مقسمة إلى 3 مجموعات:
1) الزيوت البترولية؛
2) السوائل الاصطناعية
3) الزيوت النباتية.
تستخدم العوازل السائلة لتشريب الكابلات ذات الجهد العالي والمكثفات ولملء المحولات والمفاتيح والبطانات. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تؤدي وظائف المبرد في المحولات، وطفاية القوس في المفاتيح، وما إلى ذلك.
الزيوت البترولية
الزيوت البترولية عبارة عن خليط من هيدروكربونات البارافين ( C n H 2 n+ 2) والنفثينيك (C n H 2 n ) الصفوف. يتم استخدامها على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية كزيوت المحولات والكابلات والمكثفات. يعمل الزيت على ملء الفجوات والمسامات داخل التركيبات والمنتجات الكهربائية، مما يزيد من القوة الكهربائية للعزل ويحسن إزالة الحرارة من المنتجات.
زيت المحولات يتم الحصول عليها من البترول عن طريق التقطير. تعتمد الخواص الكهربائية لزيت المحولات إلى حد كبير على جودة تنقية الزيت من الشوائب ومحتواه المائي ودرجة تفريغ الغاز. ثابت العزل الكهربائي للزيت 2.2 المقاومة الكهربائية 10 13 أوم م.
الغرض من زيوت المحولات هو زيادة القوة الكهربائية للعزل؛ إزالة الحرارة تعزيز إطفاء القوس في قواطع دوائر الزيت، وتحسين الجودة العزل الكهربائيفي المنتجات الكهربائية: المقاومة المتغيرة والمكثفات الورقية والكابلات المعزولة بالورق وكابلات الطاقة - عن طريق الصب والتشريب.
يتقادم زيت المحولات أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى تدهور جودته. يتم تعزيز شيخوخة الزيت عن طريق: ملامسة الزيت للهواء، ودرجات الحرارة المرتفعة، وملامسته للمعادن (النحاس, Рb، الحديد)، التعرض للضوء. لزيادة عمر الخدمة، يتم تجديد الزيت عن طريق تنظيف وإزالة المنتجات القديمة وإضافة مثبطات.
كابلو مكثفتختلف الزيوت عن زيوت المحولات بجودة تنقية أعلى.
المواد العازلة السائلة الاصطناعية
تتميز العوازل السائلة الاصطناعية ببعض الخصائص التي تتفوق على الزيوت العازلة الكهربائية ذات الأساس البترولي.
الهيدروكربونات المكلورة
سوفول – خماسي كلورو ثنائي الفينيلج6 ح2كل3 – ج6ح3كل2 يتم الحصول عليها عن طريق كلورة ثنائي الفينيلج12 ح10
C 6 H 5 – C 6 H 5 + 5 Cl 2 → C 6 H 2 Cl 3 – C 6 H 3 Cl 2 + 5 حمض الهيدروكلوريك
سوفولتستخدم للتشريب وملء المكثفات. لديها ثابت عازل أعلى مقارنة بالزيوت البترولية. ثابت عازل سوفول 5.0، المقاومة الكهربائية 10 11 ¸ 10 12 أوم م. يستخدم سوفول لتشريب قوة الورق و المكثفات الراديويةمع زيادة القدرة المحددة والجهد التشغيلي المنخفض.
سوفتول - خليط البومة مع ثلاثي كلورو البنزين. يستخدم لعزل المحولات المقاومة للانفجار.
سوائل السيليكون العضوي
الأكثر انتشارا هي بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان, بولي ثنائي إيثيل سيلوكسان, بولي ميثيل فينيل سيلوكسانالسوائل.
سوائل بولي سيلوكسان – بوليمرات السيليكون العضوي السائل ( بولي أورجانوسيلوكسان) ، لها خصائص قيمة مثل: عالية مقاومة الحرارة، الخمول الكيميائي، استرطابية منخفضة، نقطة صب منخفضة، خصائص كهربائية عالية على نطاق واسع من الترددات ودرجات الحرارة.
السيلوكسان العضوي السائل عبارة عن مركبات بوليمرية ذات درجة منخفضة من البلمرة، وتحتوي جزيئاتها على مجموعة ذرات السيلوكسان
,
حيث ترتبط ذرات السيليكون بالجذور العضوية R: ميثيل CH 3، إيثيل C 2 H 5، فينيل C 6 H 5 . يمكن أن يكون لجزيئات سوائل البولي أورجانوسيلوكسان بنية خطية ومتفرعة خطيًا ودورية.
سائل بولي ميثيل سيلوكسان تم الحصول عليها عن طريق التحلل المائي ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان مختلطة مع ثلاثي ميثيل كلوروسيلان .
تكون السوائل الناتجة عديمة اللون، وقابلة للذوبان في الهيدروكربونات العطرية وثنائي كلورو الإيثان وعدد من المذيبات العضوية الأخرى، وغير قابلة للذوبان في الكحول والأسيتون. بولي ميثيل سيلوكسانفهي خاملة كيميائيًا، وليس لها تأثير عدواني على المعادن ولا تتفاعل مع معظم المواد العازلة العضوية والمطاط. ثابت العزل الكهربائي 2.0¸ 2.8، المقاومة الكهربائية 10 12 أوم مالقوة الكهربائية 12¸ 20 ميجا فولت/م
صيغة بولي ثنائي ميثيل سيلوكسانأيبدو
– سي(CH 3 ) 3 – يا – [ سي(CH 3 ) 2 - يا ] ن –سي(CH 3 ) = O
تستخدم بوليمرات السيليكون العضوي السائل على النحو التالي:
بولي ثنائي إيثيل سيلوكسان – تم الحصول عليها عن طريق التحلل المائي ثنائي إيثيل ثنائي كلورو سيلان و ثلاثي إيثيل كلوروسيلان . لديهم نطاق واسع من نقاط الغليان. يتم التعبير عن الهيكل بالصيغة:
تعتمد الخصائص على درجة الغليان. الخصائص الكهربائية هي نفس تلك بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان.
سائل بولي ميثيل فينيل سيلوكسان لديك بنية تعبر عنها الصيغة
تم الحصول عليها عن طريق التحلل المائي فينيل ميثيل ثنائي كلورو سيلانإلخ. الزيت اللزج. بعد المعالجةهيدروكسيد الصوديوماللزوجة تزيد 3 مرات. يتحمل التسخين لمدة 1000 ساعة حتى 250 درجة مئوية. الخصائص الكهربائية هي نفس تلك بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان.
في γ - التشعيع، تزداد لزوجة سوائل السيليكون العضوي بشكل كبير، وتتدهور خصائص العزل الكهربائي بشكل حاد. مع جرعة كبيرة من الإشعاع، تتحول السوائل إلى مطاطيالكتلة، ثم إلى جسم صلب وهش.
سوائل الفلور العضوي
سوائل الفلور العضوي – من 8 ف 16 – غير قابلة للاشتعال ومقاومة للانفجار، مقاومة للحرارة العالية(200 درجة مئوية)، لديها استرطابية منخفضة. أزواجهم لديها قوة كهربائية عالية. السوائل لها لزوجة منخفضة وهي متطايرة. لديهم تبديد حرارة أفضل من الزيوت البترولية وسوائل السيليكون.–) ن,
هو بوليمر غير قطبي ذو بنية خطية. تم الحصول عليها عن طريق بلمرة غاز الإيثيلينج2ح4 عند الضغط العالي (حتى 300 ميجا باسكال)، أو عند الضغط المنخفض (حتى 0.6 ميجا باسكال). الوزن الجزيئي للبولي إيثيلين عالي الضغط هو 18000 – 40000، والبولي إيثيلين منخفض الكثافة هو 60000 – 800000.
تتمتع جزيئات البولي إيثيلين بالقدرة على تكوين مناطق من المادة بترتيب منظم للسلاسل (البلورات)، وبالتالي يتكون البولي إيثيلين من مرحلتين (بلوري وغير متبلور)، وتحدد نسبةهما خواصه الميكانيكية والحرارية. غير المتبلور يعطي المادة خصائص مرنة، والبلورية تعطي الصلابة. تتميز المرحلة غير المتبلورة بدرجة حرارة تزجج تبلغ +80 درجة مئوية. المرحلة البلورية لديها أعلى مقاومة الحرارة.
إن مجاميع جزيئات البولي إيثيلين ذات الطور البلوري عبارة عن كريات ذات بنية عظمية. محتوى الطور البلوري (حتى 90%) في البولي إيثيلين منخفض الكثافة أعلى منه في البولي إيثيلين عالي الكثافة (حتى 60%). نظرًا لبلورته العالية، فإن البولي إيثيلين منخفض الكثافة لديه نقطة انصهار أعلى (120 -125 درجة مئوية) وقوة شد أعلى. يعتمد هيكل البولي إيثيلين إلى حد كبير على وضع التبريد. مع التبريد السريع، يتم تشكيل الكريات الصغيرة، مع التبريد البطيء - الكبيرة. يعتبر البولي إيثيلين المبرد بسرعة أكثر مرونة وأقل صلابة.
تعتمد خصائص البولي إيثيلين على الوزن الجزيئي والنقاء والشوائب الأجنبية. الخواص الميكانيكية تعتمد على درجة البلمرة. يتمتع البولي إيثيلين بمقاومة كيميائية كبيرة. باعتبارها مادة عازلة للكهرباء، فهي تستخدم على نطاق واسع في صناعة الكابلات وفي إنتاج الأسلاك المعزولة.
يتم حاليًا تصنيع الأنواع التالية من منتجات البولي إيثيلين والبولي إيثيلين:
1. البولي إيثيلين منخفض وعالي الضغط - (بدون تاريخ) و (v.d.) ؛
2. البولي إيثيلين منخفض الكثافة لصناعة الكابلات؛
3. البولي إيثيلين منخفض الوزن الجزيئي ذو الضغط العالي أو المتوسط؛
4. البولي ايثيلين المسامي
5. خرطوم بلاستيكي خاص من البولي إيثيلين؛
6. البولي إيثيلين لإنتاج كابلات التردد العالي؛
7. البولي إيثيلين الموصل للكهرباء لصناعة الكابلات؛
8. البولي ايثيلين مملوء بالسخام.
9. البولي ايثيلين المكلور سلفونات.
10. فيلم البولي ايثيلين.
المواد البلاستيكية الفلورية
هناك عدة أنواع من بوليمرات الفلوروكربون، والتي يمكن أن تكون قطبية أو غير قطبية.
دعونا نفكر في خصائص منتج تفاعل البلمرة لغاز رباعي فلورو إيثيلين
(ف 2 ج = سف 2).
البلاستيك الفلوري – 4(بولي تترافلوروإيثيلين) – مسحوق أبيض سائب. يبدو هيكل الجزيئات
جزيئات PTFE لها بنية متناظرة. ولذلك، فإن البلاستيك الفلوري هو عازل غير قطبي
يوفر تناسق الجزيء والنقاء العالي مستوى عالٍ من الأداء الكهربائي. طاقة ربط أكبر بينج و ف يمنحها مقاومة عالية للبرد و مقاومة الحرارة. يمكن لمكونات الراديو المصنوعة منه أن تعمل في درجة حرارة -195 ÷ +250 درجة مئوية. غير قابل للاشتعال، مقاوم كيميائيا، غير استرطابي، كاره للماء، ولا يتأثر بالعفن. المقاومة الكهربائية هي 10 15 ¸ 10 18 أوم م، ثابت العزل الكهربائي 1.9¸ 2.2 القوة الكهربائية 20¸ 30 ميجا فولت/م
مكونات الراديو مصنوعة من مسحوق الفلوروبلاستيك بالضغط البارد. يتم تلبيد المنتجات المضغوطة في أفران عند درجة حرارة 360 - 380 درجة مئوية. مع التبريد السريع، يتم تقوية المنتجات بقوة ميكانيكية عالية. مع التبريد البطيء - غير متصلب. فهي أسهل في المعالجة وأقل صعوبة ولها مستوى عالٍ من الخصائص الكهربائية. عندما يتم تسخين الأجزاء إلى 370 درجة، فإنها تتغير من الحالة البلورية إلى الحالة غير المتبلورة وتصبح شفافة. يبدأ التحلل الحراري للمادة عند درجة حرارة أكبر من 400 درجة. في نفس الوقتيتكون الفلور السام.
عيب البلاستيك الفلوري هو سيولته تحت الحمل الميكانيكي. لديها مقاومة منخفضة للإشعاع وتتطلب عمالة كثيفة لتحويلها إلى منتجات. واحدة من أفضل العوازل الكهربائية لتكنولوجيا الترددات اللاسلكية والميكروويف. إنهم ينتجون منتجات الهندسة الكهربائية والإذاعية على شكل ألواح وأقراص وحلقات وأسطوانات. يتم عزل كابلات HF بطبقة رقيقة يتم ضغطها أثناء الانكماش.
يمكن تعديل البلاستيك الفلوري باستخدام مواد الحشو - الألياف الزجاجية، ونيتريد البورون، وأسود الكربون، وما إلى ذلك، مما يجعل من الممكن الحصول على مواد ذات خصائص جديدة وتحسين الخصائص الموجودة.
قد يكون ثابت العزل الكهربائي التشتت.
يُظهر عدد من المواد العازلة خصائص فيزيائية مثيرة للاهتمام.
روابط
- الصندوق الافتراضي للعلوم الطبيعية والتأثيرات العلمية والتقنية "الفيزياء الفعالة"
مؤسسة ويكيميديا.
2010.
انظر ما هي "العوازل الكهربائية" في القواميس الأخرى: المواد العازلة، المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ (المقاومة في حدود 1010 أوم؟ م). هناك العوازل الصلبة والسائلة والغازية. يسبب المجال الكهربائي الخارجي استقطاب العازل الكهربائي. في بعض الصعب....
الموسوعة الحديثةالعوازل - المواد العازلة، وهي المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ (مقاومة محددة تبلغ حوالي 1010 أوم). هناك العوازل الصلبة والسائلة والغازية. يسبب المجال الكهربائي الخارجي استقطاب العازل الكهربائي. في بعض الصعب....
القاموس الموسوعي المصور المواد سيئة التوصيل للكهرباء (المقاومة الكهربائية 1081012 أوم؟سم). هناك العوازل الصلبة والسائلة والغازية. يسبب المجال الكهربائي الخارجي استقطاب العوازل. في بعض العوازل الصلبة ... ...
القاموس الموسوعي الكبير - (الإنجليزية عازلة، من اليونانية ضياء عبر، من خلال والإنجليزية الكهربائية الكهربائية)، المواد التي توصل الكهرباء بشكل سيئ. حاضِر. مصطلح "د." قدمه فاراداي لتعيين المكان الذي تخترق فيه الكهرباء. مجال. د. يافل. جميع الغازات (غير المتأينة) وبعضها...
الموسوعة الفيزيائيةعازلات - العوازل أو المواد غير الموصلة أو عوازل الجسم سيئة التوصيل أو غير موصلة للكهرباء على الإطلاق. مثل هذه الهيئات، على سبيل المثال. الزجاج والميكا والكبريت والبارافين والإيبونيت والخزف وغيرها لفترة طويلة عند دراسة الكهرباء ... ...
الموسوعة الطبية الكبرى
- (العوازل) المواد التي لا توصل التيار الكهربائي. أمثلة على المواد العازلة: الميكا، العنبر، المطاط، الكبريت، الزجاج، الخزف، أنواع مختلفة من الزيوت، إلخ. قاموس Samoilov K.I. ML: دار النشر البحرية الحكومية التابعة لاتحاد NKVMF ... القاموس البحري الاسم الذي أطلقه مايكل فاراداي على الأجسام غير الموصلة للكهرباء، أو بمعنى آخر سيئة التوصيل للكهرباء، مثل الهواء والزجاج والراتنجات المختلفة والكبريت وغيرها. وتسمى هذه الأجسام أيضًا بالعوازل. قبل بحث فاراداي في الثلاثينيات... ...
الموسوعة الفيزيائيةموسوعة بروكهاوس وإيفرون - المواد التي لا تقوم عمليا بتوصيل التيار الكهربائي؛ وهي الصلبة والسائلة والغازية. في المجال الكهربائي الخارجي، يكون D. مستقطبًا. يتم استخدامها لعزل الأجهزة الكهربائية، في المكثفات الكهربائية، في الكم... ...
المواد التي لا توصل الكهرباء بشكل جيد. مصطلح "د." (من الكلمة اليونانية diá إلى اللغة الإنجليزية electric electric) تم تقديمها بواسطة M. Faraday (انظر فاراداي) لتعيين المواد التي تخترق المجالات الكهربائية من خلالها. في أي مادة.... الموسوعة السوفيتية الكبرى
المواد سيئة التوصيل للكهرباء (العازلة 10 8 10 17 أوم 1 سم 1). هناك العوازل الصلبة والسائلة والغازية. يسبب المجال الكهربائي الخارجي استقطاب العوازل. في بعض الصعب.... القاموس الموسوعي
كتب
- العوازل والأمواج، أ. ر. هيبل. قدم مؤلف الدراسة انتباه القراء، وهو باحث مشهور في مجال العوازل الكهربائية، وقد ظهر العالم الأمريكي أ. هيبل مرارا وتكرارا في الدوريات وفي…
- تأثير إشعاع الليزر على المواد البوليمرية. الأسس العلمية والمشكلات التطبيقية. في 2 كتب. الكتاب 1. المواد البوليمرية. الأسس العلمية لعمل الليزر على العوازل البوليمرية، B. A. Vinogradov، K. E. Perepelkin، G. P. Meshcheryakova. يحتوي هذا الكتاب على معلومات حول التركيب والخصائص الحرارية والضوئية الأساسية للمواد البوليمرية وآلية عمل إشعاع الليزر عليها في الأشعة تحت الحمراء والمرئية...
المواد العازلة الكهربائية هي مادة عازلة مصممة للعزل الكهربائي. تتراوح قيمة المقاومة الكهربائية من 106 أوم∙م إلى 1017 أوم∙م، وأعلى من ذلك بالنسبة للغازات غير المتأينة.
وتنقسم المواد العازلة الكهربائية، اعتمادا على حالة التجميع، إلى غازية وسائلة وصلبة. حسب التركيب الكيميائي - عضوي (البولي إيثيلين، البوليسترين، إلخ) وغير عضوي (الميكا، الرخام، إلخ).
