Gas dielettrici

I materiali dielettrici sono fondamentalmente isolanti elettrici puri. Applicando un campo elettrico sensato, i gas dielettrici possono essere polarizzati. Il vuoto, i solidi, i liquidi e i gas possono essere materiali dielettrici. Un gas dielettrico è anche chiamato gas isolante. È un materiale dielettrico in stato gassoso che può prevenire il passaggio di corrente elettrica. L'aria secca, esagrammafluoruro di zolfo (SF6) ecc. sono esempi di materiali dielettrici gassosi.
I dielettrici gassosi non sono praticamente privi di particelle cariche elettricamente. Quando un campo elettrico periferico è applicato a un gas, si formano elettroni liberi. Questi elettroni liberi vengono accelerati dall'anodo al catodo dalla pressione elettrica che esercita una forza su di loro.

Quando questi elettroni raggiungono l'energia sufficiente per scontrarsi con gli elettroni degli atomi o delle molecole del gas e dopo ciò, gli elettroni non sono più legati dalle molecole, la concentrazione degli elettroni inizia ad aumentare esponenzialmente. Di conseguenza, si verifica il collasso. Alcuni gas come SF6 sono fortemente legati (gli elettroni sono fortemente legati alla molecola), alcuni sono debolmente legati, ad esempio l'ossigeno, e alcuni non sono affatto legati, ad esempio N2. Esempi di gas dielettrici sono Ammoniaca, Aria, Anidride carbonica, Esagrammafluoruro di zolfo (SF6), Monossido di carbonio, Azoto, Idrogeno ecc. Il contenuto di umidità nei gas dielettrici può alterare le proprietà rendendoli meno buoni come dielettrici.

Rottura nei Gas

In realtà, si tratta di una diminuzione della resistenza dei gas isolanti. Questo avviene quando la tensione applicata supera la tensione di rottura (forza dielettrica). Di conseguenza, il gas inizia a condurre. Ciò significa che vi sarà un forte aumento di tensione in una piccola area del gas. Questa area di forte aumento di tensione è la causa dell'ionizzazione parziale del gas vicino e inizia la conduzione. Questo viene fatto intenzionalmente in scariche a bassa pressione (in un precipitatore elettrostatico o in lampade fluorescenti).

La legge di Paschen ha approssimato la tensione che provoca la rottura elettrica (V = f(pd)). In pratica, si tratta di un'equazione che descrive la tensione di rottura come funzione del prodotto della pressione e della lunghezza dello spazio. Da ciò si ottiene una curva, detta curva di Paschen. La curva di Paschen per l'aria e l'argon è rappresentata nella figura 1.
Qui, man mano che la pressione diminuisce, la tensione di rottura diminuisce anch'essa e poi gradualmente aumenta, superando il valore originale. Alla pressione standard, la tensione di rottura diminuisce con la lunghezza dello spazio fino a un certo punto.

Quando la lunghezza dello spazio è ridotta oltre quel punto, la tensione di rottura inizia ad aumentare e supera il suo valore originale. In condizioni di alta pressione e lunghezza dello spazio aumentata, la tensione di rottura è più o meno proporzionale al prodotto dei due. Questo è approssimativamente proporzionale a causa degli effetti degli elettrodi (irregolarità microscopiche degli elettrodi possono causare la rottura). La tensione di rottura dei gas dielettrici è anche approssimativamente proporzionale alla densità.

Mechanismo di Rottura

Il meccanismo di rottura dipende direttamente dalla natura dei gas dielettrici e dalla polarità degli elettrodi in cui inizia la rottura. Se la rottura inizia al catodo, allora la fornitura di elettroni iniziali è fornita dall'elettrodo stesso. Gli elettroni verranno quindi accelerati, si formeranno numerosi elettroni e ciò causerà la rottura. Se la rottura inizia all'anodo, allora la fornitura di elettroni iniziali è fornita dal gas stesso. Ad esempio, aria e gas SF6. Un piccolo punto acuto in un gas può anche essere la causa della rottura dello spazio di gas. Questo accade come risultato di processi di rottura progressivi. La formazione della corona (cioè scarica di corona) può essere correlata a questo. Si tratta in pratica di una breve emissione di energia (scarica) che risulta in canali di gas ionizzato debolmente. Quando il campo è troppo alto, uno di questi canali condurrà.

Proprietà dei Gas Dielettrici

Le proprietà preferite di un eccellente materiale dielettrico gassoso sono le seguenti:

• Massima forza dielettrica.

• Ottimo trasferimento di calore.

• Non infiammabile.

• Inerzia chimica rispetto ai materiali di costruzione utilizzati.

• Inerzia.

• Non tossico per l'ambiente.

• Bassa temperatura di condensazione.

• Alta costanza termica.

• Disponibile a basso costo.

Applicazioni dei Gas Dielettrici

Sono utilizzati in Trasformatori, Guide d'onda radar, Disgiuntori, Quadri elettrici, Commutazione ad alta tensione, Fluidi refrigeranti. Sono generalmente utilizzati in applicazioni ad alta tensione.

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