Dielektriko Materialak: Definizioa Ezaugarriak eta Aplikazioak
Dielektriko material bat elektrikoki isolatzailea da, eta elektrizitate-eremu bati aplikatzean polarizatu daiteke.elektrizitate-eremua. Honek esan nahi du dielektriko material bat elektrizitate-eremuan kokatzean, elektrizitate-karguak ez ditu hedatzen, baina bere barneko elektrizitate-dipolak (kargu kontraritmoen pareak) eremuko norabean orekatzen ditu. Orekadura hau dielektriko materialaren barruko elektrizitate-eremua murriztu eta kapazitatea handitzen du material hori erabiliz gero.
Zer modutan doaz dielektriko materialak?
Dielektriko materialen funtzionamendua ulertzeko, elektromagnetismoaren oinarrizko kontzeptu batzuk jakin behar ditugu.
Elektrizitate-eremua espazio-zatia da non elektrizitate-karga bat indar bat jaso dezakeen. Elektrizitate-eremuko norabea positiboko kargu baten gainetik jasotako indarren norabea da, eta elektrizitate-eremuko magnitudea indararen indarrean proportzionala da. Elektrizitate-eremuen sorrera elektrizitate-karguekin edo aldaketarekin gertatzen da magnetiko eremuekin.
Elektrizitate-polarizazioa
Elektrizitate-polarizazioa material batean positiboko eta negatiboko karguen banaketa da kanpoeko elektrizitate-eremunagatik. Materiala polarizatuta dagoenean, elektrizitate-dipoleko momanto bat sortzen du, hau da, zenbat eta gehiago karguak banatzen diren eta nola orekatzen diren. Material baten elektrizitate-dipoleko momentua elektrizitatearen suszeptibilitateari proportzionala da, hau da, zer neurrian polarizatu daitekeen.
Kapazitatea
Kapazitatea sistema baten elektrizitate-karguak gordeko dituena da. Kapasigailua bi konduktorekin (plakak) eta hauek zatitzen dituen aisialdi batekin osatutako gailu bat da. tentsioa plakak gainetik igarotzen denean, haien artean elektrizitate-eremua sortzen da, eta karguak plak guztietan birakatzen dira. Kapasigailu baten kapazitatea plaken azalarei proportzionala da, plakak zeharkako distantziarekin alderantzikotasuna du, eta aisialdiaren dielektriko konstantearekin proportzionaltasuna du.
Dielektriko materialen ezaugarriak
Hona hemen dielektriko materialen ezaugarri garrantzitsu batzuk:
Dielektriko konstantea: Ez dimentsioko kantitate bat da, material batek kapasigailu baten kapazitatea zenbat gehiago handitzen duen adierazten duen. permuttsibilitate erlatiboari edo permuttsibilitateen arrazoiari ere deitzen zaio. Hutsunearen dielektriko konstantea 1 da, eta airearen 1.0006 inguruko balioa du. Dielektriko konstante altuak dituzten materialak dira ura (80 inguruko), barium titanoatoa (1200 inguruko) eta estrontium titanoatoa (2000 inguruko).
Dielektriko indarra: Material batek huts egotea edo gutxienez konduktiboa izatea onartzen duen elektrizitate-eremu handiena da. Volti/meter (V/m) edo kilovolti/milimetro (kV/mm) unitateetan neurtzen da. Airearen dielektriko indarra 3 MV/m inguruko balioa du, eta kristaloaren 10 MV/m inguruko balioa du.
Dielektriko galera: Material batean eguneratzen den energia-kopurua da, materialari elektrizitate-eremu alternoa aplikatzean. Galera hau galera-tangentearen edo desgasifikazio-faktorearen bitartez neurtzen da, hau da, permuttsibilitate konplexuaren zati irudikarioaren eta zati errealearen arteko arrazoia. Dielektriko galera elektrizitate-eremuaren maiztasuna eta tenperatura, materialaren egitura eta puritatearekin dago lotuta. Dielektriko galera txikia duten materialak, efizientzia handi eta hezetasuna txiki beharrezkoa dituzten aplikazioetarako gustokidizkoak dira.
Dielektriko materialen motak eta adibideak
Dielektriko materialak molekularen egituraren eta polarizazio-mekanismuaren arabera sailkatu daitezke. Hona hemen adibide orokor batzuk:
Hutsunea: Ez dago materialik, beraz, ez du polarizazioa. Dielektriko konstante 1 du eta dielektriko galera gabe dago.
Gasak: Atomo edo molekula askeek osatzen dituzte, eta aske mugitzeko aukera dute. Dielektriko konstante txikiak dituzte (1 inguru) eta dielektriko galera txikiak. Adibideak dira airea, nitrogena, helioa eta sulfur hexafluoridea.
Likidoak: Molekulak gasen baino askoz gehiago mugitu daitezke, baina zatitu daitezke. Dielektriko konstante altuagoak dituzte gasen (2 eta 80 artean) eta dielektriko galera altuagoak. Adibideak dira ura, transformer-oil, etanol eta glicerol.
Solidoak: Atomok edo molekulak posizio finkoetan osatzen dituzte. Dielektriko konstante altuagoak dituzte likidoen (3 eta 2000 artean) eta dielektriko galera altuagoak. Adibideak dira kristaloa, keramika, plastika, goma, paper, mika eta kuarts.
Dielektriko materialen aplikazioak
Dielektriko materialak zientzia eta ingeniaritzaren arlo askotan aplikazio ugari dituzte. Hona hemen adibide batzuk:
Kapasigailuak: Gailu hauek elektrizitate-karguak eta energia gordeko dituzte dielektriko materialak erabiliz bi konduktore artean. Kapasigailuak filtratzeko, lisatzen, denboraldian, kopplatzeko, deskopplatzeko, tunatzeko, antolatzeko eta indar elektrikoaren bilakaera elektronikoen zirkuituetan erabiltzen dira.
Aisialdiak: Material hauek indarra elektrikoa hedatzen saiatzen dira, bere indar elektrikoa altu eta dielektriko indarra altuena erabiliz. Aisialdiak elektrizitate-komponente eta kableak babesteko, bereizteko, sustatzeko eta banatzeko erabiltzen dira.
Transdutoak: Gailu hauek dielektriko materialak erabiliz, piezoelektrizitatea edo elektrostriktura mota bat erakusten duten materialak erabiliz, energiaren forma bat beste batera bihurtzen dute. Piezoelektrizitatea material baten elektrizitate-tentsioa mekanikoaren estresaren ondorioz sortzen dela edo alderantzizko prozesuaren ondorioz sortzen dela esan nahi du. Elektrostriktura material baten tamaina edo forma aldatzen dela elektrizitate-eremu baten ondorioz edo alderantzizko prozesuaren ondorioz sortzen dela esan nahi du. Transdutoak soinu-uhineko, ultrasondo-uhineko, vibrazio-uhineko, presio-uhineko, indar-uhineko, kokapen-uhineko, tenperatura-uhineko, etab. generatzeko, detektatzeko, neurtzeko eta kontrolatzeko erabiltzen dira.
Fotonik gailuak: Gailu hauek argi-uhineko dielektriko materialak erabiliz, argi-uhineko propietateak erakusten dituzte, hala nola, refrakzioa, reflextzioa, absorbtzioa, isparra, disperzioa, birefringentzia, etab. Fotonik gailuak argi-señalei transmisatzeko, jasotzeko, modulatzeko, switchatzeko, filtratzeko, amplifikatzeko, zatitzeko, kombinatzeko, gordeko, prozesatzeko, bistaratzeko, irudiak sortzeko, detektatzeko, etab. erabiltzen dira.
