Диэлектрик материалдар: Анықтама және қасиеттері мен қолданылуы
Диэлектрик материалы - бұл электр жолағына қарсы түсіреді деген мағынада анықталатын электр изоляторлары. Бұл дегені, диэлектрик материалды электр жолағына қоятында, ол электр зарядтарын өткізбейді, оның орнына, оның ішкі электр дипольдері (қарама-қарсы зарядтар) жолақтың бағытына қарай жылжып отырады. Бұл сәйкестендіру диэлектрик материалдың ішіндегі жалпы электр жолағын азайтады және оны пайдаланатын конденсатордың емтихан өсіреді.
Диэлектрик материалдар қалай жұмыс істейді?
Диэлектрик материалдар қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін, электромагнитизмдің негізгі концепцияларын білу керек.
Электр жолағы - бұл электр зарядының күшке табысты болатын аймақ. Электр жолағының бағыты - оң зарядқа тәуелсіз күштің бағыты, ал электр жолағының өлшемі - күштің күшіне пропорционал. Электр жолақтары электр зарықтары немесе өзгеретін магниттік жолақтар арқылы пайда болады.
Электр поляризация
Электр поляризация - бұл материалдың ішіндегі оң және теріс зарядтарын қарастырып, сыртқы электр жолағына қарсы бөлінетін процесті айтады. Материал поляризацияланғанда, оның электр диполь моманты пайда болады, ол зарядтардың қалыптасуы мен олардың сәйкестендіргенін өлшенеді. Материалдың электр диполь моманты оның электр қабылданымына пропорционал, ол қалыптасуына қаншалықты жеңіл болатынын өлшейді.
Емтихан
Емтихан - бұл система электр зарықтарын сақтау қабілеті. Конденсатор - бұл екі кондуктор (платтар) диэлектрик (изолятор) арқылы бөлінетін күрделі прибор. Егер платтардың арасына напряжение қойылса, олардың арасында электр жолақ пайда болады, және зарықтар әр платта жиналады. Конденсатордың емтиханы платтардың ауданына, олардың арасындағы арақашықтыққа кері, және диэлектрик индуктордың диэлектрикалық тұрақтысына туындайды.
Диэлектрик материалдардың қасиеттері
Диэлектрик материалдардың бірнеше маңызды қасиеттері:
Диэлектрикалық тұрақты: Бұл өлшемсіз шама, ол вакуумға қарағанда конденсатордың емтиханын қалай арттыратынын көрсетеді. Оны да сыртқы диэлектрикалық тұрақты деп атауға болады. Вакуумдың диэлектрикалық тұрақтысы 1, ал ауаның диэлектрикалық тұрақтысы 1.0006. Жоғары диэлектрикалық тұрақтысы бар материалдар: су (80), бариев титанат (1200), стронций титанат (2000).
Диэлектрикалық деңгей: Бұл материалдың қайшылып, проводирлеу қабілетін қалпына келтірмеден қабылдай алатын максималды электр жолағы. Ол вольт/метр (V/m) немесе киловольт/миллиметр (kV/mm) арқылы өлшенеді. Ауаның диэлектрикалық деңгейі 3 MV/m, ал стеклоның диэлектрикалық деңгейі 10 MV/m.
Диэлектрикалық жою: Бұл материалға альтернативті электр жолақ қолданылғанда жылуға қалыптасатын энергия мөлшері. Ол жою тангенсі немесе жою коэффициенті арқылы өлшенеді, бұл комплекс диэлектрикалық құрамдың мнимді бөлігін нақты бөлігіне бөлген нәтиже. Диэлектрикалық жою электр жолақтың частотасына, температурасына, материалдың құрылымына және тазалығына байланысты. Жоғары әсермен және төмен жылу қажет болатын қолданыстар үшін төмен диэлектрикалық жоюға ие материалдар өте қажетті.
Диэлектрик материалдардың түрлері және мысалдары
Диэлектрик материалдар өлшемдік құрылымына және поляризация механизміне қарай әртүрлі түрлерге бөлінеді. Кейбір жалпы түрлер мен мысалдар:
Вакуум: Бұл заттың жоқтығы, сондықтан поляризациясы жоқ. Оның диэлектрикалық тұрақтысы 1, диэлектрикалық жоюсы жоқ.
Газдар: Бұл атомдардан немесе молекулалардан тұратын, олар серіктенген және жұмыс істеуге қабыл. Олардың диэлектрикалық тұрақтысы төмен (1-ге жақын) және диэлектрикалық жоюлары төмен. Мысалдар: ауа, азот, гелий, серасын фторид.
Сыналымдар: Бұл молекулалар газдарға қарағанда күшті серіктенген, бірақ әлі де қозғалысқа қабыл. Олардың диэлектрикалық тұрақтысы газдардан жоғары (2-ден 80-ге дейін) және диэлектрикалық жоюлары жоғары. Мысалдар: су, трансформатор масы, этанол, глицерин.
Күріштер: Бұл атомдар немесе молекулалар күшті серіктенген, қалыптасқан орнында. Олардың диэлектрикалық тұрақтысы сыналымдардан жоғары (3-тен 2000-ге дейін) және диэлектрикалық жоюлары жоғары. Мысалдар: стекло, керамика, пластик, каучук, қағаз, мико, кварц.
Диэлектрик материалдардың қолданылуы
Диэлектрик материалдар бірнеше илим және техника тармактарында көптеген қолданылған. Мысалдар:
Конденсаторлар: Бұл диэлектрик материалдарды екі кондуктор арасында қолданып, электр зарықтарын және энергияны сақтау үшін қолданылатын құрылғылар. Конденсаторлар электрондық схемаларда фильтрлеу, жылжыту, уақыттау, байланыс, бөлісу, басқару, энергия айналдыру үшін қолданылады.
Изоляторлар: Бұл материалдар электр ток өткізуін тартады, өйткені олардың сопротивление және диэлектрикалық деңгейі жоғары. Изоляторлар электр компоненттерін және жолдарын қорғау, бөлісу, қолдау, бөлісу үшін қолданылады.
Трансдукторлар: Бұл диэлектрик материалдарды қолданып, бір энергия түрін басқа энергия түріне айналдыратын құрылғылар. Трансдукторлар пьезоэлектрический немесе электрострикции қасиеттерін көрсетеді. Пьезоэлектричество - бұл материалдардың механикалық жауыздыққа қат