تحت تأثير المجال الكهربائي المطبق، تتجلى الخاصية الأكثر أهمية للعوازل الكهربائية - القدرة على الاستقطاب. الاستقطابهي عملية إزاحة أو توجيه محدود للجسيمات العازلة ذات الشحنات الكهربائية، ويكتسب العازل عزمًا كهربائيًا مستحثًا. وفقًا لهذه الخاصية، تنقسم العوازل الكهربائية إلى "قطبية"، والتي تمتلك جزيئاتها عزمًا كهربائيًا ثابتًا غير صفر، و"غير قطبية"، والتي تكتسب جزيئاتها لحظة كهربائية فقط عند تعرضها لمجال كهربائي خارجي.
الخصائص الأساسية للعوازل الكهربائية:
- حجم محدد ومقاومة السطح (الموصلية).
يحدد معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية TKρ التغير في مقاومة المادة مع تغير درجة حرارتها، 0 درجة مئوية -1:
ТКρ=(1/ ρ 2)(dρ / dt ) ،
حيث ρ2 هي المقاومة عند درجة الحرارةر 2؛ د ρ - التغير في المقاومة. dt - تغير في درجة الحرارة من البداية إلىر 2.
ثابت العزل الكهربائي للعازل ε. هناك ثابت العزل الكهربائي النسبي εص ، ε المطلق وثابت العزل الكهربائي للفراغ ε0 (ثابت كهربائيه 0= 8,85 × 10 -12 و/م) . ويرتبطون بالعلاقة:
ε=ε r ∙ε0 أو ε r = ε/ε0.
يوضح ثابت العزل الكهربائي النسبي عدد المرات التي يكون فيها ثابت العزل الكهربائي للوسط أكبر من ثابت العزل الكهربائي للفراغ.
يبلغ ثابت العزل الكهربائي للعوازل الغازية حوالي 1، أما بالنسبة للعوازل الصلبة والسائلة غير القطبية فهو عادة 2-2.5، وبالنسبة للعوازل القطبية عادة ما يكون في حدود 3-8، ولكن يمكن أن يصل إلى عدة عشرات ومئات.
معامل درجة حرارة ثابت العزل الكهربائي TKε ص - يسمح لك بتقييم التغيير ثابت العزل مع تغير درجة الحرارة:
ТКε r =(1/ ε r )(d ε r / dt ).
فقدان العزل الكهربائي هو الطاقة التي تتبدد في العازل عند تعرضه لمجال كهرومغناطيسي متناوب. يمكن أن تحدث خسائر العزل الكهربائي بسبب كل من تيارات التوصيل (خسائر التوصيل) وتأخير الاستقطاب عندما يتغير المجال (خسائر الاسترخاء والهجرة والرنين). بالإضافة إلى ذلك، في المجالات الكهربائية القوية في وجود شوائب الهواء في العازل، لوحظ فقدان الطاقة الإضافية (خسائر التأين). تعتمد خسائر العزل الكهربائي على الجهد المطبق U، V، التردد f، هرتز، السعة C ، Ф وفقدان العزل الكهربائي المماستغδ، ث:
P = U 2∙ C ∙2 πf ∙ tgδ .
فقدان عازلة الظل tgδ يحدد الطاقة المتبددة في العازل الكهربائي تحت مجال كهرومغناطيسي متناوب. عمل tgδ بواسطة ثابت العزل الكهربائي النسبي يسمى عامل الخسارة:
ه" = هص ∙ تان δ .
قوة عازلةه pr - شدة المجال الكهربائي، عند الوصول إليها يحدث انهيار في أي نقطة من العازل الكهربائي:
ه العلاقات العامة= يو العلاقات العامة/ ح,
حيث ش pr - جهد الانهيار، أعلى قيمة جهد تم تطبيقها على العازل الكهربائي في لحظة الانهيار،ح - سمك عازل. أبعاد القوة الكهربائية – V/m.
مقاومة الحرارة. يُعرّف GOST 21515-76 مقاومة الحرارة بأنها قدرة العازل الكهربائي على تحمل التعرض لدرجات حرارة مرتفعة لفترة طويلة مماثلة لعمر الخدمة، دون تدهور غير مقبول في خصائصه.
وفقا لمقاومة الحرارة، وتنقسم العوازل الكهربائية إلى 7 فئات. وترد في الجدول مؤشرات درجة الحرارة وفئات مقاومة الحرارة. 1.
الجدول 1. فئات المقاومة للحرارة للمواد العازلة الكهربائية.
TIK فئة مقاومة الحرارة درجة الحرارة، 0 درجة مئوية
90 ص 90
105أ105
120E120
130ب130
155F155
180ح180
180 درجة مئوية أكثر من 180
درجات الحرارة المشار إليها هي الحد الأقصى المسموح به للاستخدام على المدى الطويل.
المقاومة الكهربائية الحجمية المحددة، ثابت العزل الكهربائي النسبي، ظل فقدان العزل الكهربائي، القوة الكهربائية للمواد العازلة الكهربائية الرئيسية موضحة في الجدول. 2.
الجدول 2. الخواص الكهربائية للمواد العازلة الكهربائية الأساسية (عند 20 درجة مئوية)
الاسمρ، أوم∙mεص tgδ E العلاقات العامة، كيلو فولت / مم
عند 50 هرتز عند 50 هرتز
البوليسترين 10 13 - 10 15 2.4-2.7(2-4)∙10 -4 25-30
بولي إيثيلين 10 13 - 10 15 2.3(2-3)∙10 -4 40-42
كثافة منخفضة
بولي إيثيلين 10 13 - 10 15 2.45∙10 -4 40-42
كثافة عالية
بولي بروبيلين10 13 - 10 15 2.1(2-3)∙10 -4 30-35
بولي-10 12 - 10 13 3.7(3-5)∙10 -4 24
الفورمالديهايد
بولي يوريثان 10 12 - 10 13 4.612∙10 -3 20-25
بولي ميثيل-10 10 - 10 12 3.66∙10 -2 15-18
ميتاكريليت
PVC10 10 - 10 12 4.7(3-8)∙10 -2 15-20
PET10 12 - 10 13 3.5(2-6)∙10 -4 30
(لافسان)
الفلوروبلاستيك-410 16 - 10 18 2.0(1-3)∙10 -4 27-40
التسميات: ρ - المقاومة الكهربائية الحجمية المحددة، εص - ثابت العزل الكهربائي النسبي، tgδ - فقدان عازلة الظل،ه العلاقات العامة - القوة الكهربائية.
العوازل هي مواد لا تقوم بتوصيل الكهرباء أو توصيلها بشكل سيئ. لا تزيد كثافة حاملات الشحنة في العزل الكهربائي عن 108 قطعة لكل سنتيمتر مكعب. إحدى الخصائص الرئيسية لهذه المواد هي القدرة على الاستقطاب في المجال الكهربائي.
تسمى المعلمة التي تميز العوازل الكهربائية بثابت العزل الكهربائي، والتي يمكن أن يكون لها تشتت. تشمل المواد العازلة الماء النقي كيميائيًا، والهواء، والبلاستيك، والراتنجات، والزجاج، والغازات المختلفة.
خصائص العوازل
إذا كان للمواد شعارات النبالة الخاصة بها، فمن المؤكد أن شعار النبالة لملح روشيل سيكون مزينًا بأشجار العنب، وحلقة التباطؤ، ورمزية العديد من فروع العلوم والتكنولوجيا الحديثة.
تعود نسب ملح روشيل إلى عام 1672. عندما حصل الصيدلي الفرنسي بيير سيغنيت لأول مرة على بلورات عديمة اللون من كروم العنب واستخدمها للأغراض الطبية.
في ذلك الوقت، كان لا يزال من المستحيل تخيل أن هذه البلورات لها خصائص مذهلة. أعطتنا هذه الخصائص الحق في تمييز المجموعات الخاصة عن عدد كبير من المواد العازلة:
- كهرضغطية.
- كهروضوئية.
- متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف.
من المعروف منذ زمن فاراداي أن المواد العازلة تستقطب في مجال كهربائي خارجي. في هذه الحالة، كل خلية أولية لديها عزم كهربائي مشابه لثنائي القطب الكهربائي. ويحدد إجمالي عزم ثنائي القطب لكل وحدة حجم متجه الاستقطاب.
في العوازل التقليدية، يعتمد الاستقطاب بشكل فريد وخطي على حجم المجال الكهربائي الخارجي. ولذلك، فإن قابلية العزل الكهربائي لجميع العوازل تقريبًا ثابتة.
P / E = X = ثابت
تتكون الشبكات البلورية لمعظم العوازل الكهربائية من أيونات موجبة وسالبة. من بين المواد البلورية، تتمتع البلورات ذات الشبكة المكعبة بأعلى قدر من التماثل. تحت تأثير مجال كهربائي خارجي، تستقطب البلورة ويتناقص تماثلها. عندما يختفي المجال الخارجي، تستعيد البلورة تماثلها.
في بعض البلورات، يمكن أن ينشأ الاستقطاب الكهربائي تلقائيًا في غياب مجال خارجي. هذا هو ما تبدو عليه بلورة موليبدينيت الجادولينيوم في الضوء المستقطب. عادةً ما يكون الاستقطاب التلقائي غير منتظم. تنقسم البلورة إلى مجالات - مناطق ذات استقطاب موحد. تطوير بنية متعددة المجالات يقلل من الاستقطاب الكلي.
كهروضوئية
في مجال الكهرباء الحرارية، يتم استخدام شاشات الاستقطاب التلقائي مع شحنات مجانية تلغي الشحنات المقيدة. تسخين كهربي حراري يغير استقطابه. عند درجة حرارة الانصهار، تختفي الخصائص الكهربية الحرارية تمامًا.
يتم تصنيف بعض الطاقة الكهروضوئية على أنها كهروضوئية. يمكن تغيير اتجاه استقطابها بواسطة مجال كهربائي خارجي.
هناك علاقة تباطؤ بين اتجاه استقطاب الكهروضوئي وحجم المجال الخارجي.
وفي المجالات الضعيفة بدرجة كافية، يعتمد الاستقطاب خطيًا على شدة المجال. مع زيادة أخرى، يتم توجيه جميع المجالات في اتجاه المجال، ودخول وضع التشبع. عندما ينخفض المجال إلى الصفر، تظل البلورة مستقطبة. يُطلق على مقطع ثاني أكسيد الكربون اسم الاستقطاب المتبقي.
المجال الذي يتغير فيه اتجاه الاستقطاب، الجزء DO يسمى القوة القسرية.
وأخيرًا، تعكس البلورة اتجاه الاستقطاب تمامًا. ومع التغيير التالي في المجال، ينغلق منحنى الاستقطاب.
ومع ذلك، فإن الحالة الفيروكهربائية للبلورة توجد فقط في نطاق درجة حرارة معين. على وجه الخصوص، يحتوي ملح روشيل على نقطتي كوري: -18 و+24 درجة، حيث تحدث تحولات الطور من الدرجة الثانية.
المجموعات الكهروضوئية
تقسم النظرية المجهرية للتحولات الطورية المواد الكهروضوئية إلى مجموعتين.
المجموعة الأولى
ينتمي تيتانات الباريوم إلى المجموعة الأولى، وكما يطلق عليها أيضًا، مجموعة المواد الكهروضوئية من النوع المتحيز. في حالته غير القطبية، تيتانات الباريوم لها تماثل مكعب.
أثناء مرحلة الانتقال إلى الحالة القطبية، يتم إزاحة الشبكات الفرعية الأيونية ويتناقص تناسق البنية البلورية.
المجموعة الثانية
تتضمن المجموعة الثانية بلورات من نوع نترات الصوديوم، حيث يحتوي الطور غير القطبي على شبكة فرعية غير منتظمة من العناصر الهيكلية. هنا، يرتبط انتقال الطور إلى الحالة القطبية بترتيب البنية البلورية.
علاوة على ذلك، في البلورات المختلفة قد يكون هناك موقعان محتملان أو أكثر للتوازن. هناك بلورات تكون فيها السلاسل ثنائية القطب ذات اتجاهات مضادة للتوازي. إجمالي عزم ثنائي القطب لهذه البلورات هو صفر. تسمى هذه البلورات بمضادات الكهرباء الحديدية.
فيها، يكون اعتماد الاستقطاب خطيًا، حتى قيمة المجال الحرج.
ويصاحب الزيادة الإضافية في شدة المجال انتقال إلى المرحلة متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف.
المجموعة الثالثة
هناك مجموعة أخرى من البلورات - متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف.
إن اتجاه لحظات ثنائي القطب الخاصة بهم هو أنه في اتجاه واحد لديهم خصائص مضادات الكهرباء الحديدية، وفي الاتجاه الآخر لديهم خصائص متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف. التحولات المرحلة في متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف هي من نوعين.
في المرحلة الانتقالية من الدرجة الثانية عند نقطة كوري، يتناقص الاستقطاب التلقائي بسلاسة إلى الصفر، وتتغير قابلية العزل الكهربائي بشكل حاد، وتصل إلى قيم هائلة.
أثناء المرحلة الانتقالية من الدرجة الأولى، يختفي الاستقطاب فجأة. تتغير القابلية الكهربائية أيضًا بشكل مفاجئ.
إن ثابت العزل الكهربائي الكبير والاستقطاب الكهربائي للكهرباء الحديدية يجعلها مواد واعدة للتكنولوجيا الحديثة. على سبيل المثال، يتم بالفعل استخدام الخصائص غير الخطية للسيراميك متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف على نطاق واسع. كلما كان الضوء أكثر سطوعًا، كلما تم امتصاصه بواسطة نظارات خاصة.
وهذا فعال في حماية رؤية العاملين في بعض الصناعات التي تتضمن ومضات ضوئية مفاجئة ومكثفة. تُستخدم البلورات الكهروضوئية ذات التأثير الكهروضوئي لنقل المعلومات باستخدام شعاع الليزر. ضمن خط البصر، يتم محاكاة شعاع الليزر في البلورة. ثم يدخل الشعاع إلى مجمع معدات الاستقبال، حيث يتم عزل المعلومات وإعادة إنتاجها.
تأثير كهرضغطية
في عام 1880، اكتشف الأخوان كوري أنه أثناء تشوه ملح روشيل، ظهرت شحنات الاستقطاب على سطحه. هذه الظاهرة كانت تسمى التأثير الكهرضغطي المباشر.
إذا تعرضت البلورة لمجال كهربائي خارجي، فإنها تبدأ في التشوه، أي يحدث تأثير كهرضغطية عكسي.
ومع ذلك، لا يتم ملاحظة هذه التغييرات في البلورات التي لها مركز تناظر، على سبيل المثال، في كبريتيد الرصاص.
إذا تعرضت هذه البلورة لمجال كهربائي خارجي، فإن الشبكات الفرعية للأيونات السالبة والموجبة سوف تتحرك في اتجاهين متعاكسين. وهذا يؤدي إلى استقطاب البلورات.
في هذه الحالة، نلاحظ الانقباض الكهربائي، حيث يتناسب التشوه مع مربع المجال الكهربائي. لذلك، يتم تصنيف الانقباض الكهربائي على أنه تأثير متساوي.
ΔX1=ΔX2
إذا تم تمديد أو ضغط هذه البلورة، فإن العزوم الكهربائية لثنائيات القطب الموجب ستكون مساوية في الحجم للعزوم الكهربائية لثنائيات القطب السالبة. أي أن استقطاب العازل لا يتغير، ولا يحدث التأثير الكهرضغطي.
في البلورات ذات التماثل المنخفض، أثناء التشوه، تظهر قوى إضافية للتأثير الكهرضغطي العكسي، مما يتصدى للتأثيرات الخارجية.
وهكذا، في البلورة التي ليس لها مركز تناظر في توزيع الشحنة، يعتمد حجم واتجاه متجه الإزاحة على حجم واتجاه المجال الخارجي.
بفضل هذا، من الممكن تنفيذ أنواع مختلفة من تشوه البلورات الضغطية. من خلال لصق الألواح الكهرضغطية، يمكنك الحصول على عنصر يعمل بالضغط.
في هذا التصميم، تنحني اللوحة الكهرضغطية.
بيزوسيراميك
إذا تم تطبيق مجال متناوب على مثل هذا العنصر الكهرضغطي، فسيتم إثارة الاهتزازات المرنة فيه وستنشأ موجات صوتية. يتم استخدام السيراميك الانضغاطي لتصنيع المنتجات الكهرضغطية. وهو يمثل بلورات متعددة من المركبات الكهروضوئية أو المحاليل الصلبة القائمة عليها. ومن خلال تغيير تركيبة المكونات والأشكال الهندسية للسيراميك، يمكن التحكم في معلماته الكهرضغطية.
تُستخدم التأثيرات الكهرضغطية المباشرة والعكسية في مجموعة متنوعة من المعدات الإلكترونية. تعمل العديد من مكونات المعدات الكهروصوتية والإلكترونية الراديوية ومعدات القياس: أدلة الموجات والرنانات ومضاعفات التردد والدوائر الدقيقة والمرشحات باستخدام خصائص السيراميك الضغطي.
المحركات الكهرضغطية
العنصر النشط للمحرك الكهرضغطي هو عنصر كهرضغطية.
خلال إحدى فترات تذبذب مصدر المجال الكهربائي المتناوب، فإنه يتمدد ويتفاعل مع الجزء المتحرك، وفي فترة أخرى يعود إلى موضعه الأصلي.
تسمح الخصائص الكهربائية والميكانيكية الممتازة للمحرك الضغطي بالتنافس بنجاح مع الآلات الكهربائية الصغيرة التقليدية.
المحولات الكهرضغطية
يعتمد مبدأ عملها أيضًا على استخدام خصائص السيراميك الضغطي. تحت تأثير جهد الدخل، يحدث تأثير كهرضغطية عكسي في المثير.
تنتقل موجة التشوه إلى قسم المولد، حيث يتغير استقطاب العزل الكهربائي، بسبب التأثير الكهرضغطي المباشر، مما يؤدي إلى تغيير في جهد الخرج.
نظرًا لأن المدخلات والمخرجات في المحول الانضغاطي معزولة غلفانيًا، فإن وظيفة تحويل إشارة الدخل إلى الجهد والتيار، ومطابقتها مع حمل الإدخال والإخراج، أفضل من وظيفة المحولات التقليدية.
يستمر البحث في ظواهر مختلفة من الطاقة الكهروضوئية والكهرضغطية. ليس هناك شك في أنه في المستقبل ستكون هناك أجهزة تعتمد على تأثيرات فيزيائية جديدة ومثيرة للدهشة في المواد الصلبة.
تصنيف العوازل
اعتمادًا على عوامل مختلفة، فإنها تظهر خصائصها العازلة بشكل مختلف، مما يحدد نطاق استخدامها. يوضح الرسم البياني أدناه هيكل تصنيف العوازل.
أصبحت المواد العازلة المكونة من عناصر غير عضوية وعضوية شائعة في الاقتصاد الوطني.
المواد غير العضوية - وهي مركبات من الكربون مع عناصر مختلفة. يتمتع الكربون بقدرة عالية على تكوين مركبات كيميائية.
العوازل المعدنية
ظهر هذا النوع من العوازل مع تطور الصناعة الكهربائية. تم تحسين تكنولوجيا إنتاج العوازل المعدنية وأنواعها بشكل كبير. ولذلك، فإن هذه المواد تحل بالفعل محل العوازل الكيميائية والطبيعية.
تشمل المواد المعدنية العازلة ما يلي:
زجاج(المكثفات والمصابيح) – مادة غير متبلورة، تتكون من نظام من الأكاسيد المعقدة: السيليكون والكالسيوم والألومنيوم. أنها تعمل على تحسين الخصائص العازلة للمادة.
المينا الزجاجية- يطبق على سطح معدني.
الألياف الزجاجية– الخيوط الزجاجية التي يتم إنتاج أقمشة الألياف الزجاجية منها.
أدلة خفيفة– الألياف الزجاجية الموصلة للضوء، حزمة من الألياف.
سيتالز– السيليكات البلورية.
سيراميك- الخزف، الحجر الصخري.
ميكا- ميكاليكس، بلاستيك ميكا، ميكانيت.
الأسبستوس- معادن ذات بنية ليفية.
العوازل المختلفة لا تحل محل بعضها البعض دائمًا. ويعتمد نطاق تطبيقها على التكلفة وسهولة الاستخدام والخصائص. بالإضافة إلى خصائص العزل، تخضع المواد العازلة للمتطلبات الحرارية والميكانيكية.
العوازل السائلة
الزيوت البترولية
زيت المحولات سكب في . هو الأكثر شعبية في الهندسة الكهربائية.
زيوت الكابلات تستخدم في التصنيع . أنها تشريب العزل الورقي للكابلات. وهذا يزيد من القوة الكهربائية ويبدد الحرارة.
المواد العازلة السائلة الاصطناعية
لتشريب المكثفات، هناك حاجة إلى عازل سائل لزيادة السعة. هذه المواد عبارة عن مواد عازلة سائلة على أساس اصطناعي، وهي متفوقة على الزيوت البترولية.
الهيدروكربونات المكلورة وتتكون من الهيدروكربونات عن طريق استبدال جزيئات ذرات الهيدروجين بذرات الكلور. تحظى منتجات ثنائي الفينيل القطبي، التي تحتوي على C 12 H 10 -nC Ln، بشعبية كبيرة.
ميزتها هي مقاومة الاحتراق. واحدة من العيوب هي سميتها. إن لزوجة مركبات ثنائي الفينيل المكلورة عالية، لذا يجب تخفيفها باستخدام هيدروكربونات أقل لزوجة.
سوائل السيليكون العضوي لديها استرطابية منخفضة ومقاومة درجات الحرارة العالية. لزوجتها تعتمد قليلا جدا على درجة الحرارة. هذه السوائل غالية الثمن.
السوائل العضوية الفلورية لها خصائص مماثلة. يمكن لبعض عينات السوائل أن تعمل عند درجة حرارة 2000 درجة لفترة طويلة. تتكون هذه السوائل على شكل أوكتول من خليط من بوليمرات الأيزوبيوتيلين التي يتم الحصول عليها من منتجات غاز تكسير البترول وتكون منخفضة التكلفة.
الراتنجات الطبيعية
الصنوبريهو راتينج يزيد من هشاشته ويتم الحصول عليه من الراتنج (راتنج الصنوبر). يتكون الصنوبري من أحماض عضوية، ويذوب بسهولة في الزيوت البترولية عند تسخينها، وكذلك في الهيدروكربونات الأخرى والكحول وزيت التربنتين.
درجة حرارة تليين الصنوبري هي 50-700 درجة. في الهواء الطلق، يتأكسد الصنوبري، ويلين بشكل أسرع، ويذوب بشكل أقل جودة. يستخدم الصنوبري المذاب في زيت البترول لتشريب الكابلات.
الزيوت النباتية
هذه الزيوت عبارة عن سوائل لزجة يتم الحصول عليها من بذور النباتات المختلفة. وأهمها زيوت التجفيف، التي يمكن أن تتصلب عند تسخينها. تشكل طبقة رقيقة من الزيت على سطح المادة، عند تجفيفها، طبقة عازلة كهربائية صلبة ومتينة.
ويزداد معدل تجفيف الزيت مع زيادة درجة الحرارة والإضاءة واستخدام المحفزات – المجففات (مركبات الكوبالت والكالسيوم والرصاص).
زيت بذر الكتان له لون أصفر ذهبي. يتم الحصول عليه من بذور الكتان. نقطة صب زيت بذر الكتان هي -200 درجة.
زيت التونغ مصنوعة من بذور شجرة التونغ. تنمو هذه الشجرة في الشرق الأقصى وكذلك في القوقاز. هذا الزيت غير سام، ولكنه ليس صالحًا للطعام. يصلب زيت التونغ عند درجة حرارة 0-50 درجة. تُستخدم هذه الزيوت في الهندسة الكهربائية لإنتاج الورنيش والأقمشة المصقولة وتشريب الأخشاب وأيضًا كمواد عازلة سائلة.
يستخدم زيت الخروع لتشريب المكثفات بالورق العازل. يتم الحصول على هذا الزيت من بذور الخروع. يصلب عند درجة حرارة -10 -180 درجة. زيت الخروع قابل للذوبان بسهولة في الكحول الإيثيلي، لكنه غير قابل للذوبان في البنزين.
تردد منخفض. كما عالية التردد وتستخدم العوازل غير القطبية.
3.1. الخصائص الكهربائية الأساسية للعوازل
يتم عرض الخصائص الكهربائية الرئيسية للعوازل الكهربائية وخصائصها في الجدول. 12.
الجدول 12
الخصائص الكهربائية للعوازل الكهربائية وخصائصها
ملكية | مميزة | تعيين |
||
الاستقطاب | عازل نسبي | |||
نفاذية ثلاثية |
||||
الموصلية الكهربائية | كهربائية محددة | ρ، أوم م |
||
مقاومة | ||||
عازل | ظل الزاوية العازلة | tgδ |
||
خسائر السماء | ||||
الكهربائية المؤيدة- | لكمة التوتر | أبريل، MV/م |
||
3.1.1. استقطاب العوازل
الاستقطاب هو الإزاحة المرنة للشحنات المرتبطة أو اتجاه الجزيئات العازلة في المجال الكهربائي. يصاحب الاستقطاب ظهور شحنات كهربائية مقيدة على سطح العازل.
تتميز قدرة العازل على الاستقطاب بثبات العزل الكهربائي النسبي
حيث C هي سعة المكثف مع عازل؛ C 0 هي سعة المكثف بدون عازل (في الفراغ).
تتميز الأنواع التالية من الاستقطاب:
الاستقطاب الإلكتروني- الإزاحة المرنة وتشوه الأصداف الإلكترونية للذرات تحت تأثير مجال خارجي (الشكل 13، أ). وهو من خصائص جميع المواد، ولكنه يلعب دورًا حاسمًا في العوازل غير القطبية (الغازية،
السائلة والصلبة). يحدث هذا الاستقطاب على الفور تقريبًا (τ = 10-15 ثانية)، دون فقدان الطاقة، ولا تعتمد قيمته على تردد المجال؛
أرز. 13. مخطط حدوث الاستقطاب: أ - إلكتروني، ب - أيوني، ج - دي-
الاسترخاء التام ز - عفوي (عفوي)
الاستقطاب الأيونييحدث بسبب إزاحة الأيونات المرتبطة بشكل مرن ضمن المسافة بين الذرات (الشكل 13 ب). وهو أمر نموذجي بالنسبة للمواد ذات البنية الأيونية، حيث يكون وقت الاستقطاب قصيرًا (τ = 10-13 ثانية)، ويحدث بدون فقدان للطاقة تقريبًا؛
الاسترخاء ثنائي القطبالاستقطاب يكمن في الأصل
ظهور جزيئات ثنائي القطب تحت تأثير قوى المجال (الشكل 13، ج).
إنه متأصل في العوازل القطبية، ويحدث بمرور الوقت (τ = 10-2 ثانية) ويصاحبه فقدان الطاقة؛
الاستقطاب العفوي (العفوي).لوحظ في متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف. هذه هي المواد التي تتكون من مناطق مكهربة - مجالات لها لحظة كهربائية. في حالة عدم وجود مجال خارجي، يتم تحديد موقع المجالات بشكل عشوائي، ويكون إجمالي العزم صفرًا. في المجال الخارجي، تحدث إعادة توجيه للمجالات ويتم إنشاء تأثير استقطاب قوي (الشكل 13 د): العزل الكهربائي النسبي
تصل النفاذية الإقليمية إلى ε = 105.
تأثير درجة الحرارة على استقطاب العوازل
يتميز التغير في ثابت العزل الكهربائي النسبي مع تغيرات درجة الحرارة بمعامل درجة الحرارة
αε = | ||||
ε دي تي | ||||
في حالة الاستقطاب الإلكتروني، يتناقص ثابت العزل النسبي قليلاً مع زيادة درجة الحرارة بسبب انخفاض كثافة المادة (αε<0) (кривая 1 на рис. 14). При ионной поляризации ε с увеличением температуры несколько повышается в результате ослабления упругих сил, действующих между ионами, из-за увеличения расстояния между ними при тепловом расширении (αε >0) (منحنى 2 في الشكل 14). يعتمد استقطاب الاسترخاء ثنائي القطب بقوة على درجة حرارة الوسط. مع زيادة درجة الحرارة، تضعف قوى التفاعل بين الجزيئات، ويتم توجيه جزيئات ثنائي القطب بسهولة أكبر في المجال الخارجي - يزداد ε. مع زيادة أخرى في درجة الحرارة، تضعف الحركة الحرارية المكثفة للجزيئات التأثير الموجه للمجال - يتناقص ε (المنحنى 3 في الشكل 14). مع الاستقطاب التلقائي، تزداد قيمته إلى درجة حرارة معينة (نقطة Tc - Curie)، والتي تفقد فوقها الكهروضوئية خصائصها المحددة (المنحنى 4 في الشكل 14).
أرز. 14. اعتماد درجة الحرارة على نفاذية العزل الكهربائي النسبية
قيمة الاستقطاب: 1 - إلكتروني، 2 - أيوني، 3 - استرخاء ثنائي القطب، 4 - عفوي
تأثير شدة المجال الكهربائي على استقطاب العوازل
بناءً على تأثير شدة المجال الكهربائي على ثابت العزل الكهربائي النسبي، يتم التمييز بين العوازل الخطية وغير الخطية. تعتمد سعة المكثف ذو العازل الخطي فقط على أبعاده الهندسية، ولا تعتمد ε على شدة المجال الخارجي (الشكل 15 أ).
ينتمي العدد الهائل من العوازل الكهربائية إلى العوازل الخطية:
العوازل غير القطبية ذات الاستقطاب الإلكتروني - الغازات والسوائل والمواد الصلبة البلورية وغير المتبلورة (البنزين والبارافين والكبريت والبولي إيثيلين وما إلى ذلك)؛
العوازل القطبية معالاسترخاء ثنائي القطب والاستقطاب الإلكتروني - المواد العضوية السائلة والصلبة (الهيدروكربونات المكلورة، ومعظم المركبات العضوية القائمة على البوليمرات، وما إلى ذلك)؛
المركبات الأيونية غير العضوية ذات الاستقطاب الأيوني والإلكتروني - المواد البلورية ذات التعبئة الكثيفة للأيونات (الكوارتز، الميكا، اكسيد الالمونيوم - آل 2 O3، الروتيل - TiO2، الخ)؛