Konduktor dan dielektrik adalah zat fisik yang memiliki tingkat konduktivitas listrik yang berbeda dan bereaksi secara berbeda terhadap aksi medan listrik. Sifat berlawanan dari bahan banyak digunakan di semua bidang teknik listrik.
Isi
Apa itu konduktor dan dielektrik?
konduktor - zat dengan muatan listrik bebas yang mampu bergerak secara terarah di bawah pengaruh medan listrik eksternal. Fitur-fitur ini adalah:
- logam dan lelehannya;
- karbon alami (batubara, grafit);
- elektrolit - larutan garam, asam dan basa;
- gas terionisasi (plasma).
Properti utama bahan: muatan bebas - elektron dalam konduktor padat dan ion dalam larutan dan lelehan, bergerak di seluruh volume konduktor, menghantarkan arus listrik.Di bawah pengaruh tegangan listrik yang diterapkan pada konduktor, arus konduksi dibuat. Resistivitas dan konduktivitas listrik adalah indikator utama material.
Sifat bahan dielektrik berlawanan dengan sifat konduktor listrik. Dielektrik (isolator) - terdiri dari atom dan molekul netral. Mereka tidak memiliki kemampuan untuk memindahkan partikel bermuatan di bawah pengaruh medan listrik. Dielektrik dalam medan listrik menumpuk muatan yang tidak terkompensasi di permukaan. Mereka membentuk medan listrik yang diarahkan di dalam isolator, dielektrik terpolarisasi.
Akibat polarisasi, muatan pada permukaan dielektrik cenderung mengurangi medan listrik. Sifat bahan isolator listrik ini disebut konstanta dielektrik dielektrik.
Karakteristik dan sifat fisik bahan
Parameter konduktor menentukan ruang lingkup aplikasinya. Karakteristik fisik utama:
- resistivitas listrik - mencirikan kemampuan suatu zat untuk mencegah lewatnya arus listrik;
- koefisien suhu resistansi - nilai yang mencirikan perubahan indikator tergantung pada suhu;
- konduktivitas termal - jumlah panas yang lewat per satuan waktu melalui lapisan material;
- beda potensial kontak - terjadi ketika dua logam yang berbeda bersentuhan, digunakan dalam termokopel untuk pengukuran suhu;
- kekuatan tarik dan perpanjangan tarik - tergantung pada jenis logam.
Ketika didinginkan sampai suhu kritis, resistivitas konduktor cenderung nol. Fenomena ini disebut superkonduktivitas.
Properti yang mencirikan konduktor:
- listrik - hambatan dan konduktivitas listrik;
- kimia - interaksi dengan lingkungan, anti-korosi, kemampuan untuk terhubung dengan pengelasan atau penyolderan;
- fisik - kepadatan, titik leleh.
Fitur dielektrik adalah untuk menahan efek arus listrik. Sifat fisik bahan isolasi listrik:
- konstanta dielektrik - kemampuan isolator untuk mempolarisasi dalam medan listrik;
- resistensi volume tertentu;
- kekuatan listrik;
- tangen kerugian dielektrik.
Bahan isolasi dicirikan oleh parameter berikut:
- listrik - besarnya tegangan tembus, kekuatan listrik;
- fisik - tahan panas;
- kimia - kelarutan dalam agen agresif, tahan kelembaban.
Jenis dan klasifikasi bahan dielektrik
Isolator dibagi menjadi beberapa kelompok menurut beberapa kriteria.
Klasifikasi menurut keadaan agregasi suatu zat:
- padat - kaca, keramik, asbes;
- cair - minyak nabati dan sintetis, parafin, gas cair, dielektrik sintetis (senyawa silikon dan organofluorin freon, freon);
- gas - udara, nitrogen, hidrogen.
Dielektrik dapat berasal dari alam atau buatan, organik atau sintetis.
Bahan isolasi alami organik termasuk minyak nabati, selulosa, dan karet. Mereka dicirikan oleh ketahanan termal dan kelembaban yang rendah, penuaan yang cepat. Bahan organik sintetis adalah berbagai jenis plastik.
Dielektrik anorganik yang berasal dari alam meliputi: mika, asbes, muskovit, phlogopite. Zat tahan terhadap serangan kimia, tahan suhu tinggi.Bahan dielektrik anorganik buatan - kaca, porselen, keramik.
Mengapa dielektrik tidak dapat menghantarkan listrik?
Konduktivitas yang rendah disebabkan oleh struktur molekul dielektrik. Partikel materi terkait erat satu sama lain, mereka tidak dapat meninggalkan atom dan bergerak di seluruh volume materi. Di bawah pengaruh medan listrik, partikel atom dapat sedikit mengendur - mempolarisasi.
Tergantung pada mekanisme polarisasi, bahan dielektrik dibagi menjadi:
- non-polar - zat dalam berbagai keadaan agregasi dengan polarisasi elektronik (gas inert, hidrogen, polistirena, benzena);
- polar - memiliki relaksasi dipol dan polarisasi elektronik (berbagai resin, selulosa, air);
- ionik - dielektrik padat yang berasal dari anorganik (kaca, keramik).
Sifat dielektrik suatu zat tidak konstan. Di bawah pengaruh suhu tinggi atau kelembaban tinggi, elektron melepaskan diri dari nukleus dan memperoleh sifat-sifat muatan listrik bebas. Kualitas isolasi dielektrik dalam hal ini berkurang.
Dielektrik yang andal adalah bahan dengan arus bocor rendah yang tidak melebihi nilai kritis dan tidak mengganggu pengoperasian sistem.
Di mana dielektrik dan konduktor digunakan?
Bahan digunakan di semua bidang aktivitas manusia di mana arus listrik digunakan: dalam industri, pertanian, pembuatan instrumen, jaringan listrik dan peralatan listrik rumah tangga.
Pilihan konduktor ditentukan oleh karakteristik teknisnya. Produk yang terbuat dari perak, emas, platinum memiliki resistivitas terendah.Penggunaannya terbatas pada ruang dan keperluan militer karena biayanya yang tinggi. Tembaga dan aluminium menghantarkan arus agak lebih buruk, tetapi murahnya komparatifnya telah menyebabkan penggunaannya secara luas sebagai kabel dan produk kabel.
Logam murni tanpa pengotor mengalirkan arus lebih baik, tetapi dalam beberapa kasus diperlukan konduktor dengan resistivitas tinggi - untuk produksi rheostat, tungku listrik, dan pemanas listrik. Untuk tujuan ini, paduan nikel, tembaga, mangan (manganin, konstantan) digunakan. Konduktivitas listrik tungsten dan molibdenum 3 kali lebih rendah dari tembaga, tetapi sifat mereka banyak digunakan dalam produksi lampu listrik dan perangkat radio.
Dielektrik padat adalah bahan yang memastikan keamanan dan operasi elemen konduktif tanpa gangguan. Mereka digunakan sebagai bahan isolasi listrik, mencegah kebocoran arus, mengisolasi konduktor satu sama lain, dari kasing perangkat, dari tanah. Contoh produk semacam itu adalah sarung tangan dielektrik, yang dijelaskan dalam artikel.
Dielektrik cair digunakan dalam kapasitor, kabel listrik, sirkulasi sistem pendingin turbogenerator dan pemutus sirkuit oli tegangan tinggi. Bahan digunakan sebagai pengisi dan impregnasi.
Bahan isolasi gas. Udara adalah isolator alami yang juga memberikan pembuangan panas. Nitrogen digunakan di tempat-tempat di mana proses oksidatif tidak dapat diterima. Hidrogen digunakan dalam generator yang kuat dengan kapasitas panas yang tinggi.
Pekerjaan konduktor dan dielektrik yang terkoordinasi memastikan pengoperasian peralatan dan jaringan catu daya yang aman dan stabil. Pilihan elemen tertentu untuk tugas yang ada tergantung pada sifat fisik dan parameter teknis zat tersebut.
Artikel serupa:
