Dielektromos

Dielektrikum (szigetelő) ( más görög διά "át; külön" szóból, és más görög ἤλεκτρον  - " borostyán ") - olyan anyag ( anyag ), amely viszonylag rosszul vezeti az elektromosságot . A dielektrikumok elektromos tulajdonságait a külső elektromos térben való polarizáció képessége határozza meg . A kifejezést M. Faraday angol fizikus vezette be a tudományba [1] .

A szabad töltéshordozók koncentrációja a dielektrikumban nem haladja meg a 108 cm – 3 -t . Az elektrodinamikában a dielektrikum olyan közeg, amelynek a dielektromos veszteség érintője ( ) [2] kis értékű a vizsgált frekvencián , ilyen közegben a vezetési áram [3] sokkal kisebb, mint az eltolási áram .

Az "ideális dielektrikum" alatt egy értékű közeget értünk , a többi dielektrikumot "valódi" vagy "veszteséggel rendelkező" dielektrikumnak (közegnek) nevezzük. A szilárd test sávelmélete szempontjából a dielektrikum olyan anyag, amelynek sávköze 3 eV - nál nagyobb .

A dielektromos tulajdonságok vizsgálata az elektromos és mágneses energia anyagokban való tárolására és disszipációjára vonatkozik [4] [5] . A dielektrikum fogalma fontos az elektronika, az optika, a szilárdtestfizika és a sejtbiofizika különféle jelenségeinek magyarázatához.

Terminológia

Míg a "szigetelő" kifejezés alacsony elektromos vezetőképességet jelent, a dielektrikum általában nagy polarizálhatóságú anyagokat jelent . Ez utóbbit egy relatív permittivitásnak nevezett szám fejezi ki . A "szigetelő" kifejezést általában az elektromos nem vezetőképességre használják, míg a "dielektrikum" kifejezést az anyag azon képességének hangsúlyozására használják, hogy polarizáción keresztül energiát tároljon.

A "dielektrikum" kifejezést William Whewell alkotta meg Michael Faraday kérésére [6] [7] . Ideális dielektrikum egy olyan anyag, amelynek elektromos vezetőképessége nulla [8] .

Fizikai tulajdonságok

Hagyományosan a vezetők olyan anyagokat tartalmaznak, amelyek elektromos ellenállása ρ < 10–5 Ohm m, a dielektrikumok pedig olyan anyagok, amelyek ρ > 10 8 Ohm m. A jó vezetők ellenállása akár 10 −8 ohm m is lehet, míg a legjobb dielektrikumoknál meghaladhatja a 10 16 ohm m-t. A félvezetők ellenállása az anyagok szerkezetétől és összetételétől, valamint a környezeti feltételektől függően 10 -5 -10 8 Ohm m-en belül változhat.

A fémek jó vezetői az elektromos áramnak . A 105 kémiai elem közül csak 25 nemfém, és 12 elem mutathat félvezető tulajdonságokat. De az elemi anyagokon kívül több ezer kémiai vegyület , ötvözet vagy kompozit ismert vezető, félvezető vagy dielektrikum tulajdonságokkal. Meglehetősen nehéz egyértelmű határt húzni a különböző anyagosztályok ellenállási értékei között. Például sok félvezető alacsony hőmérsékleten dielektrikumként viselkedik. Ugyanakkor az erős melegítés alatt álló dielektrikumok a félvezetők tulajdonságait mutathatják. A minőségi különbség az, hogy a fémeknél a vezető állapot az alapállapot, míg a félvezetőknél és a dielektrikumoknál a gerjesztett állapot.

A rádiótechnika fejlődése olyan anyagok létrehozását követelte meg, amelyekben a rádiófrekvenciás sajátos elektromágneses tulajdonságok kombinálódnak a szükséges fizikai és mechanikai paraméterekkel. Az ilyen anyagokat nagyfrekvenciás anyagoknak nevezik. Az anyagok elektromos, mágneses és mechanikai tulajdonságainak, valamint az öregedés okainak megértéséhez kémiai és fázisösszetételük, atomi szerkezetük és szerkezeti hibáik ismerete szükséges.

Opciók

A dielektrikumok paraméterei meghatározzák mechanikai ( rugalmasság , szilárdság , keménység , viszkozitás ), termikus ( hőtágulás , hőkapacitás , hővezetőképesség ), elektromos ( elektromos vezetőképesség , polarizáció , energiaelnyelés, elektromos szilárdság ), mágneses, optikai tulajdonságaikat, ill. meghatározzák elektromos, mechanikai, termikus reakcióikat az elektromos tér hatására, a mechanikai igénybevételre, a hőmérsékletre [9] .

Példák

A dielektrikumok közé tartoznak a különféle gázok, folyadékok, például olajok, üvegek , különféle gyanták , műanyagok stb.

Ionmentesített víz fajlagos ellenállása (lásd még: bidesztillátum ) - 18 MΩ cm.

A dielektrikumok közé tartoznak a paraelektrikumok is - a spontán polarizációval nem rendelkező nemlineáris dielektrikumok, amelyek relatív permittivitása a hőmérséklet emelkedésével csökken (stroncium, kálium, kadmium-titanátok; a Curie-hőmérséklet feletti ferroelektromosok).

Számos dielektrikum érdekes fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. Ide tartoznak az elektretek , piezoelektromos anyagok , piroelektromos anyagok , ferroelasztikus anyagok , ferroelektromos anyagok , relaxorok és ferroelektromos anyagok .

Használat

Az elektromos anyagok egyik legkiterjedtebb osztályába tartozó dielektrikumok alkalmazásakor meglehetősen egyértelműen meghatározták a passzív és az aktív tulajdonságok alkalmazásának szükségességét.

A dielektrikumokat nem csak szigetelőanyagként használják .

Passzívok

A dielektromos anyagok passzív tulajdonságait akkor használják ki, ha elektromos szigetelőanyagként és dielektrikumként használják a hagyományos típusú kondenzátorokban . Az elektromos szigetelő anyagokat dielektrikumoknak nevezzük, amelyek nem engedik meg az elektromos töltések kiszivárgását, vagyis segítségükkel elválasztják egymástól az elektromos áramköröket vagy az eszközök, műszerek, készülékek áramvezető részeit a vezető, de nem áramvezető részektől. (a testből, a "földről"). Ezekben az esetekben az anyag dielektromos állandója nem játszik különösebb szerepet, vagy a lehető legkisebb legyen, nehogy parazita kapacitások kerüljenek az áramkörökbe . Ha egy anyagot egy bizonyos kapacitású és legkisebb méretű kondenzátor dielektrikumjaként használnak, akkor, ha egyéb tényezők megegyeznek, kívánatos, hogy ennek az anyagnak nagy dielektromos állandója legyen.

Dielektrikumok aktív tulajdonságai

Aktív dielektrikumok, amelyek dielektromos tulajdonságai az alkalmazott feszültségtől függenek, a külső környezet hatása a ferroelektrikumok , piezoelektrikumok , piroelektrikumok , elektroluminoforok , lézertechnikában emitterek és redőnyök anyagai, elektretek stb.

Jegyzetek

  1. ↑ Levanyuk A.P. Dielektrikum // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M .: Szovjet Enciklopédia , 1988. - T. 1. - S. 694-698. - 704 p. — 100.000 példány.
  2. ↑ Nikolsky V.V., Nikolskaya T.I. Elektrodinamika és rádióhullámok terjedése. Moszkva: Nauka, 1989.
  3. ↑ Vezetőáram - elektromos töltések irányított mozgása
  4. ↑ Thoms, E.; Sippel, P.; et., al. Ionos folyadékok keverékeinek dielektromos vizsgálata   // Sci . Ismétlés. : folyóirat. - 2017. - Kt. 7 , sz. 1 . — 7463. o . - doi : 10.1038/s41598-017-07982-3 . - . - arXiv : 1703.05625 . — PMID 28785071 .
  5. ↑ Belkin, A.; Bezryadin, A.; Hendren, L.; Hubler, A. Alumínium-oxid nanokondenzátorok helyreállítása nagyfeszültségű leállás után   // Sci . Ismétlés. : folyóirat. - 2017. - Kt. 7 , sz. 1 . - 932. o . - doi : 10.1038/s41598-017-01007-9 . - . — PMID 28428625 .
  6. ↑ Daintith, J. Biographical Encyclopedia of Scientists. - CRC Press , 1994. - S. 943. - ISBN 978-0-7503-0287-6 .
  7. ↑ James, Frank AJL, szerkesztő. Michael Faraday levelezése, 3. kötet, 1841-1848, 1798. levél, William Whewell Faraday-nek, o. 442. (elérhetetlen link) . Letöltve: 2012. május 18. Az eredetiből archiválva : 2016. december 23..   The Institution of Electrical Engineers, London, Egyesült Királyság, 1996. ISBN 0-86341-250-5
  8. ↑ [ [1]  in Google Books Microwave Engineering – RS Rao (Prof.)]  (eng) .
  9. ↑ Res, 1989 , p. tizennyolc.

Linkek

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
 Vezető anyagok