Шта је диелектрични материјал - својства и његове примене

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





Материјали су категорисани као проводници, изолатори и полупроводници на основу њихових својстава електричне проводљивости. Сваки материјал се састоји од молекула који се од атома састоје. Када су подвргнути електричном пољу, ови атоми у материјалу трпе одређена померања и промене својстава. У октобру 1745. године, експеримент који је извршио Евалд Георг вон Клеист из Немачке повезивањем високонапонског електростатичког генератора са запремином воде прикупљене у ручној тегли помоћу жице показао је да се пуњење може складиштити. Користећи овај феномен, Пиетер ван Муссцхенброек изумио је први кондензатор назван „Леиден Јар“. Ново својство материјала које је подржало овај проналазак било је „Диелектрично“.

Шта је диелектрик?

Сваки материјал се састоји од атома. Атоми садрже и негативно и позитивно наелектрисане честице. Централно језгро атома је позитивно наелектрисано. У било ком материјалу, атоми су поређани као диполи представљен са позитивним и негативним набојем на свом крају. Када су ови материјали изложени електричном пољу долази до диполног момента.




Материјал проводника почиње да се проводи када се примени електрична енергија. Изолатор се супротставља протоку електричне енергије јер у својој структури нема слободних електрона у покрету. Али Диелектрик је посебна врста изолатора који не проводи електричну енергију, али се поларизује када је изложен електричној енергији.

Поларизација у диелектрику

Поларизација у диелектрику



У диелектричним материјалима, када се подвргну електричном пољу, позитивни набоји присутни у материјалу померају се у правцу примењеног електричног поља. Негативни набоји су померени у смеру супротном од примењеног електричног поља. То доводи до диелектричне поларизације. У диелектричном материјалу електрични набоји не пролазе кроз материјал. Поларизација смањује целокупно поље диелектрика.

Особине диелектрика

Термин диелектрик први је увео Виллиам Вхевелл. То је комбинација две речи - „Диа“ и „елецтриц“. Електрична проводљивост савршеног диелектрика је нула. Диелектрик складишти и расипа електричну енергију слично идеалном кондензатору. Нека од главних својстава диелектричног материјала су електрична осетљивост, диелектрична поларизација, диелектрична дисперзија, диелектрична релаксација, прилагодљивост итд.

Електрична осетљивост

Колико се диелектрични материјал може поларизовати када је изложен електричном пољу, мери се електричном осетљивошћу. Ова количина такође одређује електричну пропусност материјала.


Диелектрична поларизација

Електрични диполни моменат је мера раздвајања негативног и позитивног наелектрисања у систему. Однос између диполног момента (М) и електричног поља (Е) даје својства диелектрика. Када се примењено електрично поље уклони, атом се враћа у првобитно стање. То се догађа на експоненцијални начин пропадања. Време потребно атому да достигне првобитно стање познато је као време релаксације.

Тотална поларизација

Два су фактора која одлучују о поларизацији диелектрика. Они су настанак диполног момента и њихова оријентација у односу на електрично поље. На основу елементарног диполног типа може постојати или електронска поларизација или јонска поларизација. Електронска поларизација П.јенастаје када су диелектрични молекули који чине диполни момент састављени од неутралних честица.

Јонска поларизација П.ии електронска поларизација не зависе од температуре. Стални диполни моменти настају у молекулима када постоји асиметрична расподела наелектрисања између различитих атома. У таквим случајевима оријентациона поларизација П.илисе примећује. Ако је у диелектричном материјалу присутан слободни набој, то би довело до поларизације свемирског наелектрисања П.с. Укупна поларизација диелектрика укључује све ове механизме. Тако је укупна поларизација диелектричног материјала

П.Укупно= Пи+ Пје+ Пили+ Пс

Диелектрична дисперзија

Када је П максимална поларизација коју постиже диелектрик, трје време релаксације за одређени процес поларизације, процес диелектричне поларизације се може изразити као

П (т) = П [1-екп (-т / тр)]]

Време опуштања варира за различите процесе поларизације. Електронска поларизација је врло брза праћена јонском поларизацијом. Оријентациона поларизација је спорија од јонске поларизације. Поларизација свемирског наелектрисања је врло спора.

Диелектрични слом

Када се примене већа електрична поља, изолатор почиње да проводи и понаша се као проводник. У таквим условима диелектрични материјали губе своја диелектрична својства. Ова појава је позната као диелектрични слом. То је неповратан процес. То доводи до отказа диелектричних материјала.

Врсте диелектричног материјала

Диелектрика је категорисана на основу врсте молекула присутног у материјалу. Постоје две врсте диелектрика - поларна диелектрика и неполарна диелектрика.

Поларна диелектрика

У поларној диелектрици, центар масе позитивних честица се не поклапа са центром масе негативних честица. Овде постоји диполни тренутак. Молекули су асиметричног облика. Када се примени електрично поље, молекули се поравнају са електричним пољем. Када се уклони електрично поље, примећује се случајни диполни тренутак и нето диполни тренутак у молекулима постаје нула. Примери су Х2О, ЦО2, итд ...

Неполарна диелектрика

У неполарним диелектрицима, центар масе позитивних и негативних честица се подудара. У овим молекулима нема диполног момента. Ови молекули су симетричног облика. Примери неполарних диелектрика су Х2, Н2, О2 итд.

Примери диелектричног материјала

Диелектрични материјали могу бити чврсте материје, течности, гасови и вакуум. Чврста диелектрика се веома користи у електротехници. Неки примери продатих диелектрика су порцелан, керамика, стакло, папир итд ... Суви ваздух, азот, сумпор хексафлуорид и оксиди различитих метала примери су гасовитих диелектрика. Дестилована вода, трансформаторско уље су чести примери течних диелектрика.

Примене диелектричног материјала

Неке од примена диелектрика су следеће -

  • Они се користе за складиштење енергије у кондензатори .
  • Да би се побољшале перформансе полупроводничког уређаја, користе се диелектрични материјали високе пропусности.
  • Диелектрика се користи у Дисплеји са течним кристалима.
  • Керамички диелектрик се користи у диелектричном резонаторском осцилатору.
  • Танки филмови баријум-стронцијум-титаната су диелектрични и користе се у микроталасним уређајима за подешавање који пружају високу прилагодљивост и малу струју цурења.
  • Парилен се користи у индустријским премазима и делује као препрека између подлоге и спољног окружења.
  • У електричном трансформатори , минерална уља се користе као течни диелектрик и помажу у процесу хлађења.
  • Рицинусово уље се користи у високонапонским кондензаторима за повећање његове капацитивне вредности.
  • Електрети, посебно обрађени диелектрични материјал, делују као електростатички еквивалент магнетима.

ФАК

1). Каква је корист од диелектрика у кондензаторима?

Диелектрика коришћена у кондензатору помаже у смањењу електричног поља што заузврат смањује напон и на тај начин повећава капацитет.

2). Који се диелектрични материјал широко користи у кондензаторима?

У кондензаторима се широко користе диелектрични материјали попут стакла, керамике, ваздуха, лискуна, папира, пластичног филма.

3). Који материјал има највећу диелектричну чврстоћу?

Примећено је да савршени вакуум има највећу диелектричну чврстоћу.

4). Да ли су сви изолатори диелектрични?

Не, иако се диелектричари понашају као изолатори, нису сви изолатори диелектрични.

Дакле, диелектрици чине важан део кондензатора. Добар диелектрични материјал треба да има добру диелектричну константу, диелектричну чврстоћу, низак фактор губитака, стабилност на високој температури, високу стабилност складиштења, добар фреквенцијски одзив и треба да буде прилагодљив индустријским процесима. Диелектрика такође игра виталну улогу у високофреквентним електронским колима. Мерење диелектричних својстава материјала даје информације о његовим електричним или магнетним карактеристикама. Шта је диелектрична константа?