ค่าการนำไฟฟ้าของไดอิเล็กตริกเป็นลักษณะทางกายภาพที่สำคัญ ข้อมูลเกี่ยวกับเรื่องนี้ทำให้คุณสามารถระบุขอบเขตของการใช้วัสดุได้
เงื่อนไข
ตามค่าการนำไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้า สารถูกแบ่งออกเป็นกลุ่ม:
- ไดอิเล็กทริก;
- เซมิคอนดักเตอร์;
- คอนดักเตอร์
โลหะเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม โดยมีค่าการนำไฟฟ้าถึง 106-108 (โอห์ม ม.)-1.
และวัสดุไดอิเล็กทริกไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ จึงใช้เป็นฉนวน พวกมันไม่มีตัวพาฟรี แต่โครงสร้างไดโพลของโมเลกุลต่างกัน
เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุแข็งที่มีค่าการนำไฟฟ้าปานกลาง
การจำแนก
วัสดุอิเล็กทริกทั้งหมดแบ่งออกเป็นประเภทมีขั้วและไม่มีขั้ว ในลูกถ้วยไฟฟ้ามีขั้ว จุดศูนย์กลางของประจุบวกและประจุลบอยู่นอกศูนย์กลาง โมเลกุลของสารดังกล่าวมีความคล้ายคลึงกันในพารามิเตอร์ทางไฟฟ้ากับไดโพลแข็งซึ่งมีโมเมนต์ไดโพลของตัวเอง น้ำสามารถใช้เป็นไดอิเล็กทริกแบบมีขั้วแอมโมเนีย ไฮโดรเจนคลอไรด์
ไดอิเล็กตริกไม่มีขั้วมีความโดดเด่นเนื่องจากความบังเอิญของจุดศูนย์กลางของประจุบวกและประจุลบ มีลักษณะทางไฟฟ้าคล้ายกับไดโพลยืดหยุ่น ตัวอย่างของฉนวนดังกล่าว ได้แก่ ไฮโดรเจน ออกซิเจน คาร์บอนเตตระคลอไรด์
การนำไฟฟ้า
ค่าการนำไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกอธิบายได้จากอิเล็กตรอนอิสระจำนวนเล็กน้อยในโมเลกุลของพวกมัน ด้วยการเคลื่อนตัวของประจุภายในสารในช่วงระยะเวลาหนึ่ง จะสังเกตเห็นการสร้างตำแหน่งสมดุลทีละน้อยซึ่งเป็นสาเหตุของการปรากฏตัวของกระแส ค่าการนำไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกมีอยู่ในขณะที่ปิดและเปิดแรงดันไฟฟ้า ตัวอย่างทางเทคนิคของลูกถ้วยไฟฟ้ามีจำนวนสูงสุดของค่าใช้จ่ายฟรี ดังนั้นจึงไม่มีนัยสำคัญผ่านกระแสปรากฏในพวกเขา
ค่าการนำไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกในกรณีของค่าแรงดันคงที่คำนวณจากกระแสผ่าน กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการปล่อยประจุและทำให้เป็นกลางของประจุที่มีอยู่บนอิเล็กโทรด ในกรณีของแรงดันไฟสลับ ค่าของการนำไฟฟ้าแบบแอ็คทีฟจะไม่ได้รับผลกระทบจากกระแสไฟผ่านเท่านั้น แต่ยังได้รับผลกระทบจากส่วนประกอบแอคทีฟของกระแสโพลาไรซ์ด้วย
คุณสมบัติทางไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกขึ้นอยู่กับความหนาแน่นกระแส ความต้านทานของวัสดุ
ไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็ง
การนำไฟฟ้าของไดอิเล็กตริกที่เป็นของแข็งแบ่งออกเป็นมวลและพื้นผิว เพื่อเปรียบเทียบพารามิเตอร์เหล่านี้สำหรับวัสดุที่แตกต่างกัน จะใช้ค่าเฉพาะปริมาตรและค่าเฉพาะพื้นผิวแนวต้าน
ค่าการนำไฟฟ้าทั้งหมดเป็นผลรวมของค่าทั้งสองนี้ ค่าจะขึ้นอยู่กับความชื้นของสิ่งแวดล้อมและอุณหภูมิแวดล้อม ในกรณีของการทำงานอย่างต่อเนื่องภายใต้แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟที่ไหลผ่านฉนวนที่เป็นของเหลวและของแข็งจะลดลง
และในกรณีที่กระแสเพิ่มขึ้นหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง เราสามารถพูดถึงความจริงที่ว่ากระบวนการกลับไม่ได้เกิดขึ้นภายในสารจะนำไปสู่การทำลายล้าง (การสลายตัวของไดอิเล็กตริก)
