. Kai kurie parduotų dielektrikų pavyzdžiai yra porcelianas, keramika, stiklas, popierius ir kt.. Dujinių dielektrikų pavyzdžiai yra sausas oras, azotas, sieros heksafluoridas ir įvairių metalų oksidai. Distiliuotas vanduo, transformatorinė alyva yra įprasti skystų dielektrikų pavyzdžiai.
Dielektrinės medžiagos pritaikymas
Kai kurios dielektrikų taikymo sritys yra šios:
- Jie naudojami energijos kaupimui kondensatoriai .
- Siekiant pagerinti puslaidininkinio įtaiso veikimą, naudojamos didelio pralaidumo dielektrinės medžiagos.
- Dielektrikai naudojami Skystųjų kristalų ekranai.
- Keraminis dielektrikas naudojamas dielektrinio rezonatoriaus osciliatoriuje.
- Bario stroncio titanato plonos plėvelės yra dielektrinės, naudojamos mikrobangų derinamuose įtaisuose, užtikrinančiuose didelį derinimą ir mažą nuotėkio srovę.
- Parylenas naudojamas pramoninėse dangose, veikia kaip barjeras tarp pagrindo ir išorinės aplinkos.
- Elektros transformatoriai , mineralinės alyvos yra naudojamos kaip skystas dielektrikas ir jos padeda aušinimo procese.
- Ricinos aliejus naudojamas aukštos įtampos kondensatoriuose, siekiant padidinti jo talpos vertę.
- Elektretai, specialiai apdorota dielektrinė medžiaga, veikia kaip elektrostatinis ekvivalentas magnetams.
DUK
1). Koks yra dielektriko naudojimas kondensatoriuose?
Kondensatoriuje naudojama dielektrika padeda sumažinti elektrinį lauką, kuris savo ruožtu sumažina įtampą ir padidina talpą.
2). Kuri dielektrinė medžiaga plačiai naudojama kondensatoriuose?
Kondensatoriuose plačiai naudojamos dielektrinės medžiagos, tokios kaip stiklas, keramika, oras, žėrutis, popierius, plastikinė plėvelė.
3). Kuri medžiaga turi didžiausią dielektrinę jėgą?
Pažymima, kad tobulas vakuumas turi didžiausią dielektrinę jėgą.
4). Ar visi izoliatoriai yra dielektrikai?
Ne, nors dielektrikai elgiasi kaip izoliatoriai, ne visi izoliatoriai yra dielektrikai.
Taigi, dielektrikai sudaro svarbią kondensatorių dalį. Gerai dielektrinei medžiagai turėtų būti gera dielektrinė konstanta, dielektrinė jėga, mažas nuostolių faktorius, stabilumas aukštoje temperatūroje, didelis stabilumas laikant, geras dažnio atsakas ir ji turėtų būti keičiama pramonės procesams. Dielektrikai taip pat vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį aukšto dažnio elektroninėse grandinėse. Medžiagos dielektrinių savybių matavimas suteikia informacijos apie jos elektrines ar magnetines charakteristikas. Kas yra dielektrinė konstanta?
