الخواص الكهربائية الأساسية للعوازل. ما هي العوازل وأين تستخدم خصائص عازلة

جميع المواد السائلة والصلبة حسب طبيعة التأثير عليها مجال الكهرباء الساكنةمقسمة إلى الموصلات وأشباه الموصلات و عوازل.

عوازل (عوازل)المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ أو لا تصله إطلاقاً. تشمل العوازل الهواء ، وبعض الغازات ، والزجاج ، والبلاستيك ، والراتنجات المختلفة ، والعديد من أنواع المطاط.

إذا تم وضع أجسام محايدة مصنوعة من مواد مثل الزجاج والإبونيت في مجال كهربائي ، فيمكن للمرء أن يلاحظ جاذبيتها لكل من الأجسام المشحونة إيجابًا والشحنة السالبة ، ولكن أضعف بكثير. ومع ذلك ، عند فصل هذه الهيئات في الحقل الكهربائيتتحول أجزائها إلى أن تكون محايدة ، مثل الجسم كله ككل.

بالتالي، في مثل هذه الأجسام لا توجد جزيئات مشحونة كهربائيًا ،قادرة على التحرك في الجسم تحت تأثير مجال كهربائي خارجي. تسمى المواد التي لا تحتوي على جزيئات مشحونة كهربائيًا عوازل أو عوازل.

يفسر جاذبية الأجسام العازلة غير المشحونة للأجسام المشحونة بقدرتها على ذلك الاستقطاب.

الاستقطاب- ظاهرة إزاحة الشحنات الكهربائية المقيدة داخل الذرات أو الجزيئات أو داخل البلورات تحت تأثير مجال كهربائي خارجي. أبسط مثال الاستقطابهو عمل مجال كهربائي خارجي على ذرة محايدة. في مجال كهربائي خارجي ، يتم توجيه القوة المؤثرة على الغلاف السالب الشحنة عكس القوة المؤثرة على النواة الموجبة. تحت تأثير هذه القوى ، يتم إزاحة القشرة الإلكترونية إلى حد ما بالنسبة للنواة وتشوهها. تظل الذرة محايدة بشكل عام ، لكن مراكز الشحنة الموجبة والسالبة فيها لم تعد متطابقة. يمكن اعتبار مثل هذه الذرة كنظام من شحنتين نقطيتين متساويتين في القيمة المطلقة للإشارة المعاكسة ، والتي تسمى ثنائي القطب.

إذا تم وضع صفيحة عازلة بين لوحين معدنيين بشحنات معاكسة ، فإن جميع ثنائيات الأقطاب في العازل تحت تأثير مجال كهربائي خارجي يتحول إلى شحنة موجبة على اللوحة السالبة وشحنة سالبة على اللوحة الموجبة الشحنة. تظل اللوحة العازلة محايدة بشكل عام ،لكن أسطحه مغطاة بشحنات ملزمة معاكسة للإشارة.

في المجال الكهربائي ، تخلق شحنات الاستقطاب على السطح العازل مجالًا كهربائيًا عكس المجال الكهربائي الخارجي. نتيجة لذلك ، تقل شدة المجال الكهربائي في العازل ، لكنها لا تساوي الصفر.

تسمى نسبة معامل القوة E 0 للمجال الكهربائي في الفراغ إلى معامل القوة E للمجال الكهربائي في عازل متجانس السماحية ɛ من مادة:

ɛ \ u003d E 0 / E.

عندما تتفاعل الشحنات الكهربائية ذات النقطتين في وسط مع سماحية ɛ ، نتيجة لانخفاض شدة المجال بمقدار مرة ، تنخفض قوة كولوم بمقدار مرات:

و ه \ u003d ك (س 1 س 2 / ص 2)

العوازل قادرة على إضعاف مجال كهربائي خارجي. تستخدم هذه الخاصية في المكثفات.

المكثفات- هذا هو اجهزة كهربائيةلتخزين الشحنات الكهربائية. يتكون أبسط مكثف من لوحين معدنيين متوازيين مفصولين بطبقة عازلة. عند الاتصال بلوحات متساوية في الحجم ومعاكسة في رسوم الإشارة + ف و-كبين اللوحات يخلق مجالًا كهربائيًا بكثافة ه. خارج الصفائح ، يتم تعويض عمل المجالات الكهربائية الموجهة بواسطة لوحات مشحونة بشكل معاكس ، وتكون شدة المجال صفراً. الجهد االكهربى يوبين اللوحات يتناسب طرديًا مع الشحنة الموجودة على لوحة واحدة ، وبالتالي فإن نسبة الشحن فللجهد يو

C = ف / ش

هي قيمة ثابتة للمكثف لأي قيم شحن ف.هذا الموقف منتسمى سعة المكثف.

هل لديك اسئلة؟ هل تعرف ما هي العوازل؟
للحصول على مساعدة مدرس - سجل.
الدرس الأول مجاني!

الموقع ، مع النسخ الكامل أو الجزئي للمادة ، يلزم وجود رابط إلى المصدر.

ثابت العزلقد يكون لها تشتت.

يظهر عدد من العوازل خصائص فيزيائية مثيرة للاهتمام.

الروابط

الصندوق الافتراضي للعلوم الطبيعية والتأثيرات العلمية والتقنية "الفيزياء الفعالة"

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هي "العوازل" في القواميس الأخرى:

المواد العازلة التي توصل الكهرباء بشكل سيئ المقاومة النوعيةحوالي 1010 أوم؟ م). هناك عوازل صلبة وسائلة وغازية. يتسبب المجال الكهربائي الخارجي في استقطاب العازل. في بعض ... الموسوعة الحديثة

عوازل- العازلة: المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ (مقاومة بترتيب 1010 أوم). هناك عوازل صلبة وسائلة وغازية. يتسبب المجال الكهربائي الخارجي في استقطاب العازل. في بعض ... قاموس موسوعي مصور

المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ (المقاومة الكهربائية 108 1012 أوم سم). هناك عوازل صلبة وسائلة وغازية. يتسبب المجال الكهربائي الخارجي في استقطاب العوازل. في بعض العوازل الصلبة ... ... قاموس موسوعي كبير

- (العازل الإنجليزي ، من الإغريقي ضياء ، مرورا بالكهرباء الإنجليزية) ، المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ. تيار. المصطلح "D." قدمه فاراداي للتعيين في ، حيث تخترق الكهرباء. مجال. د. يافل. جميع الغازات (غير المتأينة) ، بعضها ... موسوعة فيزيائية

عازل- العازلة أو غير الموصلة أو العوازل للجسم التي توصل الكهرباء بشكل سيئ أو لا تعمل على الإطلاق. مثل هذه الهيئات على سبيل المثال. الزجاج ، الميكا ، الكبريت ، البارافين ، الإيبونيت ، الخزف ، إلخ. لفترة طويلة في دراسة الكهرباء ... ... موسوعة طبية كبيرة

- (عوازل) مواد غير موصلة التيار الكهربائي. أمثلة على العوازل الكهربائية: الميكا ، العنبر ، المطاط ، الكبريت ، الزجاج ، الخزف ، أنواع مختلفة من الزيوت ، إلخ. Samoilov KI Marine Dictionary. M.L .: دار النشر البحري الحكومية التابعة لـ NKVMF للاتحاد ... قاموس بحري

الاسم الذي أطلقه مايكل فاراداي على أجسام غير موصلة للكهرباء أو ، بخلاف ذلك ، موصلة بشكل سيئ للكهرباء ، مثل الهواء ، والزجاج ، والراتنجات المختلفة ، والكبريت ، وما إلى ذلك. وتسمى هذه الأجسام أيضًا بالعوازل. قبل بحث فاراداي الذي أجري في الثلاثينيات ... ... موسوعة بروكهاوس وإيفرون

عازل- المواد التي لا تجري عمليًا تيارًا كهربائيًا ؛ صلبة وسائلة وغازية. D. مستقطبة في مجال كهربائي خارجي. يتم استخدامها لعزل الأجهزة الكهربائية ، في المكثفات الكهربائية، في الكم ... ... موسوعة البوليتكنيك الكبرى

المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ. المصطلح "D." (من اليونانية diá إلى الإنجليزية الكهربائية) قدمه M. Faraday (انظر Faraday) لتعيين المواد التي من خلالها تخترق الحقول الكهربائية. بأي مادة ... الموسوعة السوفيتية العظمى

المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ (التوصيل الكهربائي للعزل الكهربائي هو 10 8 10 17 أوم 1 سم 1). هناك عوازل صلبة وسائلة وغازية. يتسبب المجال الكهربائي الخارجي في استقطاب العوازل. في بعض الصعب ... قاموس موسوعي

كتب

العوازل والأمواج ، أ.ر.هيبل. لفت مؤلف الكتاب انتباه القراء ، وهو باحث معروف في مجال العوازل ، وقد تحدث العالم الأمريكي أ. هيبل مرارًا وتكرارًا في الدوريات وفي ...
تأثير أشعة الليزر على المواد البوليمرية. الأسس العلمية والمشكلات التطبيقية. في 2 كتب. الكتاب 1. المواد البوليمرية. الأسس العلمية لعمل الليزر على العوازل الكهربائية البوليمرية ، B. A. Vinogradov ، K. E. Perepelkin ، G. P. Meshcheryakova. يحتوي الكتاب المقترح على معلومات حول الهيكل الأساسي والحراري و الخواص البصريةالمواد البوليمرية ، آلية عمل أشعة الليزر عليها بالأشعة تحت الحمراء ، مرئية ...

المادة العازلة هي مادة أو مادة لا تنقل عملياً التيار الكهربائي. يتم الحصول على هذه الموصلية بسبب عدد قليل من الإلكترونات والأيونات. تتشكل هذه الجسيمات في مادة غير موصلة فقط عندما تتحقق خصائص درجة الحرارة العالية. حول ما هو عازل وسيتم مناقشته في هذه المقالة.

وصف

يمرر كل موصل إلكتروني أو راديو أو شبه موصل أو عازل مشحون تيارًا كهربائيًا من خلال نفسه ، لكن خصوصية العازل الكهربائي هي أنه حتى عند الجهد العالي الذي يزيد عن 550 فولت ، فإن تيارًا صغيرًا سيتدفق فيه. التيار الكهربائي في العازل هو حركة الجسيمات المشحونة في اتجاه معين (يمكن أن يكون موجبًا أو سالبًا).

أنواع التيارات

تعتمد الموصلية الكهربائية للعوازل على:

تيارات الامتصاص - التيار الذي يتدفق في العازل عند العاصمةحتى تصل إلى حالة التوازن ، وتغير اتجاهها عند تشغيلها وتنشيطها ، وعند إيقاف تشغيلها. في التيار المتناوبسيكون التوتر في العازل موجودًا فيه طوال الوقت أثناء عمله في مجال كهربائي.
الموصلية الكهربائية الإلكترونية - حركة الإلكترونات تحت تأثير المجال.
الموصلية الكهربائية الأيونية - هي حركة الأيونات. يوجد في المحاليل المنحل بالكهرباء - الأملاح والأحماض والقلويات ، وكذلك في العديد من المواد العازلة.
الموصلية الكهربائية الموليونية هي حركة الجسيمات المشحونة التي تسمى الموليون. يوجد في النظم الغروية والمستحلبات والمعلقات. تسمى ظاهرة حركة الموليون في المجال الكهربائي بالرحلان الكهربي.

مصنفة حسب حالة التجميع و الطبيعة الكيميائية. الأول ينقسم إلى صلب ، سائل ، غازي ومتصلب. حسب الطبيعة الكيميائية ، يتم تقسيمها إلى مواد عضوية وغير عضوية وعضوية.

حسب حالة التجميع:

الموصلية الكهربائية للغازات.المواد الغازية لها موصلية تيار منخفضة نوعًا ما. يمكن أن يحدث في وجود جزيئات مشحونة مجانية ، والتي تظهر بسبب تأثير العوامل الخارجية والداخلية والإلكترونية والأيونية: إشعاع الأشعة السينية والأنواع المشعة ، وتصادم الجزيئات والجسيمات المشحونة ، والعوامل الحرارية.
الموصلية الكهربائية للسائل العازل.عوامل الاعتماد: التركيب الجزيئي ودرجة الحرارة والشوائب ووجود شحنات كبيرة من الإلكترونات والأيونات. تعتمد الموصلية الكهربائية للعوازل السائلة إلى حد كبير على وجود الرطوبة والشوائب. يتم إنشاء موصلية الكهرباء للمواد القطبية حتى بمساعدة سائل مع أيونات منفصلة. عند مقارنة السوائل القطبية وغير القطبية ، يكون للأول ميزة واضحة في التوصيل. إذا تم تنظيف السائل من الشوائب ، فسوف يساهم ذلك في تقليل خصائصه الموصلة. مع زيادة الموصلية ودرجة حرارتها ، يحدث انخفاض في لزوجتها ، مما يؤدي إلى زيادة حركة الأيونات.
عوازل صلبة.يتم تحديد الموصلية الكهربائية لها على أنها حركة الجسيمات العازلة المشحونة والشوائب. في مجالات التيار الكهربائي القوي ، يتم الكشف عن الموصلية الكهربائية.

الخصائص الفيزيائية للعوازل

عندما تكون المقاومة النوعية للمادة أقل من 10-5 أوم * م ، يمكن أن تُعزى إلى الموصلات. إذا كان أكثر من 108 أوم * م - للعوازل. هناك حالات عندما تكون المقاومة في بعض الأحيان المزيد من المقاومةموصل. في الفاصل الزمني 10-5-108 أوم * م يوجد شبه موصل. المواد المعدنية موصل ممتاز للتيار الكهربائي.

من الجدول الدوري بأكمله ، فقط 25 عنصرًا تنتمي إلى غير المعادن ، و 12 عنصرًا منها ، ربما ، سيكون لها خصائص أشباه الموصلات. ولكن ، بالطبع ، بالإضافة إلى مواد الجدول ، هناك العديد من السبائك والتركيبات أو مركبات كيميائيةمع خاصية موصل أو شبه موصل أو عازل. بناءً على ذلك ، من الصعب رسم خط معين بين قيم المواد المختلفة بمقاوماتها. على سبيل المثال ، عند عامل درجة حرارة منخفضة ، سوف يتصرف أشباه الموصلات كعزل كهربائي.

طلب

يعد استخدام المواد غير الموصلة واسع النطاق للغاية ، حيث إنها واحدة من أكثر فئات المكونات الكهربائية شيوعًا. أصبح من الواضح تمامًا أنه يمكن استخدامها نظرًا لخصائصها في شكل نشط وسلبي.

في شكل سلبي ، يتم استخدام خصائص المواد العازلة للاستخدام في مواد العزل الكهربائي.

في الشكل النشط ، يتم استخدامها في المواد الفيروكهربائية ، وكذلك في المواد المستخدمة في بواعث تكنولوجيا الليزر.

العوازل الأساسية

تشمل الأنواع الشائعة ما يلي:

زجاج.
ممحاة.
بترول.
أسفلت.
بورسلين.
كوارتز.
هواء.
الماس.
ماء نقي.
بلاستيك.

ما هو السائل العازل؟

يحدث الاستقطاب من هذا النوع في مجال التيار الكهربائي. تستخدم المواد السائلة غير الموصلة في الهندسة لصب أو تشريب المواد. هناك ثلاث فئات من المواد العازلة السائلة:

الزيوت البترولية منخفضة اللزوجة ومعظمها غير قطبية. غالبًا ما يتم استخدامها في الأدوات عالية الجهد: المياه ذات الجهد العالي. هو عازل غير قطبي. وجد زيت الكابلات تطبيقًا في تشريب الأسلاك الورقية العازلة بجهد يصل إلى 40 كيلو فولت ، بالإضافة إلى الطلاء المعدني بتيار يزيد عن 120 كيلو فولت. زيت المحولات له هيكل أنظف من زيت المكثف. يستخدم هذا النوع من العوازل على نطاق واسع في الإنتاج ، على الرغم من التكلفة العالية مقارنة بالمواد والمواد التناظرية.

ما هو عازل اصطناعي؟ حاليًا ، يتم حظره في كل مكان تقريبًا نظرًا لسميته العالية ، حيث يتم إنتاجه على أساس الكربون المكلور. يعتبر العازل السائل القائم على السيليكون العضوي آمنًا وصديقًا للبيئة. هذا النوع لا يسبب الصدأ المعدني وله خصائص رطوبة منخفضة. يوجد عازل مسال يحتوي على مركب فلورين عضوي مشهور بشكل خاص لعدم قابليته للاحتراق وخصائصه الحرارية واستقراره التأكسدي.

والنوع الأخير هو الزيوت النباتية. إنها عوازل قطبية ضعيفة ، وتشمل بذور الكتان ، الخروع ، تونغ ، القنب. زيت الخروع شديد التسخين ويستخدم في المكثفات الورقية. تبخرت بقية الزيوت. التبخر فيها لا ينتج عن التبخر الطبيعي ، ولكن عن طريق تفاعل كيميائي يسمى البلمرة. يستخدم بنشاط في المينا والدهانات.

استنتاج

ناقش المقال بالتفصيل ماهية العازل الكهربائي. تم ذكرها أنواع مختلفةوخصائصهم. بالطبع ، من أجل فهم دقة خصائصها ، سيتعين عليك دراسة قسم الفيزياء الخاص بها بمزيد من العمق.

المواد العازلة التي توصل الكهرباء بشكل سيئ. تم تقديم مصطلح "عازل" بواسطة M. Faraday للإشارة إلى المواد التي يخترقها مجال إلكتروستاتيكي. عند وضعها في مجال كهربائي لأي مادة ، تتعرض الإلكترونات والنواة الذرية لقوى من هذا المجال. نتيجة لذلك ، يتحرك جزء من الشحنات في اتجاه ما ، مما ينتج عنه تيار كهربائي. يتم إعادة توزيع الشحنات المتبقية بحيث يتم تبديل "مراكز الجاذبية" للشحنات الموجبة والسالبة بالنسبة لبعضها البعض. في الحالة الأخيرة ، يتحدث المرء عن استقطاب المادة. اعتمادًا على أي من هاتين العمليتين (الاستقطاب أو التوصيل الكهربائي) السائدة ، يتم تقسيم المواد إلى عوازل كهربائية (جميع الغازات غير المتأينة ، وبعض السوائل والمواد الصلبة) والموصلات (المعادن ، والإلكتروليتات ، والبلازما).

الموصلية الكهربائية للعوازل منخفضة جدًا مقارنة بالمعادن. المقاومة الكهربائية للعوازل هي 10 8-10 17 أوم سم ، المعادن - 10 -6 -10 -4 أوم سم.

حاولت الفيزياء الكلاسيكية تفسير الاختلاف الكمي في التوصيل الكهربائي للعوازل الكهربائية والمعادن من خلال حقيقة وجود إلكترونات حرة في المعادن ، بينما في العوازل ، ترتبط جميع الإلكترونات (تنتمي إلى ذرات فردية) ولا يمزقها المجال الكهربائي ، ولكن يغيرهم بشكل طفيف فقط.

تشرح نظرية الكم للحالة الصلبة الاختلاف في الخصائص الكهربائية للمعادن والعوازل الكهربائية من خلال توزيع مختلف للإلكترونات على مستويات الطاقة. في العوازل ، يتطابق مستوى الطاقة العلوي المملوء بالإلكترونات مع الحد العلوي لأحد النطاقات المسموح بها (في المعادن ، يقع داخل النطاق المسموح به) ، ويتم فصل المستويات الحرة الأقرب عن تلك المملوءة بفجوة النطاق ، وهي الإلكترونات لا يمكن التغلب عليها تحت تأثير المجالات الكهربائية غير القوية جدًا (انظر منطقة النطاق). النظرية). يتم تقليل تأثير المجال الكهربائي إلى إعادة توزيع كثافة الإلكترون ، مما يؤدي إلى استقطاب العازل الكهربائي.

