Провідники в електричному полі. Провідники - це речовини, які характеризуються наявністю в них біль-шого кількості вільних носіїв зарядів, спосіб-них переміщатися під дією електричного поля. До провідникам відносяться метали, електроліти, вугілля. В металах носіями вільних зарядів є електрони зовнішніх оболонок атомів, які при взаємо-модействие атомів повністю втрачають зв'язку зі «своїми» атомами і стають власністю всього провідника в цілому. Вільні електрони беруть участь в тепловому русі подібно молекулам газу і можуть переміщатися по металу в будь-якому напрямку.
В металевому тілі (рис. 1.4) під дією зовн-нього електричного поля, що має напруженість Е, вільні електрони переміщаються назустріч лініях напруженості.
Явище поділу зарядів провідника зовнішнім електричним полем називається електростатичною індукцією.
В результаті поділу зарядів в провіднику створюється внутрішнє електричне поле з напружений-ністю Єв. спрямоване проти-положную зовнішньому. Під дією поля зміщується тільки частина електронів провідника, необхідна для ство-ня Єв. врівноважує Е.
Якби результуюча напруженість поля всередині провідника була більше нуля, тривало б раз-розподіл зарядів під її дією. Всередині провідника електричне поле відсутнє. Це властивість на прак-тику використовується для електростатичного Екран-вання, т. Е. Захисту будь-якого пристрою, наприклад вимірювального механізму приладу, від впливав-ня зовнішніх електричних полів. Прилад поміщають в металевий кожух, званий екраном.
Діелектрики в електричному полі. У діелектриках практично відсутні вільні носії зарядів. Всі носії зарядів діелектриків входять до складу їх молекул, пов'язані між собою і під дією зовнішнього поля можуть зміщуватися лише на дуже малі відстані: в межах молекули або атома.
Багато діелектрики мають полярні молекули. При електричної нейтральності молекули в цілому її поло-тивний і негативний заряди розташовані асим-симетрично, що дозволяє уявити полярні молекули так званими електричними диполями, т. Е. Як пару різнойменних зарядів, що знаходяться на невеликій відстані один від одного.
При відсутності зовнішнього поля молекули діелектрика орієнтовані довільно. У зовнішньому полі (рис. 1.5)
на кожен диполь діють дві сили, які прагнуть його повернути. Зсув зарядів або орієнтація діпо-лей під дією електричного поля називається поляризацією діелектрика.
Результатом поляризації діелектрика є обра-тання в ньому власного електричного поля, направ-ленного зустрічно зовнішньому (рис. 1.5.)
Діелектрик послаблює електричне поле. Величина, що показує, у скільки разів зменшиться напружений-ність поля, якщо замість вакууму застосувати діелектрик, називається относітельнойдіелектріческой проникністю # 949 ;.
Діелектрична проникність - одна з найважливіших-ших характеристик діелектриків. Її значення для раз-особистих матеріалів наводяться в довідниках. Так, для слюди # 949; = 4-6, порцеляни 5-7,5, паперу 2-3, скла 5,5-10, повітря 1 і т. Д.
Під дією електричного поля в діелектрику спостерігається розсіювання частини енергії поля, яка перетворюється в теплоту. Значення цієї енергії в одиницю часу (потужність) прийнято називати діелектричної-ськими втратами. Діелектричні втрати в постоян-ном електричному полі обумовлені протікає через діелектрик струмом (в реальному діелектрику завжди міститься невелика кількість вільних носіїв зарядів, що створюють струм). У змінному полі до них додаються втрати, пов'язані з поляризацією ді-електрика.
Діелектричні втрати викликають нагрів ізоляційних-них конструкцій електроустановок і погіршують умови їх роботи.
З іншого боку, нагрівання деяких речовин за рахунок діелектричних втрат використовується для їх сушки або прискорення хімічних реакцій.
Діелектрики зберігають свої електроізоляційні властивості до певних значень напруженості поля. При випробуваннях діелектриків, підвищуючи напруженість електричного поля, досягають таких її значень, при яких наступає пробій діелектрика (руйнування його дією сильного електричного поля). Напружений-ність поля, при якій настає пробою діелектрика, називається пробивною напруженістю Епр або електричною міцністю діелектрика, а напругу при пробої - пробивним напруги третьому Uпр. .
Електрична міцність - основна властивість ді-електриків. Електрична міцність повітря в однорідному полі - 30 кВ / см, порцеляни-150 кВ / см, слюди - 500 кВ / см і т. Д.
Робочі напруженості діелектриків приймають в кілька разів (наприклад, в 3 рази) менше їх електрич-чеський міцності виходячи з вимог надійності.
Електроізоляційні матеріали. Окремі частини електричних пристроїв, що мають різні потенціали (дроти електричних ліній, обмотки трансформаторів, полюси генераторів і т. Д.) Ізолюються одна від одної і від землі спеціальними матеріалами, які називаються вають електроізоляційними. Як електроізол-ційних матеріалів застосовуються газоподібні, рідкі та тверді діелектрики.
З газоподібних діелектриків найбільше значення має повітря, що володіє малими Електроприв-водністю і діелектричними втратами. Однак електрич-чна міцність повітря значно нижче, ніж у біль-шинства рідких і твердих діелектриків.
Рідкі діелектрики (нафтові масла, синте-тичні рідини) мають хороші електроізоляційні-ні властивості, з їх допомогою здійснюється гасіння дуги в високовольтних вимикачах і охолодження маслонаповнених апаратів (за рахунок циркуляції масла). Недоліком рідких діелектриків є різке зниження електроізоляційних властивостей при зволоженні і забрудненні.
З твердих діелектриків в електричних пристроях застосовують:
волокнисті електроізоляційні матеріали (тканина, склотканина, картон, папір і ін.) - для електроізол-ції проводів, кабелів, електричних машин, апаратів, при виробництві лакотканин, гнучких трубок, шаруватих пластиків і т. д .;
шаруваті пластики, одержувані пресуванням з раз-особистими сполучними паперу (гетинакс), тканин (тексто-літ, склотекстоліт) для виготовлення панелей, осно-ваний друкованих схем, корпусів, прокладок і інших деталей;
слюду і слюдяні вироби - як основний діелектрик конденсаторів і Міжелектродні ізоляції в електрон-них лампах, а також для ізоляції електричних машин в тих випадках, якщо необхідна підвищена надійність;
гуму - для електроізоляції проводів і кабелів, виготовлення гнучких трубок, прокладок;
пластмаси - для виготовлення фасонних деталей і вузлів, що вимагають поєднання хороших електричних і механічних властивостей, електричних апаратів і при-борів, дрібних електричних машин і трансформаторів;
керамічні матеріали - для виготовлення високо-вольтних ізоляторів, конденсаторів, каркасів котушок, штепсельних роз'ємів.
Особливу групу твердих діелектриків становлять сегнетоелектрики і електрети. Сегнетоелектрики (сегнетовая сіль, титанат барію) на відміну від звичайних діелект-Риков мають здатність мимовільно (без зовнішнього електричного поля) поляризуватися. Вони мають сильну залежність діелектричної проникності від напруженості поля, тиску і температури, а також великі значення відносної діелектричної проникності.