Los conductores y dieléctricos son sustancias físicas que tienen diferentes grados de conductividad eléctrica y reaccionan de manera diferente a la acción de un campo eléctrico. Las propiedades opuestas de los materiales se utilizan ampliamente en todas las áreas de la ingeniería eléctrica.
Contenido
¿Qué son los conductores y los dieléctricos?
conductores - sustancias con cargas eléctricas libres capaces de moverse direccionalmente bajo la influencia de un campo eléctrico externo. Estas características son:
- metales y sus fundidos;
- carbono natural (carbón, grafito);
- electrolitos - soluciones de sales, ácidos y álcalis;
- gas ionizado (plasma).
La principal propiedad de los materiales.: cargas libres: electrones en conductores sólidos e iones en soluciones y fundidos, moviéndose a lo largo de todo el volumen del conductor, conducen la corriente eléctrica.Bajo la influencia de un voltaje eléctrico aplicado al conductor, se crea una corriente de conducción. La resistividad y la conductividad eléctrica son los principales indicadores del material.
Las propiedades de los materiales dieléctricos son opuestas a las de los conductores. electricidad. Dieléctricos (aisladores) - consisten en átomos y moléculas neutras. No tienen la capacidad de mover partículas cargadas bajo la influencia de un campo eléctrico. Los dieléctricos en un campo eléctrico acumulan cargas no compensadas en la superficie. Forman un campo eléctrico dirigido al interior del aislador, el dieléctrico está polarizado.
Como resultado de la polarización, las cargas en la superficie del dieléctrico tienden a reducir el campo eléctrico. Esta propiedad de los materiales aislantes eléctricos se denomina constante dieléctrica del dieléctrico.
Características y propiedades físicas de los materiales.
Los parámetros de los conductores determinan el alcance de su aplicación. Características físicas principales:
- resistividad eléctrica - caracteriza la capacidad de una sustancia para impedir el paso de corriente eléctrica;
- coeficiente de temperatura de resistencia - un valor que caracteriza el cambio en el indicador dependiendo de la temperatura;
- conductividad térmica - la cantidad de calor que pasa por unidad de tiempo a través de una capa de material;
- diferencia de potencial de contacto - se produce cuando dos metales diferentes entran en contacto, se utiliza en termopares para medición de temperatura;
- resistencia a la tracción y elongación a la tracción: depende del tipo de metal.
Cuando se enfría a temperaturas críticas, la resistividad del conductor tiende a cero. Este fenómeno se llama superconductividad.
Propiedades que caracterizan al conductor:
- eléctrica - resistencia y conductividad eléctrica;
- químico: interacción con el medio ambiente, anticorrosión, la capacidad de conectarse mediante soldadura o soldadura blanda;
- físico - densidad, punto de fusión.
Una característica de los dieléctricos es resistir los efectos de la corriente eléctrica. Propiedades físicas de los materiales aislantes eléctricos:
- constante dieléctrica: la capacidad de los aisladores para polarizarse en un campo eléctrico;
- resistencia de volumen específico;
- fuerza eléctrica;
- tangente de pérdidas dieléctricas.
Los materiales aislantes se caracterizan por los siguientes parámetros:
- eléctrico: la magnitud del voltaje de ruptura, la fuerza eléctrica;
- físico - resistencia al calor;
- químico - solubilidad en agentes agresivos, resistencia a la humedad.
Tipos y clasificación de materiales dieléctricos.
Los aisladores se dividen en grupos según varios criterios.
Clasificación según el estado de agregación de una sustancia:
- sólido - vidrio, cerámica, asbesto;
- líquido: aceites vegetales y sintéticos, parafina, gas licuado, dieléctricos sintéticos (compuestos de silicio y organofluorados freón, freón);
- gaseoso - aire, nitrógeno, hidrógeno.
Los dieléctricos pueden ser de origen natural o artificial, de naturaleza orgánica o sintética.
Los materiales aislantes naturales orgánicos incluyen aceites vegetales, celulosa y caucho. Se caracterizan por una baja resistencia térmica y a la humedad, un envejecimiento rápido. Los materiales orgánicos sintéticos son varios tipos de plástico.
Los dieléctricos inorgánicos de origen natural incluyen: mica, asbesto, moscovita, flogopita. Las sustancias son resistentes al ataque químico, soportan altas temperaturas.Materiales dieléctricos inorgánicos artificiales: vidrio, porcelana, cerámica.
¿Por qué los dieléctricos no conducen la electricidad?
La baja conductividad se debe a la estructura de las moléculas dieléctricas. Las partículas de materia están estrechamente relacionadas entre sí, no pueden salir del átomo y moverse por todo el volumen del material. Bajo la influencia de un campo eléctrico, las partículas de un átomo pueden aflojarse ligeramente, polarizarse.
Dependiendo del mecanismo de polarización, los materiales dieléctricos se dividen en:
- no polares: sustancias en varios estados de agregación con polarización electrónica (gases inertes, hidrógeno, poliestireno, benceno);
- polar: tiene relajación dipolar y polarización electrónica (varias resinas, celulosa, agua);
- iónico - dieléctricos sólidos de origen inorgánico (vidrio, cerámica).
Las propiedades dieléctricas de una sustancia no son constantes. Bajo la influencia de altas temperaturas o alta humedad, los electrones se desprenden del núcleo y adquieren las propiedades de cargas eléctricas libres. Las cualidades aislantes del dieléctrico en este caso se reducen.
Un dieléctrico fiable es un material con una corriente de fuga baja que no supera un valor crítico y no interrumpe el funcionamiento del sistema.
¿Dónde se utilizan los dieléctricos y los conductores?
Los materiales se utilizan en todos los ámbitos de la actividad humana en los que se utiliza corriente eléctrica: en la industria, la agricultura, la fabricación de instrumentos, las redes eléctricas y los electrodomésticos.
La elección del conductor está determinada por sus características técnicas. Los productos hechos de plata, oro y platino tienen la resistividad más baja.Su uso está limitado a fines espaciales y militares debido al alto costo. El cobre y el aluminio conducen la corriente algo peor, pero su relativo bajo costo ha llevado a su uso generalizado como alambres y productos de cable.
Los metales puros sin impurezas conducen mejor la corriente, pero en algunos casos se requiere el uso de conductores con alta resistividad, para la producción de reóstatos, hornos eléctricos y calentadores eléctricos. Para estos fines, se utilizan aleaciones de níquel, cobre, manganeso (manganina, constantan). La conductividad eléctrica del tungsteno y el molibdeno es 3 veces menor que la del cobre, pero sus propiedades se utilizan ampliamente en la producción de lámparas eléctricas y dispositivos de radio.
Los dieléctricos sólidos son materiales que garantizan la seguridad y el funcionamiento ininterrumpido de los elementos conductores. Se utilizan como material aislante eléctrico, evitando fugas de corriente, aislando los conductores entre sí, de la carcasa del dispositivo, de tierra. Un ejemplo de tal producto son los guantes dieléctricos, que se describen en nuestra artículo.
Los dieléctricos líquidos se utilizan en condensadores, cables de poder, sistemas de refrigeración circulante de turbogeneradores y disyuntores de aceite de alta tensión. Los materiales se utilizan como relleno e impregnación.
Materiales aislantes gaseosos. El aire es un aislante natural que también proporciona disipación de calor. El nitrógeno se usa en lugares donde los procesos oxidativos son inaceptables. El hidrógeno se utiliza en potentes generadores con alta capacidad calorífica.
El trabajo coordinado de conductores y dieléctricos garantiza el funcionamiento seguro y estable de equipos y redes de suministro de energía. La elección de un elemento específico para la tarea en cuestión depende de las propiedades físicas y los parámetros técnicos de la sustancia.
Artículos similares:
