La conductividad eléctrica de los dieléctricos es una característica física importante. La información al respecto le permite identificar las áreas de aplicación de los materiales.
Términos
Según la conductividad de la corriente eléctrica, las sustancias se dividen en grupos:
- dieléctricos;
- semiconductores;
- conductores.
Los metales son excelentes conductores de corriente - su conductividad eléctrica alcanza 106-108 (Ohm·m)-1.
Y los materiales dieléctricos no son capaces de conducir electricidad, por lo que se utilizan como aislantes. No tienen portadores de carga libres, difieren en la estructura dipolar de las moléculas.
Los semiconductores son materiales sólidos con valores de conductividad intermedios.
Clasificación
Todos los materiales dieléctricos se dividen en tipos polares y no polares. En los aisladores polares, los centros de cargas positivas y negativas están descentrados. Las moléculas de tales sustancias son similares en sus parámetros eléctricos a un dipolo rígido, que tiene su propio momento dipolar. El agua se puede utilizar como dieléctricos polares.amoníaco, cloruro de hidrógeno.
Los dieléctricos no polares se distinguen por la coincidencia de los centros de cargas positivas y negativas. Son similares en características eléctricas a un dipolo elástico. Ejemplos de tales aislantes son hidrógeno, oxígeno, tetracloruro de carbono.
Conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica de los dieléctricos se explica por la presencia de un pequeño número de electrones libres en sus moléculas. Con el desplazamiento de cargas en el interior de la sustancia durante un cierto tiempo, se observa un establecimiento gradual de una posición de equilibrio, que es la causa de la aparición de una corriente. La conductividad eléctrica de los dieléctricos existe en el momento de apagar y encender el voltaje. Las muestras técnicas de aisladores tienen el número máximo de cargas libres, por lo tanto, en ellas aparecen corrientes de paso insignificantes.
La conductividad eléctrica de los dieléctricos en el caso de un valor de tensión constante se calcula a partir de la corriente de paso. Este proceso implica la liberación y neutralización de las cargas existentes en los electrodos. En el caso de la tensión alterna, el valor de la conductividad activa se ve afectado no solo por la corriente de paso, sino también por los componentes activos de las corrientes de polarización.
Las propiedades eléctricas de los dieléctricos dependen de la densidad de corriente, la resistencia del material.
Dieléctricos sólidos
La conductividad eléctrica de los dieléctricos sólidos se divide en volumen y superficie. Para comparar estos parámetros para diferentes materiales, se utilizan los valores de volumen específico y superficie específica.resistencia.
La conductividad total es la suma de estos dos valores, su valor depende de la humedad del ambiente y la temperatura ambiente. En el caso de operación continua bajo voltaje, hay una disminución en la corriente de paso que pasa a través de los aisladores líquidos y sólidos.
Y en el caso de un aumento de la corriente después de un cierto período de tiempo, podemos hablar del hecho de que ocurrirán procesos irreversibles dentro de la sustancia, lo que conducirá a la destrucción (ruptura del dieléctrico).
Características del estado gaseoso
Los dieléctricos gaseosos tienen una conductividad eléctrica insignificante si la intensidad de campo toma valores mínimos. La aparición de una corriente en sustancias gaseosas sólo es posible en aquellos casos en que contienen electrones libres o iones cargados.
Los dieléctricos gaseosos son aislantes de alta calidad, por lo que se utilizan en la electrónica moderna en grandes volúmenes. La ionización en tales sustancias es causada por factores externos.
Debido a las colisiones de iones de gas, así como bajo exposición térmica, ultravioleta o exposición a rayos X, también se observa el proceso de formación de moléculas neutras (recombinación). Gracias a este proceso, se limita el aumento del número de iones en el gas, se establece una cierta concentración de partículas cargadas en un corto período de tiempo después de la exposición a una fuente de ionización externa.
En el proceso de aumentar el voltaje aplicado al gas, aumenta el movimiento de iones hacia los electrodos. No sontienen tiempo para recombinarse, por lo que se descargan en los electrodos. Con un aumento posterior en el voltaje, la corriente no aumenta, se llama corriente de saturación.
Considerando los dieléctricos no polares, observamos que el aire es un aislante perfecto.
Dieléctricos líquidos
La conductividad eléctrica de los dieléctricos líquidos se explica por las peculiaridades de la estructura de las moléculas líquidas. Los disolventes no polares contienen impurezas disociadas, incluida la humedad. En las moléculas polares, la conductividad de la corriente eléctrica también se explica por el proceso de desintegración en iones del propio líquido.
En este estado de agregación, la corriente también es causada por el movimiento de partículas coloidales. Debido a la imposibilidad de eliminar completamente las impurezas de dicho dieléctrico, surgen problemas para obtener líquidos con baja conductividad de corriente.
Todos los tipos de aislamiento implican la búsqueda de opciones para reducir la conductividad específica de los dieléctricos. Por ejemplo, se eliminan las impurezas, se ajusta el indicador de temperatura. Un aumento de la temperatura provoca una disminución de la viscosidad, un aumento de la movilidad de los iones y un aumento del grado de disociación térmica. Estos factores afectan la conductividad de los materiales dieléctricos.
Conductividad eléctrica de sólidos
Se explica por el movimiento no solo de los iones del propio aislante, sino también de partículas cargadas de impurezas contenidas dentro del material sólido. A su paso por el aislador sólido se produce una remoción parcial de impurezas, que paulatinamenteafecta la conducción. Teniendo en cuenta las características estructurales de la red cristalina, el movimiento de las partículas cargadas se debe a las fluctuaciones del movimiento térmico.
A bajas temperaturas, los iones de impurezas positivos y negativos se mueven. Tales tipos de aislamiento son típicos para sustancias con una estructura cristalina molecular y atómica.
Para los cristales anisotrópicos, el valor de la conductividad específica varía según sus ejes. Por ejemplo, en cuarzo en la dirección paralela al eje principal, excede la posición perpendicular por 1000 veces.
En dieléctricos porosos sólidos, donde prácticamente no hay humedad, un ligero aumento en la resistencia eléctrica conduce a un aumento en su resistencia eléctrica. Las sustancias que contienen impurezas solubles en agua muestran una disminución significativa en la resistencia del volumen debido a cambios en la humedad.
Polarización de dieléctricos
Este fenómeno está asociado con un cambio en la posición de las partículas del aislante en el espacio, lo que conduce a la adquisición de algún momento eléctrico (inducido) por cada volumen macroscópico del dieléctrico.
Hay una polarización que ocurre bajo la influencia de un campo externo. También distinguen una versión espontánea de la polarización que aparece incluso en ausencia de un campo externo.
La permitividad relativa se caracteriza por:
- capacitancia de un capacitor con este dieléctrico;
- su magnitud en el vacío.
Este proceso va acompañado de la aparición dela superficie del dieléctrico de cargas ligadas, que reducen la cantidad de tensión dentro de la sustancia.
En el caso de ausencia total de un campo externo, un elemento separado del volumen dieléctrico no tiene un momento eléctrico, ya que la suma de todas las cargas es cero y hay una coincidencia de cargas negativas y positivas en espacio.
Opciones de polarización
Durante la polarización de electrones, se produce un cambio bajo la influencia de un campo externo de las capas de electrones del átomo. En la variante iónica, se observa un desplazamiento de los sitios de red. La polarización del dipolo se caracteriza por pérdidas para superar la fricción interna y las fuerzas de unión. La versión estructural de la polarización se considera el proceso más lento, se caracteriza por la orientación de impurezas macroscópicas no homogéneas.
Conclusión
Los materiales aislantes eléctricos son sustancias que le permiten obtener un aislamiento confiable de algunos componentes de equipos eléctricos bajo ciertos potenciales eléctricos. En comparación con los conductores de corriente, numerosos aisladores tienen una resistencia eléctrica significativamente mayor. Son capaces de crear fuertes campos eléctricos y acumular energía adicional. Es esta propiedad de los aisladores la que se utiliza en los capacitores modernos.
Según la composición química, se dividen en materiales naturales y sintéticos. El segundo grupo es el más numeroso, por lo que son estos aisladores los que se utilizan en una variedad de aparatos eléctricos.
Dependiendo de las características tecnológicas, se aíslan la estructura, la composición, la película, la cerámica, la cera y los aislantes minerales.
Cuando se alcanza el voltaje de ruptura, se observa una ruptura que provoca un fuerte aumento en la magnitud de la corriente eléctrica. Entre los rasgos característicos de tal fenómeno, se puede destacar una ligera dependencia de la fuerza del estrés y la temperatura, el espesor.