استقطاب العوازل.تعتمد آليات استقطاب العوازل على طبيعة الرابطة الكيميائية ، أي توزيع كثافة الإلكترون في المواد العازلة. في البلورات الأيونية (على سبيل المثال ، كلوريد الصوديوم) ، الاستقطاب هو نتيجة لتحول الأيونات بالنسبة لبعضها البعض (الاستقطاب الأيوني) ، وكذلك تشوه غلاف الإلكترون للأيونات الفردية (الاستقطاب الإلكتروني) ، أي مجموع الأيونات. والاستقطاب الإلكتروني. في البلورات ذات الرابطة التساهمية (على سبيل المثال ، الماس) ، حيث يتم توزيع كثافة الإلكترون بالتساوي بين الذرات ، يرجع الاستقطاب بشكل أساسي إلى إزاحة الإلكترونات التي تقوم بتنفيذ الرابطة الكيميائية. في ما يسمى بالعوازل القطبية (على سبيل المثال ، H 2S الصلب) ، مجموعات الذرات عبارة عن ثنائيات أقطاب كهربائية ، والتي يتم توجيهها عشوائيًا في حالة عدم وجود مجال كهربائي ، وتكتسب اتجاهًا تفضيليًا في المجال. هذا الاستقطاب التوجيهي نموذجي للعديد من السوائل والغازات. ترتبط آلية استقطاب مماثلة بـ "القفزة" تحت تأثير مجال كهربائي للأيونات الفردية من موضع توازن في الشبكة إلى موضع آخر. غالبًا ما تُلاحظ مثل هذه الآلية في المواد ذات الروابط الهيدروجينية (على سبيل المثال ، الجليد) ، حيث تحتوي ذرات الهيدروجين على عدة مواضع توازن.

يتميز استقطاب العوازل الكهربائية بمتجه الاستقطاب P ، وهو العزم الكهربائي ثنائي القطب لكل وحدة حجم للعزل الكهربائي:

حيث p i - لحظات ثنائية القطب للجسيمات (الذرات والأيونات والجزيئات) ، N - عدد الجسيمات لكل وحدة حجم. يعتمد المتجه P على قوة المجال الكهربائي E. في الحقول الضعيفة Ρ = ε 0 ϰΕ. معامل التناسب ϰ يسمى قابلية العزل الكهربائي. في كثير من الأحيان ، بدلاً من المتجه P ، يتم استخدام ناقل الحث الكهربائي (1)

حيث ε هي السماحية ، ε 0 هي الثابت الكهربائي. القيم ϰ و هي الخصائص الرئيسية للعزل الكهربائي. في العوازل متباينة الخواص (على سبيل المثال ، في البلورات غير المكعبة) ، يتم تحديد الاتجاه P ليس فقط من خلال اتجاه المجال E ، ولكن أيضًا من خلال اتجاه محاور التماثل في البلورة. لذلك ، فإن المتجه P سيصنع زوايا مختلفة مع المتجه E ، اعتمادًا على اتجاه E فيما يتعلق بمحاور التماثل في البلورة. في هذه الحالة ، سيتم تحديد المتجه D من حيث المتجه E بمساعدة ليس قيمة واحدة من ε ، ولكن عدة (في الحالة العامة ، ستة) التي تشكل موتر السماحية.

عوازل في مجال بديل.إذا تغير الحقل E في الوقت t ، فلن يكون لدى استقطاب العازل وقت لمتابعته ، نظرًا لأن عمليات إزاحة الشحن لا يمكن أن تحدث على الفور. نظرًا لأنه يمكن تمثيل أي حقل متناوب كمجموعة من الحقول التي تتغير وفقًا لقانون التوافقي ، يكفي دراسة سلوك العازل في الحقل E \ u003d E 0 sinωt ، حيث ω هو تردد المجال المتناوب ، E 0 هو اتساع شدة المجال. تحت تأثير هذا المجال ، يتأرجح D و P أيضًا بشكل متناغم وبنفس التردد. ومع ذلك ، يظهر فرق الطور δ بين التذبذبات P و E ، والذي يحدث بسبب تأخر الاستقطاب P من الحقل E. يمكن تمثيل القانون التوافقي في شكل معقد E 0. السماحية في هذه الحالة هي كمية معقدة: ε (ω) = ε '+ iε' ، ε 'و ε' تعتمد على تواتر المجال الكهربائي المتناوب ω. قيمه مطلقه

يحدد سعة التذبذب D ، والنسبة ε '/ ε "= tgδ هي فرق الطور بين التذبذبات D و E. وتسمى القيمة δ زاوية فقدان العزل الكهربائي. في المجال الكهربائي الثابت ω = 0 ، ε" = 0 ، ε '= ε.

في المجالات الكهربائية المتناوبة ذات الترددات العالية ، تتميز خصائص العازل بمؤشرات انكسار n وامتصاص k (بدلاً من 'و "). الأول يساوي نسبة سرعات انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في عازل و في الفراغ. يميز مؤشر الامتصاص k توهين الموجات الكهرومغناطيسية في عازل. ترتبط القيم n و k و ε 'و "بالعلاقة (2)

استقطاب العوازل في حالة عدم وجود مجال كهربائي.في عدد من العوازل الصلبة (كهربي حراري ، كهربي كهربائي ، كهربي انضغاطي ، كهربي) ، يمكن أن يوجد الاستقطاب حتى بدون مجال كهربائي ، أي أنه يمكن أن يكون ناتجًا عن أسباب أخرى. وهكذا ، في الكهروحرارية ، يتم ترتيب الشحنات بشكل غير متماثل بحيث لا تتطابق مراكز ثقل الشحنات ذات الإشارة المعاكسة ، أي أن العازل الكهربائي مستقطب تلقائيًا. ومع ذلك ، يتجلى الاستقطاب في الكهربي الحراري فقط عندما تتغير درجة الحرارة ، عندما لا يكون لدى الشحنات الكهربائية التي تعوض الاستقطاب وقت لإعادة الترتيب. مجموعة متنوعة من الكهرومغناطيسية عبارة عن كهربي حديد ، يمكن أن يتغير الاستقطاب التلقائي بشكل كبير تحت تأثير تأثيرات خارجية(درجة الحرارة ، المجال الكهربائي). في الكهربائية الانضغاطية ، يحدث الاستقطاب عندما تتشوه البلورة ، والتي ترتبط بخصائص هيكلها البلوري. يمكن أيضًا ملاحظة الاستقطاب في حالة عدم وجود مجال في بعض المواد مثل الراتنجات والنظارات ، والتي تسمى بالكهرباء.

