Dielektrički materiali: Definicija svojstva i primeni
Диелектричниот материјал е дефиниран како електричен изолатор кој може да биде поларизиран од применето на електрично поле. Ова значи дека кога диелектричен материјал се постави во електрично поле, тој не дозволува електрични зариди да протечат низ него, туку ги подесува своите внатрешни електрични диполи (парови со спротивни зариди) во правецот на полето. Оваа подесеност намалува целокупното електрично поле во диелектричниот материјал и зголемува капацитетот на кондензаторот кој го користи.
Како функционираат диелектричните материјали?
За да разбереме како функционираат диелектричните материјали, треба да знаеме неколку основни концепти на електромагнетизмот.
Електричното поле е регион на просторот каде што електрична заред испитува сила. Правецот на електричното поле е правецот на силата над положителна заред, а магнитудата на електричното поле е пропорционална на јачината на силата. Електричните полиња се создаваат од електрични зариди или менливи магнетни полиња.
Електрична поларизација
Електричната поларизација е одделување на позитивни и негативни зариди во материјал поради екстерно електрично поле. Кога материјал е поларизиран, тој развие електричен диполен момент, што е мера за колку се одделуваат заридите и како се подесени. Електричниот диполен момент на материјал е пропорционален на неговата електрична осетливост, што е мера за колку лесно може да биде поларизиран.
Капацитет
Капацитет е способноста на систем да чува електрични зариди. Кондензатор е уред составен од два проводници (плочи) одделени со изолатор (диелектрик). Кога се применува вoltage низ плочите, се создава електрично поле помеѓу нив, и заридите се накопуваат на секоја плоча. Капацитетот на кондензаторот е пропорционален на плоштината на плочите, инверзно пропорционален на растојанието помеѓу нив, и директно пропорционален на диелектричната константа на изолаторот.
Својства на диелектричните материјали
Некои важни својства на диелектричните материјали се:
Диелектрична константа: Ова е бездимензионална величина која покажува колку материјал зголемува капацитетот на кондензаторот според вакуум. Исто така се нарекува и релативна пермиттивност или пермиттивностен однос. Диелектричната константа на вакуум е 1, а диелектричната константа на воздух е околу 1.0006. Материјали со висока диелектрична константа вклучуваат вода ( околу 80), бариум титанат (околу 1200) и стронциум титанат (околу 2000).
Диелектрична јачина: Ова е максималното електрично поле што материјал може да издржи без да се распадне или стане проводлив. Измерувасе во волтови по метар (V/m) или киловолтови по милиметар (kV/mm). Диелектричната јачина на воздух е околу 3 MV/m, а диелектричната јачина на стакло е околу 10 MV/m.
Диелектрична загуба: Ова е количината енергија која се дисипира како топлина кога се применува алтернативно електрично поле на материјал. Измерувасе со тангенс на загуба или фактор на дисипација, што е односот на имагинарниот дел на реалниот дел на комплексната пермиттивност. Диелектричната загуба зависи од фреквенцијата и температурата на електричното поле, како и од структурата и чистотата на материјалот. Материјали со ниска диелектрична загуба се желателни за примените кои бараат висока ефикасност и ниско нагревање.
Типови и примери на диелектрични материјали
Диелектричните материјали можат да се класифицираат во различни типови според нивната молекулска структура и механизам на поларизација. Неколку заеднички типови и примери се:
Вакуум: Ова е отсуство на материя и затоа нема поларизација. Има диелектрична константа од 1 и нема диелектрична загуба.
Гасови: Овие се состојат од атоми или молекули кои се слабо поврзани и можат да се движе слободно. Имат ниски диелектрични константи (близу до 1) и ниски диелектрични загуби. Примери вклучуваат воздух, азот, хелиум и сулфур хексафлуорид.
Течности: Овие се состојат од молекули кои се поврзани посилно од гасовите, но все уште можат да се движе. Имат посилни диелектрични константи од гасовите (во опсег од 2 до 80) и посилни диелектрични загуби. Примери вклучуваат вода, трансформаторско масло, етанол и глицерол.
Чврсти материјали: Овие се состојат од атоми или молекули кои се силно поврзани во фиксни позиции. Имат посилни диелектрични константи од текучините (во опсег од 3 до 2000) и посилни диелектрични загуби. Примери вклучуваат стакло, керамика, пластични материјали, гума, папир, мика и кварц.
Применување на диелектричните материјали
Диелектричните материјали имаат многу применувања во различни области на науката и инженерството. Неколку примери се:
Кондензатори: Овие се уреди кои чуваат електрични зариди и енергија со користење на диелектрични материјали меѓу два проводника. Кондензаторите се користат за филтрирање, изглажување, временски контрол, поврзување, декуплаџе, тунинг, сензори и превртување на енергија во електронски кола.
Изолатори: Овие се материјали кои предотвратуваат електрични токови да протечат низ нив со користење на нивната висока отпорност и висока диелектрична јачина. Изолаторите се користат за заштита, изолација, поддршка и одделување на електрични компоненти и жице.
Трансдуктори: Овие се уреди кои конвертираат една форма на енергија во друга со користење на диелектрични материјали кои прикажуваат пиезоелектричност или електрострикција. Пиезоелектричноста е својството на некои материјали да генерираат електрична напон кога се подложени на механична стреса или обратно. Електрострикцијата е својството на некои материјали
