вещества и электрический ток, примеры / Справочник :: Бингоскул
Проводники и диэлектрики: вещества и электрический ток, примерыдобавить в закладки удалить из закладок
Содержание:
До открытия полупроводников физики различали два типа веществ по способности служить средой для распространения электромагнитного поля: проводники и диэлектрики. Рассмотрим, какие вещества относятся к диэлектрикам и проводникам. Разберёмся, чем они отличаются. Приведём примеры обеих категорий материалов, которые встречаются в быту.
Какие вещества называют проводниками
Хорошо пропускающие электрический ток вещества называются проводниками. По ним электрический заряд перетекает от заряженного тела к незаряженному благодаря большому количеству свободных носителей заряда, преимущественно электронов. Условно к проводникам электрического тока относятся вещества с удельным сопротивлением менее 10−6 Ом. Это:
- все металлы и их сплавы;
- растворы солей, щелочей, кислот – электролиты;
- ионизированные газы, в том числе атмосферный воздух;
- живые организмы – тела людей, животных, стволы деревьев;
- вода, в состав которой входят минералы;
- различные формы углерода, например, графит – применяется для изготовления скользящих контактов.
Основные характеристики проводников – их сопротивление и удельное сопротивление. В электротехнике приходится учитывать температурные коэффициенты удельного сопротивления, линейного и объёмного расширения материалов при выборе проводников.
В кристаллической решетке металлов полно свободных электронов – носителей электричества. При создании растворов молекулы растворяемого вещества становятся ионами. Электрическое поле будет перемещать отрицательно заряженные ионы к положительному катоду и наоборот. Вследствие, на электродах оседают вещества, входящие в состав раствора. Ток вызывает необратимые процессы в электролите и со временем проводимость вещества снижается.
Что такое диэлектрик
К непроводникам или изоляторам относят вещества с очень высоким сопротивлением – низкой или нулевой проводимостью. В таких материалах практически отсутствуют свободные носители электрического тока – электроны или они имеют высокую энергию выхода из электронных оболочек. Удельное сопротивление изоляторов условно принимают за 106 – 108 Ом. Диэлектрики для высоких токов и трёхфазных сетей должны обладать сопротивлением 1013 – 1016 Ом.
К непроводникам относятся: сухая древесина, практически все минералы, масла, смолы, не ионизированные газы, полимерные материалы: резина, пластик, плёнка, пластмасса, стекло, керамика. Из них изготавливаются корпуса электронных и электрических устройств, их компоненты (рукоятки), изоляция кабелей. Диэлектрики входят в состав конденсаторов. Бывают жидкими, полужидкими, твёрдыми, газообразными.
Чёткую границу между проводниками, полупроводниками и непроводниками провести сложно.
Приведите примеры диэлектриков и проводников электричества, которые есть у вас дома.
Поделитесь в социальных сетях:
5 апреля 2022, 09:23
Физика
Could not load xLike class!
Элементарный учебник физики Т2
Элементарный учебник физики Т2
ОглавлениеИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮГлава I. Электрические заряды § 1. Электрическое взаимодействие. § 2. Проводники и диэлектрики. § 3. Разделение тел на проводники и диэлектрики § 4. Положительные и отрицательные заряды § 5. Что происходит при электризации? § 6. Электронная теория. § 7. Электризация трением. § 8. Электризация через влияние. § 9. Электризация под действием света. § 11. Единица заряда. Глава II. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ § 12. Действие электрического заряда на окружающие тела. § 13. Понятие об электрическом поле. § 14. Напряженность электрического поля. § 15. Сложение полей. § 16. Электрическое поле в диэлектриках и в проводниках. § 17. Графическое изображение полей. § 18. Основные особенности электрических карт. § 19. Применение метода линий поля к задачам электростатики. § 20. Работа при перемещении заряда в электрическом поле. § 21. Разность потенциалов (электрическое напряжение). § 22. Эквипотенциальные поверхности. § 23. В чем смысл введения разности потенциалов? § 24. Условия равновесия зарядов в проводниках. § 26. В чем различие между электрометром и электроскопом? § 27. Соединение с Землей. § 28. Измерение разности потенциалов в воздухе. Электрический зонд. § 29. Электрическое поле Земли. § 30. Простейшие электрические поля. § 31. Распределение зарядов в проводнике. Клетка Фарадея. § 32. Поверхностная плотность заряда. § 33. Конденсаторы. § 34. Различные типы конденсаторов. § 35. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. § 36. Диэлектрическая проницаемость. § 37. Почему электрическое поле ослабляется внутри диэлектрика? Глава III. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 39. Электрический ток и электродвижущая сила. § 40. Признаки электрического тока. § 41. Направление тока. § 42. Сила тока. § 43. «Скорость электрического тока» и скорость движения носителей заряда. § 44. Гальванометр. § 45. Распределение напряжения в проводнике с током. § 46. Закон Ома. § 47. Сопротивление проводов. § 48. Зависимость сопротивления от температуры. § 49. Сверхпроводимость. § 51. Реостаты. § 52. Распределение напряжения в цепи. § 53. Вольтметр. § 54. Каким должно быть сопротивление вольтметра и амперметра? § 55. Шунтирование измерительных приборов. Глава IV. ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА § 56. Нагревание током. Закон Джоуля-Ленца. § 57. Работа, совершаемая электрическим током. § 58. Мощность электрического тока. § 59. Контактная сварка. § 60. Электрические нагревательные приборы. Электрические печи. § 61. Понятие о расчете нагревательных приборов. § 62. Лампы накаливания. § 63. Короткое замыкание. § 64. Электрическая проводка. Глава V. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОЛИТЫ § 66. Второй закон Фарадея. § 67. Ионная проводимость электролитов. § 68. Движение ионов в электролитах. § 69. Элементарный электрический заряд. § 70. Первичные и вторичные процессы при электролизе. § 71. Электролитическая диссоциация. § 72. Градуировка амперметров при помощи электролиза. § 73. Технические применения электролиза. Глава VI. ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ТОКА § 74. Введение. Открытие Вольты. § 75. Правило Вольты. Гальванический элемент. § 76. Как возникают э. д. с. и ток в гальваническом элементе? § 78. Деполяризация в гальванических элементах. § 79. Аккумуляторы. § 80. Закон Ома для замкнутой цепи. § 81. Напряжение на зажимах источника тока и э. д. с. § 82. Соединение источников тока. § 83. Термоэлементы. § 84. Термоэлементы в качестве генераторов. § 85. Измерение температуры с помощью термоэлементов. Глава VII. ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ МЕТАЛЛЫ § 86. Электронная проводимость металлов. § 87. Строение металлов. § 88. Причина электрического сопротивления. § 89. Работа выхода. § 90. Испускание электронов накаленными телами. Глава VIII. § 91. Самостоятельная и несамостоятельная проводимость газов. § 92. Несамостоятельная проводимость газа. § 93. Искровой разряд. § 94. Молния. § 95. Коронный разряд. § 96. Применения коронного разряда. § 97. Громоотвод. § 98. Электрическая дуга. § 99. Применения дугового разряда. § 100. Тлеющий разряд. § 101. Что происходит при тлеющем разряде? § 102. Катодные лучи. § 103. Природа катодных лучей. § 104. Каналовые лучи. § 105. Электронная проводимость в высоком вакууме. § 106. Электронные лампы. § 107. Электроннолучевая трубка. § 108. Природа электрического тока в полупроводниках. § 109. Движение электронов в полупроводниках. § 110. Полупроводниковые выпрямители. § 111. Полупроводниковые фотоэлементы. Глава X. ОСНОВНЫЕ МАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ § 112. Естественные и искусственные магниты. § 113. Полюсы магнита и его нейтральная зона. § 114. Магнитное действие электрического тока. § 115. Магнитные действия токов и постоянных магнитов. § 116. Происхождение магнитного поля постоянных магнитов. § 117. Гипотеза Ампера об элементарных электрических токах. § 118. Магнитное поле и его проявления. Магнитная индукция. § 119. Магнитный момент. Единица магнитной индукции. § 120. Измерение магнитной индукции поля с помощью магнитной стрелки. § 121. Сложение магнитных полей. § 122. Линии магнитного поля. § 123. Приборы для измерения магнитной индукции. Глава XII. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТОКОВ § 124. Магнитное поле прямолинейного проводника и кругового витка с током. § 125. Магнитное поле соленоида. Эквивалентность соленоида и полосового магнита. § 126. Магнитное поле внутри соленоида. Напряженность магнитного поля. § 127. Магнитное поле движущихся зарядов. § 128. Магнитное поле Земли. § 129. Элементы земного магнетизма. § 130. Магнитные аномалии и магнитная разведка полезных ископаемых. § 131. Изменение элементов земного магнетизма с течением времени. Магнитные бури. Глава XIV. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ НА ПРОВОДНИКИ С ТОКОМ § 132. Введение. § 133. Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. Правило левой руки. § 134. Действие магнитного поля на виток или соленоид с током. § 135. Гальванометр, основанный на взаимодействии магнитного поля и тока. § 136. Сила Лоренца. Глава XV. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ § 138. Условия возникновения индукционного тока. § 139. Направление индукционного тока. Правило Ленца. § 140. Основной закон электромагнитной индукции. § 141. Электродвижущая сила индукции. § 142. Электромагнитная индукция и сила Лоренца. § 143. Индукционные токи в массивных проводниках. Токи Фуко. Глава XVI. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТЕЛ § 144. Магнитная проницаемость железа. § 145. Магнитная проницаемость различных веществ. Вещества парамагнитные и диамагнитные. § 146. Движение парамагнитных и диамагнитных тел в магнитном поле. Опыты Фарадея. § 148. Магнитная защита. § 149. Особенности ферромагнитных тел. § 150. Основы теории ферромагнетизма. Глава XVII. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК § 151. Постоянная и переменная электродвижущая сила. § 152. Опытное исследование формы переменного тока. Осциллограф. § 153. Амплитуда, частота и фаза синусоидального переменного тока и напряжения. § 154. Сила переменного тока. § 155. Амперметры и вольтметры переменного тока. § 156. Самоиндукция. § 157. Индуктивность катушки. § 158. Прохождение переменного тока через конденсатор и катушку с большой индуктивностью. § 159. Закон Ома для переменного тока. Емкостное и индуктивное сопротивления. § 160. Сложение токов при параллельном включении сопротивлений в цепь переменного тока. § 161. Сложение напряжений при последовательном соединении сопротивлений в цепи переменного тока. § 162. Сдвиг фаз между током и напряжением. § 163. Мощность переменного тока. § 164. Трансформаторы. § 165. Централизованное производство и распределение электрической энергии. § 166. Выпрямление переменного тока. Глава XVIII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ: ГЕНЕРАТОРЫ, ДВИГАТЕЛИ, ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ § 167. Генераторы переменного тока. § 168. Генераторы постоянного тока. § 169. Генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением. § 170. Трехфазный ток. § 171. Трехфазный электродвигатель. § 172. Электродвигатели постоянного тока. § 173. Основные рабочие характеристики и особенности двигателей постоянного тока с параллельным и последовательным возбуждением. § 174. Коэффициент полезного действия генератора и двигателя. § 175. Обратимость электрических генераторов постоянного тока. § 176. Электромагниты. § 177. Применение электромагнитов. § 178. Реле и их применения в технике и автоматике. Ответы и решения к упражнениям Приложения Предметный указатель Таблицы |
Типы, примеры, свойства и применение
Материалы, используемые в электронной промышленности, классифицируются на основе проводимости электричества. Они бывают трех типов: проводники, полупроводники и изоляторы. Назначение диэлектриков — препятствовать проводимости электричества. Они напоминают функциональность изоляторов. Очень известное применение диэлектрического материала наблюдается в конденсаторах. Потому что проводящие пластины разделены непроводящей средой, известной как изоляционный материал. В зависимости от типа выбранного изоляционного материала конденсаторы классифицируют на различные типы.
Что такое диэлектрический материал?
Определение: A Диэлектрик — это материал, плохо проводящий электричество. Но это эффективный сторонник электростатического поля. Если ток между заряженными полюсами противоположного типа поддерживается на минимальном уровне без прерывания линий электростатического потока, то эти электростатические поля способны накапливать энергию. Это явление практически полезно для хранения энергии в устройствах. Даже при строительстве радиочастотных линий передачи используются диэлектрические материалы.
Диэлектрический материал
Типы диэлектрических материалов
Обычно диэлектрики подразделяются на два типа.
Активные диэлектрики
Диэлектрики, помещенные снаружи в активное электрическое поле, чтобы оно могло принимать от него электрический поток. Они известны как активные диэлектрики. Они легко относятся к хранению энергии.
Пассивные диэлектрики
Ограничение потока заряда через диэлектрик называется пассивным диэлектриком.
Диэлектрические материалы далее классифицируются в зависимости от состояния материала на три типа. Это твердые тела, жидкости и газы. К твердым диэлектрикам относятся бумага, слюда, керамика, стекло и т. д. Жидкие диэлектрики — это масло, используемое в трансформаторах, дистиллированная вода и т. д. Газообразные диэлектрики — это оксиды металлов, азот, гелий и т. д.
В зависимости от типа молекул диэлектрические материалы далее классифицируются на два типа
Полярные молекулы
Возможность совпадения молекул положительного и отрицательного типа поддерживается равной нулю. Это связано с асимметричной формой молекулы. Если электрическое поле приложено извне, то в этом случае заряды молекул собираются в одном направлении электрического поля.
Неполярные молекулы
В этом типе положительные и отрицательные заряды совпадают друг с другом. В этих молекулах нет условия постоянного дипольного момента.
Примеры диэлектрических материалов:
- Керамика, стекло, слюда, оксиды металлов и пластмасс.
- Материалы в виде жидкостей и газов также служат хорошими диэлектриками.
- Прежде всего, сухой воздух считается превосходным диэлектриком. Он используется в линиях передачи и в конденсаторах переменного типа.
- Дистиллированная вода также обладает эффективными свойствами диэлектрических материалов. Это соображение является хорошим примером диэлектрических материалов.
Свойства диэлектрических материалов
Свойства диэлектриков заставляют нас выбирать наиболее подходящий материал в зависимости от его требований. Некоторые из свойств:
- Обычно используемые диэлектрические материалы относятся к неметаллическому типу. Следовательно, удельное сопротивление таких материалов будет высоким.
- Энергетическая щель огромна, больше 3эВ.
- Связь электронов с ядром очень высока.
- Из-за отсутствия свободных электронов проводимость очень низкая.
- Диэлектрическая проницаемость. Поляризуемость или характер диэлектрика можно предсказать, используя значение диэлектрической проницаемости.
- Диэлектрическая проницаемость используется для измерения уровня поляризации в диэлектрике.
Пробой диэлектрика
Из-за приложения более высоких уровней электрических полей диэлектрик имеет тенденцию проводить. Следовательно, это состояние называется пробоем диэлектрика. Это одно из важных свойств материалов, поскольку такое состояние может привести к повреждению диэлектриков. Диэлектрические потери. Проведение потери питания из-за абсорбции диэлектрическим материалом известно как диэлектрические потери. Такая ситуация возникает, когда источник питания имеет тип Ac. Диэлектрическая проницаемость
Определить, какое количество электрического потока может удерживать материал, можно с помощью коэффициента, называемого диэлектрической проницаемостью.
Определяется как отношение диэлектрической проницаемости вещества к диэлектрической проницаемости свободного пространства и обозначается символом «k». Диэлектрическая постоянная = Абсолютная диэлектрическая проницаемость / Диэлектрическая проницаемость в свободном пространстве
k=ε/εο
Применение диэлектрических материалов
Существуют различные области применения таких типов материалов. Вот некоторые из них:
- В оборудовании подстанций, где протекают средние и высокие напряжения, этот тип изоляционного материала используется.
- Практически, для высоковольтных приводных трансформаторов втулки покрывают такими изоляционными материалами, как и на распределительных устройствах.
- В устройстве накопления энергии, таком как конденсатор, этот изоляционный материал представляет собой отдельный слой для проводящей пары пластин.
- Открытые компоненты, например кабели, прочно покрыты диэлектриком, чтобы защитить их от опасных воздействий.
- Даже смола и лак используются в электрическом оборудовании, что увеличивает срок его службы.
- Жидкие диэлектрики используются для охлаждения трансформаторов, реостатов и конденсаторов.
Часто задаваемые вопросы
1). Что такое диэлектрическая поляризация?
Электрическое поле, воздействующее на диэлектрический материал, приводит к диэлектрической поляризации. Смещение зарядов происходит из-за приложения электрического поля извне в этой поляризации.
2). Какой материал используется в качестве диэлектрика?
В качестве диэлектриков используются материалы, известные своей плохой проводимостью электричества. Пластик, слюда, керамика, сухой воздух, дистиллированная вода и т. д. — вот некоторые примеры диэлектриков.
3). Почему изоляторы называют диэлектриками?
Из-за свойства плохой проводимости изоляторы называются диэлектриками.
4). Какой материал имеет наибольшую диэлектрическую прочность?
Вакуум является прекрасным примером высочайшей диэлектрической прочности. Причина этого связана с отсутствием какого-либо материала, способного вызвать поломку.
5). Что является единицей электрической прочности?
В системе СИ единицы электрической прочности должны измеряться в вольтах на метр.
Диэлектрические материалы подвержены преждевременному старению из-за чрезмерного количества тепла и приложенного перенапряжения. На него также влияют другие материалы, что приводит к выходу из строя диэлектрика. Можете ли вы описать, что заставляет диэлектрик подвергаться состоянию пробоя?
Свойства диэлектрика. Материал, типы, примеры и применение
Диэлектрический материал является плохим проводником электричества, т. е. изолятором, что означает, что при приложении напряжения через материал не может проходить ток. Однако на атомном уровне происходят определенные корректировки. Он поляризован, когда к поверхности диэлектрика приложено напряжение. Поскольку атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, поляризация — это эффект, который слегка смещает электроны в сторону положительного напряжения. Они не перемещаются достаточно далеко, чтобы генерировать ток через материал — сдвиг микроскопический, но имеет очень важное значение, особенно при работе с конденсаторами.
При удалении источника напряжения из материала он либо возвращается в исходное неполяризованное состояние, либо остается поляризованным, если молекулярные связи материала слабы. Различие между диэлектрическими и изоляторными терминами не очень хорошо известно. Полностью диэлектрические материалы являются изоляторами, но те, которые легко поляризуются, являются хорошим диэлектриком.
(Изображение будет загружено в ближайшее время)
Диэлектрическая проницаемость
Диэлектрическая проницаемость — это способность объекта удерживать столько энергии в форме электрического поля, сколько вещество концентрирует электрический поток. Его также можно рассматривать как отношение диэлектрической проницаемости объекта к диэлектрической проницаемости свободного пространства.
Типы диэлектрических материалов
Диэлектрики сгруппированы в соответствии с типом молекул, присутствующих в материале. Существует два типа диэлектриков – неполярный диэлектрик и полярный диэлектрик.
Полярный диэлектрик
Центр масс положительных частиц в полярных диэлектриках не совпадает с центром масс отрицательных частиц. Здесь присутствует дипольный момент. Форма молекул асимметрична. При приложении электрического поля молекулы выравниваются с электрическим полем. Случайный дипольный момент наблюдается, когда электрическое поле снимается, и суммарный дипольный момент в молекулах становится равным нулю.
Пример: H 2 O, HCl.
Неполярный диэлектрик
Центр масс положительных и отрицательных частиц совпадает внутри неполярных диэлектриков. Эти молекулы не обладают дипольным моментом. Эти молекулы имеют форму симметрии.
Пример: H 2 , O 2 , N 2 .
Пример диэлектрического материала
Диэлектрическим материалом может быть вакуум, твердые тела, жидкости и газы.
Керамика, бумага, слюда, стекло и т. д. являются некоторыми примерами твердых диэлектрических материалов.
Дистиллированная вода, трансформаторное масло и т. д. являются жидкими диэлектрическими материалами.
Газы-диэлектрики – это азот, сухой воздух, гелий, различные оксиды металлов и т. д. Идеальный вакуум также является диэлектриком.
Применение диэлектрических материалов
Диэлектрики используются в конденсаторах для хранения энергии.
Керамический диэлектрик используется в диэлектрическом резонаторе генератора.
Диэлектрические материалы с высокой диэлектрической проницаемостью используются для улучшения характеристик полупроводниковых устройств.
Минеральные масла используются в качестве диэлектрической жидкости в электрических трансформаторах и способствуют процессу охлаждения.
Электреты, специально обработанный диэлектрический материал, служат электростатическим эквивалентом магнитов.
Пластиковые пленки использовались в качестве пленок в различных областях, таких как изоляция конденсаторов между фольгой и изоляция щелей во вращающихся электрических машинах.
В настоящее время жидкие диэлектрики, в основном углеводородные минеральные масла, в основном используются в качестве изолирующей и охлаждающей среды для трансформаторов, заземляющих реакторов, шунтирующих реакторов, реостатов и т. д.
Что такое диэлектрические свойства?
Подобно идеальному конденсатору, диэлектрик хранит и рассеивает электрическую энергию. Основные свойства диэлектрического материала включают электрическую восприимчивость, диэлектрическую поляризацию, диэлектрическую дисперсию, диэлектрическую релаксацию, настраиваемость и т. д.
Электрическая восприимчивость: Электрическая восприимчивость измеряет, насколько легко диэлектрический материал поляризуется при воздействии электрического поля. Эта величина также определяет электрическую проницаемость материала.
Диэлектрическая поляризация: Электрический дипольный момент является мерой разделения отрицательного и положительного зарядов в системе. Связь между моментом диполя (M) и электрическим полем (E) определяет диэлектрические свойства. Когда приложенное электрическое поле снимается, атом возвращается в исходное состояние. Это происходит в экспоненциальном порядке затухания. Время, за которое атом достигает исходного состояния, называется временем релаксации.
Пробой диэлектрика: при приложении более сильных электрических полей изолятор начинает проводить и действовать как проводник.