الموصلات والعوازل الكهربائية هي مواد فيزيائية لها درجات مختلفة من التوصيل الكهربائي وتتفاعل بشكل مختلف مع عمل المجال الكهربائي. تستخدم الخصائص المعاكسة للمواد على نطاق واسع في جميع مجالات الهندسة الكهربائية.
محتوى
ما هي الموصلات والعوازل
الموصلات - المواد ذات الشحنات الكهربائية الحرة القادرة على التحرك اتجاهيًا تحت تأثير مجال كهربائي خارجي. هذه الميزات هي:
- المعادن وانصهارها.
- الكربون الطبيعي (الفحم والجرافيت);
- المنحلات بالكهرباء - محاليل الأملاح والأحماض والقلويات ؛
- غاز مؤين (بلازما).
الخاصية الرئيسية للمواد: الشحنات المجانية - الإلكترونات في الموصلات الصلبة والأيونات في المحاليل والذوبان ، تتحرك في جميع أنحاء الحجم الكامل للموصل ، وتجري التيار الكهربائي.تحت تأثير الجهد الكهربائي المطبق على الموصل ، يتم إنشاء تيار توصيل. المقاومة والتوصيل الكهربائي هي المؤشرات الرئيسية للمادة.
خصائص المواد العازلة معاكسة لخصائص الموصلات كهرباء. عوازل (عوازل) - تتكون من ذرات وجزيئات محايدة. ليس لديهم القدرة على تحريك الجسيمات المشحونة تحت تأثير المجال الكهربائي. تتراكم العوازل في مجال كهربائي شحنة غير معوضة على السطح. إنها تشكل مجالًا كهربائيًا موجهًا داخل العازل ، والعزل مستقطب.
نتيجة للاستقطاب ، تميل الشحنات الموجودة على سطح العازل إلى تقليل المجال الكهربائي. هذه الخاصية للمواد العازلة الكهربائية تسمى ثابت العزل للعزل الكهربائي.
الخصائص والخصائص الفيزيائية للمواد
تحدد معلمات الموصلات نطاق تطبيقها. الخصائص الفيزيائية الرئيسية:
- المقاومة الكهربائية - تميز قدرة المادة على منع مرور التيار الكهربائي ؛
- معامل درجة الحرارة للمقاومة - القيمة التي تميز التغير في المؤشر حسب درجة الحرارة ؛
- الموصلية الحرارية - مقدار الحرارة التي تمر لكل وحدة زمنية عبر طبقة من المادة ؛
- فرق جهد التلامس - يحدث عندما يتلامس معدنان مختلفان ، يستخدم في المزدوجات الحرارية لقياس درجة الحرارة
- قوة الشد واستطالة الشد - تعتمد على نوع المعدن.
عند التبريد إلى درجات حرارة حرجة ، تميل مقاومة الموصل إلى الصفر. هذه الظاهرة تسمى الموصلية الفائقة.
الخصائص التي تميز الموصل:
- المقاومة الكهربائية والتوصيل الكهربائي ؛
- مادة كيميائية - التفاعل مع البيئة ، ومكافحة التآكل ، والقدرة على الاتصال عن طريق اللحام أو اللحام ؛
- الكثافة الفيزيائية ، نقطة الانصهار.
من سمات العوازل مقاومة تأثيرات التيار الكهربائي. الخواص الفيزيائية لمواد العزل الكهربائي:
- ثابت العزل - قدرة العوازل على الاستقطاب في مجال كهربائي ؛
- مقاومة حجم محددة
- القوة الكهربائية
- ظل الخسارة العازلة.
تتميز المواد العازلة بالمعلمات التالية:
- كهربائي - حجم جهد الانهيار والقوة الكهربائية ؛
- المقاومة الفيزيائية للحرارة
- مادة كيميائية - الذوبان في العوامل العدوانية ، مقاومة الرطوبة.
أنواع وتصنيف المواد العازلة
العوازل مقسمة إلى مجموعات وفقا لعدة معايير.
التصنيف حسب حالة تجميع المادة:
- صلب - زجاج ، سيراميك ، أسبستوس ؛
- السائل - الزيوت النباتية والاصطناعية ، البارافين ، الغاز المسال ، العوازل الاصطناعية (السليكون ومركبات الفلورين العضوي الفريون ، الفريون) ؛
- غازي - هواء ، نيتروجين ، هيدروجين.
يمكن أن تكون العوازل من أصل طبيعي أو اصطناعي ، وذات طبيعة عضوية أو اصطناعية.
تشمل مواد العزل الطبيعية العضوية الزيوت النباتية والسليلوز والمطاط. تتميز بمقاومة منخفضة للحرارة والرطوبة ، والشيخوخة السريعة. المواد العضوية الاصطناعية هي أنواع مختلفة من البلاستيك.
تشمل المواد العازلة غير العضوية ذات الأصل الطبيعي: الميكا ، والأسبستوس ، والمسكوفيت ، والفلوجوبايت. المواد مقاومة للهجوم الكيميائي ، وتتحمل درجات الحرارة العالية.مواد عازلة اصطناعية غير عضوية - زجاج ، بورسلين ، سيراميك.
لماذا لا توصل العوازل الكهرباء؟
يرجع انخفاض الموصلية إلى بنية الجزيئات العازلة. ترتبط جزيئات المادة ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض ، ولا يمكنها ترك الذرة والتحرك في كامل حجم المادة. تحت تأثير المجال الكهربائي ، يمكن لجزيئات الذرة أن تتحلل قليلاً - لتستقطب.
اعتمادًا على آلية الاستقطاب ، يتم تقسيم المواد العازلة إلى:
- غير قطبي - مواد في حالات مختلفة من التجميع مع الاستقطاب الإلكتروني (غازات خاملة ، هيدروجين ، بوليسترين ، بنزين) ؛
- قطبي - استرخاء ثنائي القطب واستقطاب إلكتروني (راتنجات مختلفة ، سليلوز ، ماء) ؛
- عوازل أيونية صلبة من أصل غير عضوي (زجاج ، سيراميك).
الخصائص العازلة للمادة ليست ثابتة. تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة أو الرطوبة العالية ، تنفصل الإلكترونات عن النواة وتكتسب خصائص الشحنات الكهربائية الحرة. يتم تقليل الصفات العازلة للعزل في هذه الحالة.
العازل الكهربائي الموثوق به عبارة عن مادة ذات تيار تسرب منخفض لا يتجاوز قيمة حرجة ولا يعطل تشغيل النظام.
أين تستخدم العوازل والموصلات؟
يتم استخدام المواد في جميع مجالات النشاط البشري حيث يتم استخدام التيار الكهربائي: في الصناعة والزراعة وصناعة الأدوات والشبكات الكهربائية والأجهزة الكهربائية المنزلية.
يتم تحديد اختيار الموصل من خلال خصائصه التقنية. المنتجات المصنوعة من الفضة والذهب والبلاتين هي الأقل مقاومة.يقتصر استخدامها على الفضاء والأغراض العسكرية بسبب التكلفة العالية. سلوك النحاس والألمنيوم الحالي أسوأ إلى حد ما ، لكن رخصتهما النسبية أدت إلى استخدامها على نطاق واسع الأسلاك ومنتجات الكابلات.
تعمل المعادن النقية التي لا تحتوي على شوائب على توصيل التيار بشكل أفضل ، ولكن في بعض الحالات ، يلزم استخدام موصلات ذات مقاومة عالية - لإنتاج مقاومات مقاومة متغيرة ، وأفران كهربائية ، وسخانات كهربائية. لهذه الأغراض ، يتم استخدام سبائك من النيكل والنحاس والمنغنيز (المنغنيز والكونستانتان). الموصلية الكهربائية للتنغستن والموليبدينوم أقل بثلاث مرات من تلك الخاصة بالنحاس ، لكن خصائصهما تستخدم على نطاق واسع في إنتاج المصابيح الكهربائية وأجهزة الراديو.
العوازل الصلبة هي المواد التي تضمن السلامة والتشغيل المستمر للعناصر الموصلة. يتم استخدامها كمادة عازلة للكهرباء ، تمنع تسرب التيار ، وتعزل الموصلات عن بعضها البعض ، من علبة الجهاز ، عن الأرض. مثال على هذا المنتج هو القفازات العازلة ، الموصوفة في موقعنا مقالة - سلعة.
تستخدم العوازل السائلة في المكثفات, اسلاك الطاقة، أنظمة التبريد الدوارة للمولدات التوربينية وقواطع الدائرة الزيتية ذات الجهد العالي. تستخدم المواد كملء وتشريب.
مواد عازلة غازية. الهواء هو عازل طبيعي يوفر أيضًا تبديد الحرارة. يستخدم النيتروجين في الأماكن التي تكون فيها عمليات الأكسدة غير مقبولة. يستخدم الهيدروجين في المولدات القوية ذات السعة الحرارية العالية.
يضمن العمل المنسق للموصلات والعوازل التشغيل الآمن والمستقر للمعدات وشبكات الإمداد بالطاقة. يعتمد اختيار عنصر معين للمهمة المطروحة على الخصائص الفيزيائية والمعايير الفنية للمادة.
مقالات مماثلة:
