گازهای دی الکتریک

مواد دی الکتریک اساساً عایق‌های الکتریکی خالص هستند. با اعمال یک میدان الکتریکی مناسب، گازهای دی الکتریک قطبی شدن می‌توانند. خلاء، مواد جامد، مایعات و گازها می‌توانند به عنوان یک ماده دی الکتریک عمل کنند. یک گاز دی الکتریک نیز به عنوان یک گاز عایق شناخته می‌شود. این یک ماده دی الکتریک در حالت گازی است که می‌تواند تخلیه الکتریکی را جلوگیری کند. هوای خشک، سولفور هگزافلوراید (SF6) و غیره نمونه‌هایی از مواد دی الکتریک گازی هستند.
گازهای دی الکتریک عملاً آزاد از ذرات باردار الکتریکی نیستند. وقتی یک میدان الکتریکی محیطی به یک گاز اعمال می‌شود، الکترون‌های آزاد تشکیل می‌شوند. این الکترون‌های آزاد تحت فشار الکتریکی از کاتد به آند شتاب می‌گیرند.

وقتی این الکترون‌ها انرژی کافی برای ضربه زدن به الکترون‌های اتم‌ها یا مولکول‌های گاز به دست می‌آورند و بعد از آن الکترون‌ها توسط مولکول‌ها جذب نمی‌شوند، غلظت الکترون‌ها به طور نمایی افزایش می‌یابد. به عنوان نتیجه، تخریب اتفاق می‌افتد. برخی گازها مانند SF6 به شدت متصل هستند (الکترون‌ها به شدت به مولکول متصل هستند)، برخی به صورت ضعیف متصل هستند مانند اکسیژن و برخی اصلاً متصل نیستند مانند N2. نمونه‌هایی از گازهای دی الکتریک شامل آمونیاک، هوا، دی اکسید کربن، سولفور هگزافلوراید (SF6)، یک اکسید کربن، نیتروژن، هیدروژن و غیره هستند. محتوای رطوبت در گازهای دی الکتریک ممکن است خواص آن‌ها را به عنوان یک عایق خوب تغییر دهد.

تخریب در گازها

در واقع، این کاهش مقاومت گازهای عایق است. این اتفاق می‌افتد وقتی ولتاژ اعمال شده بیشتر از ولتاژ تخریب (مقاومت دی الکتریک) باشد. به عنوان نتیجه، گاز شروع به رسانایی می‌کند. یعنی، یک افزایش قوی ولتاژ در یک منطقه کوچک در گاز اتفاق می‌افتد. این منطقه با افزایش ولتاژ، دلیل تیزه‌ای از یونیزاسیون بخشی از گاز نزدیک است و رسانایی را شروع می‌کند. این به طور معمول در تخلیه‌های فشار پایین (در یک تصفیه‌کننده الکترواستاتیک یا در لامپ‌های فلورسنت) انجام می‌شود.

قانون پاشن ولتاژی را که منجر به تخریب الکتریکی (V = f(pd)) تخمین می‌زند. این در واقع یک معادله است که ولتاژ تخریب را به عنوان تابعی از حاصل ضرب فشار و طول فاصله توضیح می‌دهد. در اینجا یک منحنی به دست می‌آید که به منحنی پاشن معروف است. منحنی پاشن برای هوا و آرگون در شکل 1 نشان داده شده است.
در اینجا، با کاهش فشار، ولتاژ تخریب نیز کاهش می‌یابد و سپس به طور مداوم افزایش می‌یابد و از مقدار اولیه خود فراتر می‌رود. در فشار استاندارد، ولتاژ تخریب با طول فاصله کاهش می‌یابد تا نقطه‌ای.

وقتی طول فاصله فراتر از آن نقطه کاهش یابد، ولتاژ تخریب شروع به افزایش می‌کند و از مقدار اولیه خود فراتر می‌رود. در شرایط فشار بالا و طول فاصله افزایش یافته، ولتاژ تخریب تقریباً متناسب با حاصل ضرب دو مورد است. این به طور تقریبی متناسب است به دلیل اثرات الکترود (ناهمواری‌های میکروسکوپی الکترود ممکن است منجر به تخریب شود). ولتاژ تخریب گازهای دی الکتریک نیز تقریباً متناسب با چگالی است.

مکانیسم تخریب

مکانیسم تخریب مستقیماً به طبیعت گازهای دی الکتریک و قطبیت الکترودی که تخریب در آن شروع می‌شود بستگی دارد. اگر تخریب در کاتد شروع شود، آنگاه تأمین الکترون‌های اولیه توسط خود الکترود انجام می‌شود. سپس الکترون‌ها شتاب می‌گیرند، تشکیل الکترون‌های فراوان اتفاق می‌افتد و این منجر به تخریب می‌شود. اگر تخریب در آند شروع شود، آنگاه تأمین الکترون‌های اولیه توسط خود گاز انجام می‌شود. به عنوان مثال هوا و گاز SF6. یک نقطه تیز کوچک در یک گاز ممکن است نیز دلیل تخریب فاصله گاز باشد. این اتفاق می‌افتد به عنوان نتیجه فرآیندهای تخریب مرحله‌ای. تشکیل کرون (یعنی تخلیه کرون) می‌تواند به این مرتبط باشد. این در واقع یک آزادسازی کوتاه انرژی (تخلیه) است و منجر به کانال‌های گازی کم یونیزه می‌شود. وقتی میدان خیلی بالا است، یکی از این کانال‌ها رسانایی می‌کند.

ویژگی‌های گازهای دی الکتریک

ویژگی‌های مطلوب یک ماده دی الکتریک گازی عالی به شرح زیر است:

• حداکثر مقاومت دی الکتریک.

• انتقال حرارت خوب.

• عدم احتراق.

• بی‌اثری شیمیایی نسبت به مواد ساختاری استفاده شده.

• بی‌اثری.

• غیر سمی برای محیط زیست.

• دمای تبخیر کم.

• ثبات حرارتی بالا.

• در دسترس و با هزینه کم

کاربردهای گازهای دی الکتریک

این گازها در ترانسفورماتور، موج‌برهای رادار، قطع‌کننده‌های مدار، سوئیچ‌گیرها، سوئیچ‌گیرهای ولتاژ بالا، سردکننده‌ها استفاده می‌شود. این‌ها معمولاً در کاربردهای ولتاژ بالا استفاده می‌شوند.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.