الموصلية الكهربائية للعوازل صغيرة ، لكنها تختلف دائمًا عن الصفر. يمكن أن تكون ناقلات الشحنة المتنقلة في العوازل إلكترونات وأيونات. في ظل الظروف العادية ، تكون الموصلية الإلكترونية للعوازل الكهربائية صغيرة مقارنة بالموصلية الأيونية. يمكن أن تكون الموصلية الأيونية ناتجة عن حركة كل من الأيونات الجوهرية والشوائب. ترتبط إمكانية حركة الأيونات عبر البلورة بوجود عيوب في البلورات. إذا كان هناك ، على سبيل المثال ، مكان شاغر في بلورة ، فعندئذٍ تحت تأثير المجال ، يمكن أن يحتلها أيون مجاور ، ويمكن للأيون التالي أن ينتقل إلى الفراغ الذي تم تشكيله حديثًا ، وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك ، تتحرك الشواغر ، مما يؤدي إلى لشحن النقل عبر البلورة بأكملها. تحدث حركة الأيونات أيضًا نتيجة لقفزاتها على طول الفجوات. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الموصلية الأيونية. يمكن تقديم مساهمة ملحوظة في التوصيل الكهربائي للعزل الكهربائي عن طريق التوصيل السطحي (انظر الظواهر السطحية).

انهيار العوازل.تتناسب كثافة التيار الكهربائي j عبر العازل مع شدة المجال الكهربائي E (قانون أوم): j = ςE ، حيث ς هي الموصلية الكهربائية للعزل الكهربائي. ومع ذلك ، في الحقول القوية بما فيه الكفاية ، يرتفع التيار أسرع من ارتفاعه وفقًا لقانون أوم. عند قيمة حرجة معينة لـ E pr ، يحدث انهيار كهربائي للعازل. تسمى قيمة E pr القوة الكهربائية للعازل. أثناء الانهيار ، يتدفق التيار كله تقريبًا عبر قناة ضيقة (انظر التوتير الحالي). في هذه القناة ، يصل j إلى قيم كبيرة ، مما قد يؤدي إلى تدمير العازل الكهربائي: يتم تشكيل ثقب من خلال أو صهر العازل عبر القناة. يمكن أن تحدث تفاعلات كيميائية في القناة ؛ على سبيل المثال ، يتم ترسيب الكربون في المواد العازلة العضوية ، ويتم ترسيب المعدن في بلورات أيونية (تعدين القناة) ، وما إلى ذلك. يتم تسهيل الانهيار من خلال عدم التجانس الموجود دائمًا في العازل الكهربائي ، نظرًا لأن الحقل E يمكن أن يزيد محليًا في أماكن عدم التجانس.

في العوازل الصلبة ، تتميز الأعطال الحرارية والكهربائية. أثناء الانهيار الحراري ، مع زيادة j ، تزداد كمية الحرارة المنبعثة في العازل ، وبالتالي درجة حرارة العازل ، مما يؤدي إلى زيادة عدد حاملات الشحنة n وانخفاض في المحدد. المقاومة الكهربائيةρ. في حالة الانهيار الكهربائي ، مع زيادة المجال ، يزداد توليد حاملات الشحنة تحت تأثير المجال ، و يتناقص أيضًا.

تعتمد القوة العازلة للكهرباء السائلة إلى حد كبير على نقاء السائل. إن وجود الشوائب والشوائب يقلل بشكل كبير من نسبة E بالنسبة للعوازل السائلة المتجانسة النقية ، فإن E pr قريب من E pr للعوازل الصلبة. يرتبط الانهيار في الغاز بتأثير التأين ويتجلى في شكل تفريغ كهربائي.

الخصائص غير الخطية للعوازل الكهربائية.الاعتماد الخطي P = ε 0 ϰE صالح فقط للحقول E ، والتي هي أصغر بكثير من الحقول داخل البلورات E cr (E cr بترتيب 10 8 V / cm). لان E pr<< Е кр, то в большинстве диэлектриков не удаётся наблюдать нелинейную зависимость Р(Е) в постоянном электрическом поле. Исключение составляют сегнетоэлектрики, в которых в сегнетоэлектрической области и вблизи точек фазовых переходов наблюдается сильная нелинейная зависимость Р(Е). При высоких частотах электрическая прочность диэлектрика повышается, поэтому нелинейные свойства любых диэлектриков проявляются в ВЧ-полях больших амплитуд. В частности, в луче лазера могут быть созданы электрические поля напряжённостью порядка 10 8 В/см, в которых становятся существенными нелинейные свойства диэлектрика, что позволяет осуществить преобразование частоты света, самофокусировку света и другие нелинейные эффекты (смотри Нелинейная оптика).

استخدام العوازل.تستخدم العوازل بشكل رئيسي كمواد عازلة كهربائية. تُستخدم الكهروإجهادية لتحويل الإشارات الميكانيكية (الإزاحة والتشوهات والاهتزازات الصوتية) إلى إشارات كهربائية والعكس صحيح (انظر محول الطاقة الكهرضغطية) ؛ كهربي حراري - ككاشفات حرارية للإشعاعات المختلفة ، وخاصة الأشعة تحت الحمراء ؛ تُستخدم أيضًا المواد الفيروكهربائية ، كونها كهرضغطية وكهرباء حرارية ، كمواد مكثف (بسبب ثباتها العازل العالي) ، فضلاً عن العناصر غير الخطية والذاكرة في الأجهزة المختلفة. معظم المواد البصرية عبارة عن عوازل كهربائية.

مضاءة: Froelich G. نظرية العوازل. م ، 1960 ؛ عوازل وموجات. م ، 1960 ؛ Feynman R. ، Layton R. ، Sands M. Feynman محاضرات في الفيزياء. م ، 1966. العدد. 5: الكهرباء والمغناطيسية. كلاشينكوف س. ج. الكهرباء. 5th إد. م ، 1985.

A. P. Levanyuk ، D.G Sannikov.

يتم فصل المواد العازلة في المعدات الإلكترونية كهربائيًا ، ويتم دمج المواد الصلبة ميكانيكيًا ودمجها بواسطة موصلات تحت إمكانات كهربائية مختلفة. يتم استخدامها للعزل الكهربائي لعناصر المعدات ، لتراكم طاقة المجال الكهربائي (المكثفات) ، لتصنيع الأجزاء الهيكلية ، وكذلك في شكل طلاءات على سطح الأجزاء ، للأجزاء اللاصقة.

الخصائص العازلة للمواد

الخاصية الرئيسية للعزل الكهربائي هي عدم إجراء تيار كهربائي. مقاومة الأحجام الخاصة للعوازل الكهربائية عالية: من 108 إلى 1018 أوم ، حيث لا يوجد تقريبًا ناقلات شحن مجانية فيها. يحدث بعض التوصيل بسبب الشوائب والعيوب الهيكلية.

يوجد دائمًا المزيد من الشوائب والعيوب على سطح أي جسم ، لذلك ، بالنسبة للعوازل الكهربائية ، يتم تقديم مفهوم الموصلية السطحية ومعلمة مقاومة السطح المحددة ، والتي يتم تعريفها على أنها المقاومة المقاسة بين موصلين خطيين بطول 1 متر لكل منهما ، وتقع على التوازي لبعضها البعض على مسافة 1 متر على سطح العازل. تعتمد قيمة s بشدة على طريقة الحصول على (معالجة) السطح وحالته (محتوى الغبار ، الرطوبة ، إلخ). نظرًا لأن الموصلية السطحية عادة ما تكون أكبر بكثير من الموصلية السائبة ، يتم اتخاذ تدابير لتقليلها.

العازل هو عازل فقط فيما يتعلق بالجهد المباشر. في مجال كهربائي متناوب ، يتدفق التيار عبر العازل بسبب استقطابه.

الاستقطاب هو عملية إزاحة الشحنات المقيدة على مسافة محدودة تحت تأثير مجال كهربائي خارجي.

تتجه إلكترونات الذرات نحو القطب الموجب ، نواة الذرات - نحو القطب السالب. يحدث الشيء نفسه مع الأيونات في البلورات الأيونية ، مع الجزيئات أو مناطق الجزيئات ذات التوزيع غير المتكافئ للجسيمات المشحونة في الحجم الذي تشغله. نتيجة للاستقطاب في العازل الكهربائي ، يتشكل مجاله الداخلي ، ويكون متجه أصغر من حيث الحجم وعكس اتجاه متجه المجال الخارجي. السعة الكهربائية بين الأقطاب الكهربائية ذات العازل أكبر من تلك الموجودة بين نفس الأقطاب بدون عازل بمعامل حيث هو التصريح العازل للتيار الكهربائي.

أثناء الاستقطاب الإلكتروني ، تحت تأثير مجال كهربائي خارجي ، تتشوه قذائف الإلكترون لذرات مادة ما. يتميز بوقت استقرار قصير (حوالي 10-15 ثانية) ، وبالتالي ، فهو قصور في الترددات الراديوية ، ولا يعتمد على التردد ، ويعتمد بشكل ضعيف على درجة الحرارة ، ويحدث بدون خسائر تقريبًا. المواد ذات الاستقطاب الإلكتروني في الغالب (عوازل قطبية ضعيفة) لها ثابت عازل منخفض: من 1.8 إلى 2.5. هذا النوع من الاستقطاب متأصل في جميع المواد.

يحدث الاستقطاب الأيوني في المواد الصلبة الأيونية ، وله وقت استقرار يتراوح من 10 إلى 13 ثانية ، وبالتالي ، فهو لا يعتمد عمليًا على تردد المجال ويعتمد بشكل ضعيف على درجة الحرارة. تتراوح قيمة معظم المواد ذات الاستقطاب الأيوني من 5 إلى 10.

يتجلى الاستقطاب الثنائي القطب (الشرقي) كتوجيه تحت تأثير مجال الجزيئات القطبية أو مجموعات الذرات. على سبيل المثال ، جزيئات الماء قطبية ، حيث توجد ذرات الهيدروجين بشكل غير متماثل بالنسبة لذرة الأكسجين ، أو كلوريد الفينيل (مونومر بولي فينيل كلوريد) H2C-CHCl. للتغلب على تفاعل الجزيئات وقوى الاحتكاك ، يتم استهلاك طاقة المجال ، والتي تتحول إلى طاقة حرارية ، وبالتالي ، فإن الاستقطاب ثنائي القطب له طابع استرخاء غير مرن. نظرًا للأحجام والكتل الكبيرة من ثنائيات الأقطاب المتضمنة في الاستقطاب ثنائي القطب ، فإن قصورها الذاتي يتجلى في شكل اعتماد قوي على السماحية وفقدان الطاقة على التردد.

استقطاب الهجرة ناتج عن عمليات نزوح غير مرنة لأيونات شوائب ضعيفة الترابط على مسافات قصيرة. من حيث النتائج (فقدان الطاقة ، الاعتماد على التردد) ، هذا الاستقطاب مشابه للاستقطاب ثنائي القطب.

يتم تقدير فقد الطاقة في العازل أثناء الاستقطاب بواسطة LOSS ANGLE tangent tg. يتم تمثيل العازل بفقدان في دائرة كهربائية كدائرة مكافئة: مكثف مثالي ومقاومة خسارة متصلة بالتوازي معها. تكمل الزاوية حتى 90 درجة من زاوية التحول بين التيار والجهد على الرسم البياني المتجه لمثل هذه الشبكة ثنائية الأطراف. تحتوي العوازل الجيدة (القطبية الضعيفة) على tg10-3 ، والذي يعتمد قليلاً على التردد. العوازل السيئة لها tg ، تقاس بعشر الوحدة وحتى أكثر ، وتعتمد بشدة على التردد.

تشكل الأنواع الخاصة الاستقطاب تحت تأثير الضغوط الميكانيكية ، التي لوحظت في PIEZOELECTRIC ، وكذلك الاستقطاب العفوي في الدورة الكهربية الكهروضوئية والحديدية الكهربية. تسمى هذه العوازل بالنشاط وتستخدم في أجهزة خاصة: في الرنانات والمرشحات والمولدات والمحولات الكهروإجهادية ومحولات الإشعاع والمكثفات عالية السعة النوعية وما إلى ذلك.

القوة الكهربائية - قدرة العازل على الحفاظ على مقاومة عالية في دوائر الجهد العالي. يتم تقديره بواسطة شدة مجال الانهيار Еpr = Upr / d ، حيث Upr هو جهد الانهيار ، d هو سمك العازل. البعد Epr - V / م. بالنسبة للعوازل المختلفة ، Epr = 10 ... 1000 MV / m ، وحتى لنفس المادة ، تختلف هذه القيمة بشكل كبير اعتمادًا على سمك وشكل الأقطاب الكهربائية ودرجة الحرارة وعدد من العوامل الأخرى. والسبب في ذلك هو تنوع العمليات أثناء الانهيار. يحدث الانهيار الكهربائي بسبب الانتقال النفقي للإلكترونات إلى نطاق التوصيل من نطاق التكافؤ ، من مستويات الشوائب أو الأقطاب الكهربائية المعدنية ، وكذلك بسبب تضاعف الانهيار بسبب تأثير التأين في المجالات عالية الكثافة. يحدث الانهيار الحراري الكهربائي بسبب الزيادة المطردة في التوصيل الكهربائي لعزل كهربائي مع زيادة درجة حرارته. في الوقت نفسه ، يزداد تيار التسرب ، ويزيد تسخين العازل الكهربائي ، وتتشكل قناة موصلة بسمكها ، وتنخفض المقاومة بشكل حاد ، ويحدث ذوبان المادة وتبخرها وتدميرها في منطقة التأثير الحراري. يرجع الانهيار الكهروميكولوجي إلى ظاهرة التحليل الكهربائي ، وهجرة الأيونات ، وبالتالي التغيرات في تكوين المادة. يحدث كسر التأين بسبب التفريغ الجزئي في عازل مع شوائب هوائية. قوة عازلة الهواء أقل ، وشدة المجال في هذه الشوائب أعلى منها في العازل الكثيف. هذا النوع من الانهيار نموذجي للمواد المسامية. يحدث الانهيار السطحي (الانقلاب) للعزل الكهربائي بسبب التيارات السطحية الكبيرة بشكل غير مقبول. مع الطاقة الكافية للمصدر الحالي ، يتطور انهيار السطح عبر الهواء ويتحول إلى قوس واحد. الظروف المساهمة في هذا الانهيار: الشقوق ، والمخالفات الأخرى والتلوث على سطح العازل ، والرطوبة ، والغبار ، وضغط الهواء الجوي المنخفض.

للتشغيل الموثوق لأي جهاز كهربائي ، يجب أن يكون جهد التشغيل لعزل Uwork أقل بكثير من جهد الانهيار Upr. تسمى النسبة Upr / Urab بمعامل عزل القوة الكهربائية.