คุณสมบัติของสถานะก๊าซ
ไดอิเล็กตริกที่เป็นก๊าซมีค่าการนำไฟฟ้าเล็กน้อยหากความแรงของสนามใช้ค่าต่ำสุด การเกิดกระแสในสารที่เป็นแก๊สจะเกิดขึ้นได้เฉพาะในกรณีที่มีอิเล็กตรอนอิสระหรือไอออนที่มีประจุ
ไดอิเล็กทริกที่เป็นแก๊สเป็นฉนวนคุณภาพสูง ดังนั้นจึงใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ในปริมาณมาก การแตกตัวเป็นไอออนในสารดังกล่าวเกิดจากปัจจัยภายนอก
เนื่องจากการชนกันของไอออนของก๊าซ เช่นเดียวกับภายใต้การสัมผัสความร้อน รังสีอัลตราไวโอเลตหรือรังสีเอกซ์ กระบวนการของการก่อตัวของโมเลกุลที่เป็นกลาง (การรวมตัวใหม่) ก็ถูกสังเกตเช่นกัน กระบวนการนี้ทำให้จำนวนไอออนในแก๊สเพิ่มขึ้นอย่างจำกัด ความเข้มข้นของอนุภาคที่มีประจุจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ หลังจากสัมผัสกับแหล่งกำเนิดไอออนไนซ์จากภายนอก
ในกระบวนการเพิ่มแรงดันไฟให้กับแก๊ส การเคลื่อนที่ของไอออนไปยังอิเล็กโทรดจะเพิ่มขึ้น พวกเขาจะไม่มีเวลารวมตัวกันใหม่จึงถูกคายประจุที่อิเล็กโทรด ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในเวลาต่อมา กระแสไม่เพิ่มขึ้น เรียกว่ากระแสอิ่มตัว
เมื่อพิจารณาจากไดอิเล็กทริกแบบไม่มีขั้ว เราทราบว่าอากาศเป็นฉนวนที่สมบูรณ์แบบ
ไดอิเล็กทริกเหลว
การนำไฟฟ้าของไดอิเล็กตริกเหลวอธิบายโดยลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของโมเลกุลของเหลว ตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วมีสิ่งเจือปนที่แยกตัวออก รวมทั้งความชื้น ในโมเลกุลของขั้วนั้น ค่าการนำไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้ายังอธิบายได้ด้วยกระบวนการสลายตัวเป็นไอออนของของเหลวเอง
ในสถานะการรวมตัวนี้ กระแสก็เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคคอลลอยด์เช่นกัน เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะขจัดสิ่งสกปรกออกจากไดอิเล็กตริกอย่างสมบูรณ์ ปัญหาจึงเกิดขึ้นในการได้รับของเหลวที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ
ฉนวนทุกประเภทเกี่ยวข้องกับการค้นหาตัวเลือกเพื่อลดการนำไฟฟ้าเฉพาะของไดอิเล็กตริก ตัวอย่างเช่น สิ่งสกปรกจะถูกลบออก ตัวบ่งชี้อุณหภูมิจะถูกปรับ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทำให้ความหนืดลดลง การเคลื่อนที่ของไอออนเพิ่มขึ้น และระดับการแยกตัวจากความร้อนเพิ่มขึ้น ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุไดอิเล็กทริก
การนำไฟฟ้าของของแข็ง
อธิบายโดยการเคลื่อนที่ไม่เพียงแต่ไอออนของฉนวนเอง แต่ยังรวมถึงอนุภาคที่มีประจุของสิ่งเจือปนที่บรรจุอยู่ภายในวัสดุที่เป็นของแข็งด้วย เมื่อผ่านฉนวนที่เป็นของแข็ง จะเกิดการขจัดสิ่งสกปรกออกบางส่วน ซึ่งจะค่อยๆส่งผลกระทบต่อการนำ การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเกิดจากการผันผวนของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน
ที่อุณหภูมิต่ำ ประจุบวกและประจุลบจะเคลื่อนที่ การแยกประเภทดังกล่าวเป็นเรื่องปกติสำหรับสารที่มีโครงสร้างผลึกระดับโมเลกุลและอะตอม
