絕緣體
編輯絕緣體是在其中電子不自由流動或絕緣體的原子具有緊緊束縛電子,其內部的材料的電荷不自由流動; 很小的電流會的影響下流經它的電場。這與其他材料、半導體和導體形成對比,后者更容易傳導電流。區分絕緣體的特性是它的電阻率; 絕緣體的電阻率高于半導體或導體。最常見的例子是非金屬。
不存在理想的絕緣體,因為即使絕緣體也包含少量可攜帶電流的移動電荷(電荷載流子)。另外,當施加足夠大的電壓以使電場將電子從原子上拉開時,所有絕緣體都會導電。這被稱為絕緣體的擊穿電壓。一些材料,例如玻璃、紙張和特氟隆,具有高電阻率,是非常好的電絕緣體。即使它們可能具有較低的體電阻率,大得多的材料類別也仍然足夠好以防止大量電流在正常使用的電壓下流動,因此被用作電線和電纜的絕緣體。例子包括類橡膠聚合物和大多數塑料,它們本質上可以是熱固性或熱塑性的。
固體中的傳導物理學
編輯電絕緣是指不導電。電子能帶理論(物理學的一個分支)規定,如果存在可以激發電子的狀態,則電荷會流動。這使電子能夠獲取能量,從而移動通過諸如金屬之類的導體。如果沒有此類狀態可用,則該材料為絕緣體。
大多數絕緣體具有較大的帶隙。這是因為包含最高能量電子的“價”帶已滿,并且較大的能隙使該帶與位于其上方的下一個帶分隔開。總是有一些電壓(稱為擊穿電壓)使電子有足夠的能量被激發到該帶中。一旦超過此電壓,該材料便不再是絕緣體,并且電荷開始通過該絕緣體。但是,通常會伴隨物理或化學變化,從而xxx降低材料的絕緣性能。
如果缺少電子傳導性的材料也缺少其他移動電荷,則它們就是絕緣體。例如,如果液體或氣體包含離子,則可以使離子作為電流流動,并且該材料是導體。電解質和等離子體包含離子,并且無論是否涉及電子流,都充當導體。
細目分類
當承受足夠高的電壓時,絕緣體會遭受電擊穿現象的影響。當施加在絕緣物質上的電場在任何位置超過該物質的閾值擊穿場時,絕緣體突然變成導體,從而導致電流大幅度增加,即穿過該物質的電弧。當材料中的電場強到足以將自由電荷載流子(電子和離子,總是以低濃度存在)加速到足夠高的速度,以使電子撞擊原子時將其擊落并電離時,就會發生電擊穿原子。這些釋放的電子和離子又被加速并撞擊其他原子,從而在鏈反應中產生更多的電荷載流子。絕緣體很快就被可移動的電荷載流子填充,其電阻下降到較低水平。在固體中,擊穿電壓與帶隙能量成正比。當發生電暈放電時,高壓導體周圍區域中的空氣會分解并電離,而電流不會急劇增加。但是,如果空氣擊穿區域以不同的電壓延伸到另一個導體,則會在它們之間形成一條導電路徑,并且大電流流過空氣,從而產生電弧。即使是真空也可能遭受某種破壞,但是在這種情況下,破壞或真空電弧會涉及從金屬電極表面噴射的電荷,而不是由真空本身產生的電荷。
另外,由于價電子的熱能足以將它們置于導帶中,因此所有絕緣體都在非常高的溫度下成為導體。
在某些電容器中,當施加的電場減小時,由于介電擊穿而形成的電極之間的短路會消失。
絕緣體的使用
編輯絕緣體的非常柔軟的涂層通常應用于電線和電纜,這稱為絕緣電線。電線有時不使用絕緣涂層,而僅使用空氣,因為固體(例如塑料)涂層可能不切實際。但是,相互接觸的電線會產生交叉連接,短路和火災危險。在同軸電纜中,中心導體必須精確地支撐在空心屏蔽的中間,以防止EM波反射。最后,暴露電壓高于60伏電線能引起人類沖擊和觸電危險。絕緣涂層有助于防止所有這些問題。
某些電線的機械覆蓋層沒有額定電壓-例如:檢修、焊接、門鈴、恒溫器電線。絕緣電線或電纜具有額定電壓和xxx導體溫度額定值。它可能沒有額定載流量(載流量),因為它取決于周圍的環境(例如環境溫度)。
在電子系統中,印刷電路板由環氧樹脂塑料和玻璃纖維制成。非導電板支撐銅箔導體層。在電子設備中,微小而微妙的活性成分嵌入在不導電的環氧樹脂或酚醛塑料中,或者烘烤的玻璃或陶瓷涂層中。
在諸如晶體管和IC之類的微電子組件中,由于摻雜,硅材料通常是導體,但是通過施加熱量和氧氣可以很容易地將硅材料選擇性地轉變成良好的絕緣體。氧化硅是石英,即二氧化硅,是玻璃的主要成分。
在包含變壓器和電容器的高壓系統中,液體絕緣油是用于防止電弧的典型方法。該油代替了必須承受很大電壓且不會引起電擊穿的空間中的空氣。其他高壓系統絕緣材料包括陶瓷或玻璃導線固定器、氣體、真空以及將導線分開足夠遠的距離以使用空氣作為絕緣材料。
天線絕緣
編輯通常,廣播?無線電天線被構建為桅桿輻射器,這意味著整個桅桿結構都需要高壓供電,并且必須與地面絕緣。使用滑石固定件。它們不僅要承受天線桿對地的電壓(在某些天線上可以達到400 kV的電壓),還要承受天線桿結構的重量和動態力。電弧角和避雷器是必需的,因為對桅桿的雷擊很常見。
牽索支撐天線桿通常具有應變絕緣體插在電纜運行,以保持天線上的高電壓從短路到地面或創建電擊危險。通常,拉線電纜有幾個絕緣體,用于將電纜分成一定長度,以防止拉線中產生不必要的共振。這些絕緣體通常是陶瓷的,圓柱形的或卵形的。這種結構的優點是陶瓷處于壓縮狀態而不是受拉狀態,因此它可以承受更大的負載,并且如果絕緣體破裂,電纜末端仍會連接。
這些絕緣體還必須配備過電壓保護設備。對于拉線絕緣層的尺寸,必須考慮拉線上的靜電荷。對于高桅桿,這些電壓可能比變送器產生的電壓高得多,需要在最高桅桿的多個部分中用絕緣體將拉桿分開。在這種情況下,通過線圈(如果可能的話直接接地)在錨固件地下室接地的拉桿是更好的選擇。
將天線連接到無線電設備的饋線,特別是雙引線類型的饋線,通常必須與金屬結構保持一定距離。為此目的使用的絕緣支撐體稱為支座絕緣體。
電器絕緣
編輯最重要的絕緣材料是空氣。電氣設備中還使用了各種固態、液態和氣態絕緣體。在較小的變壓器、發電機和電動機中,線圈上的絕緣層最多由四層聚合物清漆薄膜組成。薄膜絕緣的電磁線允許制造商在可用空間內獲得xxx匝數。使用較粗導體的繞組通常用補充的玻璃纖維絕緣膠帶包裹。繞組也可以用絕緣清漆浸漬,以防止電暈并減少磁感應線的振動。大型電力變壓器繞組仍主要用紙、木材、清漆和礦物油絕緣;盡管這些材料已經使用了100多年,但它們仍在經濟性和適當的性能之間提供了良好的平衡。母線和斷路器在開關裝置可以用玻璃增強的塑料絕緣,處理以具有低的火焰傳播和防止跨過材料的電流跟蹤絕緣。
在直到1970年代初期制成的較舊的設備中,可能會發現由壓縮石棉制成的木板;盡管這在工頻上是足夠的絕緣體,但是對石棉材料的處理或修理可能會將危險的纖維釋放到空氣中,因此必須謹慎攜帶。從1920年xxx始,用氈棉石棉絕緣的電線就一直用于高溫和堅固的應用中。通用電氣以商品名稱“ Deltabeston”出售了這種類型的電線。
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