Դիէլեկտրական материалներ. Սահմանում, հատկություններ և կիրառություններ
Դիելեկտրիկ նյութը սահմանվում է որպես էլեկտրական իզոլատոր, որը կարող է բևեռացվել կիրառված էլեկտրական դաշտ-ի ազդեցությամբ: Սա նշանակում է, որ երբ դիելեկտրիկ նյութը դրվում է էլեկտրական դաշտում, այն չի թույլատրում էլեկտրական լիցքերի հոսքը անցնել իր միջով, այլ փոխարեն այն դիմացնում է իր ներքին էլեկտրական դիպոլերը (հակառակ լիցքերի զուգահեռականներ) դաշտի ուղղությամբ: Այս դիմացումը կրճատում է դիելեկտրիկ նյութի ներսում ընդհանուր էլեկտրական դաշտը և ավելացնում է կոնդենսատորի կապակողությունը, որը օգտագործում է դա:
Ինչպե՞ս աշխատում են դիելեկտրիկ նյութերը:
Որպեսզի հասկանանք, թե ինչպես աշխատում են դիելեկտրիկ նյութերը, պետք է իմանանք էլեկտրամագնիսականության որոշ հիմնական հասկացություններ:
Էլեկտրական դաշտը տարածության մի շրջան է, որտեղ էլեկտրական լիցքը փորձում է ուժ: Էլեկտրական դաշտի ուղղությունը դրական լիցքի վրա ազդող ուժի ուղղությունն է, իսկ դաշտի մեծությունը համեմատական է ուժի երկարությանը: Էլեկտրական դաշտերը ստեղծվում են էլեկտրական լիցքերով կամ փոփոխվող մագնիսական դաշտերով:
Էլեկտրական բևեռացում
Էլեկտրական բևեռացումը նյութի ներսում դրական և բացասական լիցքերի կատարված բաժանումն է արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ: Երբ նյութը բևեռացվում է, այն զարգացնում է էլեկտրական դիպոլային պահարակ, որը ցույց է տալիս, թե որքան լիցքերը բաժանվում են և ինչպես դրանք դիմացնում են: Նյութի էլեկտրական դիպոլային պահարակը համեմատական է նրա էլեկտրական համարժեքությանը, որը ցույց է տալիս, թե ինչքան հեշտությամբ այն կարող է բևեռացվել:
Կապակողություն
Կապակողությունը համակարգի տարբերակում էլեկտրական լիցքի հավաքածուացնելու հնարավորությունն է: Կոնդենսատորը սարք է, որը բաղկացած է երկու հոսանքահաղորդիչ (շարաններ) համար, որոնք բաժանված են իզոլատորով (դիելեկտրիկ): Երբ շարանների վրա կիրառվում է լարում, շարանների միջև ստեղծվում է էլեկտրական դաշտ, և լիցքերը հավաքվում են յուրաքանչյուր շարանի վրա: Կոնդենսատորի կապակողությունը համեմատական է շարանների մակերեսին, հակադարձ համեմատական է դրանց միջև եղած հեռավորությանը և համեմատական է իզոլատորի դիելեկտրիկ հաստատունին:
Դիելեկտրիկ նյութերի հատկությունները
Դիելեկտրիկ նյութերի որոշ կարևոր հատկություններն են.
Դիելեկտրիկ հաստատունը. Սա չափազանց մեծություն է, որը ցույց է տալիս, թե ինչքան մեծ է կոնդենսատորի կապակողությունը դիելեկտրիկ նյութով համեմատած վակուումի հետ: Այն նաև կոչվում է հարաբերական պերմիտտիվություն կամ պերմիտտիվության հարաբերություն: Վակուումի դիելեկտրիկ հաստատունը 1 է, իսկ ար 1,0006-ը: Բարձր դիելեկտրիկ հաստատուններով նյութերը ներառում են ջուրը (մոտ 80), բարիում տիթանատը (մոտ 1200) և ստրոնցիում տիթանատը (մոտ 2000):
Դիելեկտրիկ ուժը. Սա նյութը կարող է դիմավորել առանց կոլապսի կամ հոսանքահաղորդիչ դառնալու առավելագույն էլեկտրական դաշտն է: Այն չափվում է վոլտ/մետր (V/m) կամ կիլովոլտ/միլիմետր (kV/mm)-ով: Արի դիելեկտրիկ ուժը մոտ 3 MV/m է, իսկ սպիտակ աղի դիելեկտրիկ ուժը մոտ 10 MV/m է:
Դիելեկտրիկ կորուստը. Սա նյութի վրա կիրառվող փոփոխական էլեկտրական դաշտի հետևանքով հոսանքով դանդաղացնվող էներգիան է: Այն չափվում է կորուստային տանգենսով կամ դիսիպացիայի գործակցով, որը կոմպլեքս պերմիտտիվության կեղծ մասը իրական մասի հարաբերությունն է: Դիելեկտրիկ կորուստը կախված է էլեկտրական դաշտի հաճախությունից և ջերմունակությունից, ինչպես նաև նյութի կառուցվածքից և նվազագույն մաքրությունից: Բարձր էֆեկտիվություն և ցածր ալույր պահանջող կիրառությունների համար անհրաժեշտ են ցածր դիելեկտրիկ կորուստով նյութերը:
Դիելեկտրիկ նյութերի տեսակները և օրինակները
Դիելեկտրիկ նյութերը կարող են դասակարգվել նրանց մոլեկուլային կառուցվածքի և բևեռացման մեխանիզմի հիման վրա: Որոշ ընդհանուր տեսակները և օրինակները են.
Վակուում. Սա նյութի բացակայությունն է և հետևաբար չունի բևեռացում: Այն ունի 1 դիելեկտրիկ հաստատուն և ոչ որևէ դիելեկտրիկ կորուստ:
Գազեր. Այս նյութերը կազմված են ազատ շարժվող ատոմներից կամ մոլեկուլներից: Այն ունեն ցածր դիելեկտրիկ հաստատուններ (մոտ 1) և ցածր դիելեկտրիկ կորուստներ: Օրինակներն են ար, ազոտ, հելիում և սուլֆուր հեքսաֆլուորիդ:
Լիցքեր. Այս նյութերը կազմված են ավելի միավորված մոլեկուլներից, որոնք կարող են շարժվել: Այն ունեն ավելի բարձր դիելեկտրիկ հաստատուններ (2-80 միջակայքում) և ավելի բարձր դիելեկտրիկ կորուստներ: Օրինակներն են ջուրը, տրանսֆորմատորի մասին յուղը, էթանոլը և գլիցերոլը:
