Az anyagokat vezetők, szigetelők és félvezetők elektromos vezető tulajdonságaik alapján. Minden anyag molekulákból áll, amelyek viszont atomokból állnak. Ha elektromos térnek vannak kitéve, ezek az atomok bizonyos elmozdulásokon és tulajdonságváltozásokon mennek keresztül. 1745 októberében a német Ewald Georg von Kleist által végzett kísérlet egy nagyfeszültségű elektrosztatikus generátor csatlakoztatásával egy vezeték segítségével egy kézi edénybe gyűjtött vízmennyiséghez azt mutatta, hogy a töltés tárolható. Ezt a jelenséget felhasználva Pieter van Musschenbroek feltalálta az első „Leyden Jar” nevű kondenzátort. A találmány új anyagi tulajdonsága a „Dielectric” volt.
Mi az a dielektrikum?
Minden anyag atomokból áll. Az atomok negatív és pozitív töltésű részecskéket egyaránt tartalmaznak. Az atom központi magja pozitív töltésű. Bármely anyagban az atomok úgy vannak elrendezve dipólusok pozitív és negatív töltéssel képviselteti magát a végén. Amikor ezeket az anyagokat elektromos térnek tesszük ki, dipólus nyomaték megy végbe.
A vezető anyag vezetése akkor kezdődik, amikor áramot alkalmaznak. Egy szigetelő ellenzi az áram áramlását, mivel annak szerkezetében nincs szabadon mozgó elektron. De a Dielectric egy speciális típusú szigetelő, amely nem vezet villamos energiát, de elektromosság hatására polarizálódik.
Dielektromos polarizáció
Dielektromos anyagokban az elektromos mezőnek kitéve az anyagban lévő pozitív töltések elmozdulnak az alkalmazott elektromos tér irányába. A negatív töltések az alkalmazott elektromos térrel ellentétes irányba tolódnak el. Ez dielektromos polarizációhoz vezet. Dielektromos anyagban az elektromos töltések nem áramlanak át az anyagon. A polarizáció csökkenti a dielektrikum teljes mezőjét.
A dielektromos tulajdonságai
A Dielectric kifejezést először William Whewell vezette be. Két szó - ‘Dia’ és ‘elektromos’ - kombinációja. A tökéletes dielektrikum elektromos vezetőképessége nulla. A dielektrikum tárolja és elvezeti az ideális kondenzátorhoz hasonló elektromos energiát. A dielektromos anyag néhány fő tulajdonsága az elektromos érzékenység, a dielektromos polarizáció, a dielektromos diszperzió, a dielektromos relaxáció, a hangolhatóság stb.
Elektromos érzékenység
Azt, hogy a dielektromos anyag mennyire könnyen polarizálható, ha elektromos térnek van kitéve, az elektromos érzékenység méri. Ez a mennyiség meghatározza az anyag elektromos permeabilitását is.
Dielektromos polarizáció
Az elektromos dipólus pillanat a negatív és pozitív töltés elválasztásának mértéke a rendszerben. A dipólus nyomaték (M) és az elektromos mező (E) közötti kapcsolat a dielektromos tulajdonságokat eredményezi. Az alkalmazott elektromos tér eltávolításakor az atom visszatér eredeti állapotába. Ez exponenciális bomlási módon történik. Az atom által az eredeti állapot eléréséhez szükséges idő relaxációs idő néven ismert.
Teljes polarizáció
Két tényező dönti el a dielektrikum polarizációját. Ezek a dipólus pillanat kialakulása és az elektromos térhez viszonyított orientációjuk. Az elemi dipólus típus alapján lehet elektronikus vagy ionos polarizáció. Elektronikus polarizáció Pvanakkor fordul elő, amikor a dipólus momentumot képező dielektromos molekulák semleges részecskékből állnak.
Ionos polarizáció Pénés az elektronikus polarizáció egyaránt független a hőmérséklettől. Állandó dipólmomentumok keletkeznek a molekulákban, amikor a töltés aszimmetrikus eloszlása van a különböző atomok között. Ilyen esetekben orientációs polarizáció Pvagymegfigyelhető. Ha a dielektromos anyagban szabad töltés van jelen, az a P töltés polarizációjához vezets. A dielektrikum teljes polarizációja magában foglalja ezeket a mechanizmusokat. Így a dielektromos anyag teljes polarizációja
PTeljes= Pén+ Pvan+ Pvagy+ Ps
Dielektromos diszperzió
Amikor P a dielektrikum által elért maximális polarizáció, tregy adott polarizációs folyamat relaxációs ideje, a dielektromos polarizációs folyamat kifejezhető
P (t) = P [1-exp (-t / tr)]
A relaxációs idő változó a különböző polarizációs folyamatoknál. Az elektronikus polarizáció nagyon gyors, amelyet ionos polarizáció követ. Az orientációs polarizáció lassabb, mint az ionos polarizáció. Az űrtöltés polarizációja nagyon lassú.
Dielektromos lebontás
Nagyobb elektromos mezők alkalmazásakor a szigetelő vezetni kezd, és vezetőként viselkedik. Ilyen körülmények között a dielektromos anyagok elveszítik dielektromos tulajdonságukat. Ezt a jelenséget dielektromos lebontásnak nevezik. Ez egy visszafordíthatatlan folyamat. Ez a dielektromos anyagok meghibásodásához vezet.
Dielektromos anyagok típusai
A dielektrikumokat az anyagban jelenlévő molekulatípus alapján kategorizálják. A dielektrikumoknak két típusa van: a poláris és a nem poláris dielektrikumok.
Poláris dielektrikum
Poláris dielektrikumokban a pozitív részecskék tömegközéppontja nem esik egybe a negatív részecskék tömegközéppontjával. Itt létezik a dipólus pillanat. A molekulák alakja aszimmetrikus. Az elektromos tér alkalmazásakor a molekulák igazodnak az elektromos mezőhöz. Az elektromos tér eltávolításakor véletlenszerű dipólus pillanat figyelhető meg, és a molekulákban a nettó dipólus momentum nulla lesz. Ilyenek például a H2O, a CO2 stb.
Nem poláris dielektrikum
A nem poláros dielektrikumokban a pozitív és negatív részecskék tömegközéppontja egybeesik. Ezekben a molekulákban nincs dipólus pillanat. Ezek a molekulák szimmetrikus alakúak. A nem poláros dielektrikumokra példák a H2, N2, O2 stb.
Példák dielektromos anyagra
A dielektromos anyagok lehetnek szilárd anyagok, folyadékok, gázok és vákuum. A szilárd dielektrikumokat az elektrotechnikában nagyon használják. Néhány értékesített dielektrikum például a porcelán, a kerámia, az üveg, a papír stb. A száraz levegő, a nitrogén, a kén-hexafluorid és a különféle fémek oxidjai példák a gáznemű dielektrikumokra. A desztillált víz és a transzformátorolaj a folyékony dielektrikum gyakori példái.
Dielektromos anyagok felhasználása
A dielektrikum egyes alkalmazásai a következők:
- Ezeket az energia tárolására használják kondenzátorok .
- A félvezető eszköz teljesítményének növelése érdekében nagy permittivitású dielektromos anyagokat használnak.
- A dielektrikumokat a Folyadékkristályos kijelzők.
- A dielektromos rezonátor oszcillátorban kerámia dielektrikumot használnak.
- A bárium-stroncium-titanát vékony filmek dielektromosak, amelyeket mikrohullámú hangolható készülékekben használnak, amelyek nagy hangolhatóságot és alacsony szivárgási áramot biztosítanak.
- Az ipari bevonatokban alkalmazott parylene gátként működik az aljzat és a külső környezet között.
- Elektromos transzformátorok Az ásványi olajokat folyékony dielektromos anyagként használják, és ezek segítik a hűtési folyamatot.
- A ricinusolajat nagyfeszültségű kondenzátorokban használják kapacitásértékének növelésére.
- Az elektrettek, egy speciálisan feldolgozott dielektromos anyag elektrosztatikus egyenértékűen működik a mágnesekkel.
GYIK
1). Mi az a dielektrikum a kondenzátorokban?
A kondenzátorban alkalmazott dielektromos elemek segítenek csökkenteni az elektromos teret, ami viszont csökkenti a feszültséget, ezáltal növelve a kapacitást.
2). Melyik dielektromos anyagot használják széles körben a kondenzátorokban?
A kondenzátorokban széles körben alkalmaznak dielektromos anyagokat, mint például üveg, kerámia, levegő, csillám, papír, műanyag fólia.
3). Melyik anyagnak van a legnagyobb dielektromos szilárdsága?
A tökéletes vákuumnak megvan a legnagyobb dielektromos szilárdsága.
4). Minden szigetelő dielektrikum?
Nem, bár a dielektrikumok szigetelőként viselkednek, nem minden szigetelő dielektrikum.
Így a dielektrikum a kondenzátorok fontos részét képezi. A jó dielektromos anyagnak jó dielektromos állandóval, dielektromos szilárdsággal, alacsony veszteségi tényezővel, magas hőmérsékleti stabilitással, magas tárolási stabilitással, jó frekvencia-reagálással kell rendelkeznie, és módosíthatónak kell lennie az ipari folyamatokra. A nagyfrekvenciás elektronikus áramkörökben a dielektrikumnak is létfontosságú szerepe van. Az anyag dielektromos tulajdonságainak mérése információt szolgáltat annak elektromos vagy mágneses jellemzőiről. Mi a dielektromos állandó?
