La conductivité électrique des diélectriques est une caractéristique physique importante. Les informations à ce sujet vous permettent d'identifier les domaines d'application des matériaux.
Conditions
Selon la conductivité du courant électrique, les substances sont divisées en groupes:
- diélectriques;
- semiconducteurs;
- conducteurs.
Les métaux sont d'excellents conducteurs de courant - leur conductivité électrique atteint 106-108 (Ohm m)-1.
Et les matériaux diélectriques ne sont pas capables de conduire l'électricité, ils sont donc utilisés comme isolants. Ils n'ont pas de porteurs de charge libres, diffèrent par la structure dipolaire des molécules.
Les semi-conducteurs sont des matériaux solides avec des valeurs de conductivité intermédiaires.
Classification
Tous les matériaux diélectriques sont divisés en types polaires et non polaires. Dans les isolateurs polaires, les centres des charges positives et négatives sont décentrés. Les molécules de ces substances sont similaires dans leurs paramètres électriques à un dipôle rigide, qui a son propre moment dipolaire. L'eau peut être utilisée comme diélectrique polaire.ammoniac, chlorure d'hydrogène.
Les diélectriques non polaires se distinguent par la coïncidence des centres de charges positives et négatives. Leurs caractéristiques électriques sont similaires à celles d'un dipôle élastique. Des exemples de tels isolants sont l'hydrogène, l'oxygène, le tétrachlorure de carbone.
Conduction électrique
La conductivité électrique des diélectriques s'explique par la présence d'un petit nombre d'électrons libres dans leurs molécules. Avec le déplacement des charges à l'intérieur de la substance sur une certaine période de temps, on observe un établissement progressif d'une position d'équilibre, qui est la raison de l'apparition d'un courant. La conductivité électrique des diélectriques existe au moment de la coupure et de la mise sous tension. Les échantillons techniques d'isolateurs ont le nombre maximum de charges libres, par conséquent, des courants traversants insignifiants y apparaissent.
La conductivité électrique des diélectriques dans le cas d'une valeur de tension constante est calculée à partir du courant traversant. Ce processus implique la libération et la neutralisation des charges existantes sur les électrodes. Dans le cas d'une tension alternative, la valeur de la conductivité active est affectée non seulement par le courant traversant, mais aussi par les composantes actives des courants de polarisation.
Les propriétés électriques des diélectriques dépendent de la densité de courant, de la résistance du matériau.
Diélectriques Solides
La conductivité électrique des diélectriques solides est divisée en masse et en surface. Pour comparer ces paramètres pour différents matériaux, les valeurs de volume spécifique et de surface spécifique sont utilisées.résistance.
La conductivité totale est la somme de ces deux valeurs, sa valeur dépend de l'humidité de l'environnement et de la température ambiante. Dans le cas d'un fonctionnement continu sous tension, il y a une diminution du courant traversant traversant les isolants liquides et solides.
Et dans le cas d'une augmentation du courant après un certain laps de temps, on peut parler du fait que des processus irréversibles se produiront à l'intérieur de la substance, conduisant à la destruction (claquage du diélectrique).
Caractéristiques de l'état gazeux
Les diélectriques gazeux ont une conductivité électrique négligeable si l'intensité du champ prend des valeurs minimales. L'apparition d'un courant dans les substances gazeuses n'est possible que dans les cas où elles contiennent des électrons libres ou des ions chargés.
Les diélectriques gazeux sont des isolants de haute qualité, ils sont donc utilisés dans l'électronique moderne en grandes quantités. L'ionisation de ces substances est causée par des facteurs externes.
En raison des collisions d'ions gazeux, ainsi que sous exposition thermique, ultraviolette ou aux rayons X, le processus de formation de molécules neutres (recombinaison) est également observé. Grâce à ce procédé, l'augmentation du nombre d'ions dans le gaz est limitée, une certaine concentration de particules chargées s'établit en peu de temps après exposition à une source d'ionisation externe.
Lors du processus d'augmentation de la tension appliquée au gaz, le mouvement des ions vers les électrodes augmente. Ils ne sont pasont le temps de se recombiner, elles sont donc déchargées au niveau des électrodes. Avec une augmentation ultérieure de la tension, le courant n'augmente pas, on l'appelle courant de saturation.
Considérant les diélectriques non polaires, on constate que l'air est un isolant parfait.
Diélectriques liquides
La conductivité électrique des diélectriques liquides s'explique par les particularités de la structure des molécules liquides. Les solvants non polaires contiennent des impuretés dissociées, y compris de l'humidité. Dans les molécules polaires, la conductivité du courant électrique s'explique également par le processus de désintégration en ions du liquide lui-même.
Dans cet état d'agrégation, le courant est également causé par le mouvement des particules colloïdales. En raison de l'impossibilité d'éliminer complètement les impuretés d'un tel diélectrique, des problèmes se posent pour obtenir des liquides à faible conductivité de courant.
Tous les types d'isolation impliquent la recherche d'options pour réduire la conductivité spécifique des diélectriques. Par exemple, les impuretés sont éliminées, l'indicateur de température est ajusté. Une augmentation de la température entraîne une diminution de la viscosité, une augmentation de la mobilité des ions et une augmentation du degré de dissociation thermique. Ces facteurs affectent la conductivité des matériaux diélectriques.
Conduction électrique des solides
Cela s'explique par le mouvement non seulement des ions de l'isolant lui-même, mais également des particules chargées d'impuretés contenues à l'intérieur du matériau solide. Lors de son passage à travers l'isolant solide, une élimination partielle des impuretés se produit, qui progressivementaffecte la conduction. Compte tenu des caractéristiques structurelles du réseau cristallin, le mouvement des particules chargées est dû aux fluctuations du mouvement thermique.
À basse température, les ions d'impureté positifs et négatifs se déplacent. Ces types d'isolement sont typiques pour les substances à structure cristalline moléculaire et atomique.
Pour les cristaux anisotropes, la valeur de la conductivité spécifique varie selon ses axes. Par exemple, dans le quartz dans la direction parallèle à l'axe principal, il dépasse la position perpendiculaire de 1000 fois.
Dans les diélectriques poreux solides, où il n'y a pratiquement pas d'humidité, une légère augmentation de la résistance électrique entraîne une augmentation de leur résistance électrique. Les substances contenant des impuretés solubles dans l'eau présentent une diminution significative de la résistance volumique en raison des changements d'humidité.
Polarisation des diélectriques
Ce phénomène est associé à un changement de position des particules de l'isolant dans l'espace, ce qui conduit à l'acquisition d'un moment électrique (induit) par chaque volume macroscopique du diélectrique.
Il y a une polarisation qui se produit sous l'influence d'un champ externe. Ils distinguent également une version spontanée de la polarisation qui apparaît même en l'absence de champ extérieur.
La permittivité relative est caractérisée par:
- capacité d'un condensateur avec ce diélectrique;
- sa magnitude dans le vide.
Ce processus s'accompagne de l'apparition dela surface du diélectrique des charges liées, qui réduisent la quantité de tension à l'intérieur de la substance.
En cas d'absence totale de champ externe, un élément séparé du volume diélectrique n'a pas de moment électrique, car la somme de toutes les charges est nulle et il y a une coïncidence de charges négatives et positives dans espace.
Options de polarisation
Lors de la polarisation des électrons, un déplacement se produit sous l'influence d'un champ externe des couches d'électrons de l'atome. Dans la variante ionique, un déplacement des sites du réseau est observé. La polarisation dipolaire est caractérisée par des pertes pour surmonter les forces de frottement et de liaison internes. La version structurelle de la polarisation est considérée comme le processus le plus lent, elle se caractérise par l'orientation d'impuretés macroscopiques inhomogènes.
Conclusion
Les matériaux isolants électriques sont des substances qui vous permettent d'obtenir une isolation fiable de certains composants d'équipements électriques sous certains potentiels électriques. Par rapport aux conducteurs de courant, de nombreux isolants ont une résistance électrique nettement plus élevée. Ils sont capables de créer de forts champs électriques et d'accumuler de l'énergie supplémentaire. C'est cette propriété des isolants qui est utilisée dans les condensateurs modernes.
Selon la composition chimique, ils sont divisés en matériaux naturels et synthétiques. Le deuxième groupe est le plus nombreux, ce sont donc ces isolateurs qui sont utilisés dans une variété d'appareils électriques.
Selon les caractéristiques technologiques, la structure, la composition, le film, la céramique, la cire, les isolants minéraux sont isolés.
Lorsque la tension de claquage est atteinte, un claquage est observé, entraînant une forte augmentation de l'intensité du courant électrique. Parmi les traits caractéristiques d'un tel phénomène, on peut distinguer une légère dépendance de la résistance à la contrainte et à la température, à l'épaisseur.