สำหรับผลึกแอนไอโซทรอปิก ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะจะแตกต่างกันไปตามแกนของมัน ตัวอย่างเช่น ในควอตซ์ในทิศทางขนานกับแกนหลัก มันเกินตำแหน่งตั้งฉาก 1000 เท่า
ในไดอิเล็กทริกที่มีรูพรุนซึ่งแทบไม่มีความชื้น ความต้านทานไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยจะทำให้ความต้านทานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น สารที่มีสิ่งเจือปนที่ละลายน้ำได้แสดงความต้านทานปริมาตรที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความชื้น
โพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก
ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งของอนุภาคของฉนวนในอวกาศ ซึ่งนำไปสู่การได้มาซึ่งโมเมนต์ไฟฟ้า (เหนี่ยวนำ) บางส่วนโดยปริมาตรของไดอิเล็กตริกขนาดมหภาค
มีการโพลาไรซ์ที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอก พวกเขายังแยกแยะความแตกต่างของโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองซึ่งปรากฏขึ้นแม้ในกรณีที่ไม่มีฟิลด์ภายนอก
การอนุญาติสัมพัทธ์มีลักษณะดังนี้:
- ความจุของตัวเก็บประจุด้วยอิเล็กทริกนี้
- ขนาดในสุญญากาศ
ขั้นตอนนี้มาพร้อมกับรูปลักษณ์ของพื้นผิวของไดอิเล็กตริกของประจุที่ถูกผูกไว้ ซึ่งลดปริมาณความตึงเครียดภายในสาร
ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอกโดยสมบูรณ์ องค์ประกอบที่แยกจากกันของปริมาตรไดอิเล็กตริกจะไม่มีโมเมนต์ไฟฟ้า เนื่องจากผลรวมของประจุทั้งหมดเป็นศูนย์ และมีความบังเอิญของประจุลบและประจุบวกใน ช่องว่าง
ตัวเลือกโพลาไรเซชัน
ในระหว่างการโพลาไรซ์ของอิเล็กตรอน การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอกของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม ในตัวแปรไอออนิกจะสังเกตการเปลี่ยนแปลงของไซต์ขัดแตะ โพลาไรซ์ไดโพลมีลักษณะเฉพาะโดยการสูญเสียเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานภายในและแรงยึดเหนี่ยว เวอร์ชันโครงสร้างของโพลาไรเซชันถือเป็นกระบวนการที่ช้าที่สุด โดยมีลักษณะเฉพาะโดยการวางแนวของสิ่งเจือปนในระดับมหภาคที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
สรุป
วัสดุฉนวนไฟฟ้าเป็นสารที่ช่วยให้คุณได้รับฉนวนที่เชื่อถือได้ของส่วนประกอบบางอย่างของอุปกรณ์ไฟฟ้าภายใต้ศักย์ไฟฟ้าบางอย่าง เมื่อเทียบกับตัวนำกระแสไฟฟ้า ฉนวนจำนวนมากมีความต้านทานไฟฟ้าสูงกว่ามาก พวกเขาสามารถสร้างสนามไฟฟ้าที่แข็งแกร่งและสะสมพลังงานเพิ่มเติม เป็นคุณสมบัติของฉนวนที่ใช้ในตัวเก็บประจุสมัยใหม่
แบ่งออกเป็นวัสดุธรรมชาติและวัสดุสังเคราะห์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี กลุ่มที่สองมีจำนวนมากที่สุด ดังนั้นจึงเป็นฉนวนที่ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ
ขึ้นอยู่กับลักษณะทางเทคโนโลยี โครงสร้าง องค์ประกอบ ฟิล์ม เซรามิก ขี้ผึ้ง ฉนวนแร่
เมื่อถึงแรงดันพังทลาย จะสังเกตเห็นการพังทลาย ส่งผลให้ขนาดของกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ท่ามกลางลักษณะเด่นของปรากฏการณ์ดังกล่าว เราสามารถแยกแยะความเค้นและอุณหภูมิ ความหนาได้เล็กน้อยจากการพึ่งพาอาศัยกันเล็กน้อย
