ما هو ثابت العزل؟ - جسدي - بدني - 2025

في ثابت العزل الكهربائي هو القيمة المرتبطة بالمادة التي يتم وضعها بين لوحات للمكثف (أو مكثف - الشكل 1)، والذي يسمح تحسين وزيادة وظيفتها. (جيانكولي ، 2006). العازل هو مرادف للعازل الكهربائي ، أي أنها مواد لا تسمح بمرور التيار الكهربائي.

هذه القيمة مهمة من جوانب عديدة ، حيث أنه من الشائع للجميع استخدام المعدات الكهربائية والإلكترونية في منازلنا أو أماكن الترفيه أو محطات العمل التعليمية أو التعليمية ، ولكننا بالتأكيد غير مدركين للعمليات المعقدة التي تحدث في هذه المعدات من أجل العمل.

الشكل 1: أنواع مختلفة من المكثفات.

على سبيل المثال ، تستخدم المكونات الصغيرة وأجهزة التلفزيون وأجهزة الوسائط المتعددة لدينا التيار المباشر لوظائفها ، لكن التيارات المنزلية والصناعية التي تصل إلى منازلنا وأماكن العمل لدينا هي التيارات المتناوبة. كيف يكون هذا ممكنا؟.

الشكل 2: الدائرة الكهربائية لمعدات منزلية

الجواب على هذا السؤال هو داخل نفس المعدات الكهربائية والإلكترونية: المكثفات (أو المكثفات). تسمح هذه المكونات ، من بين أشياء أخرى ، بإتاحة تصحيح التيار المتردد للتيار المباشر وتعتمد وظيفتها على هندسة أو شكل المكثف والمواد العازلة الموجودة في تصميمه.

تلعب المواد العازلة دورًا مهمًا ، لأنها تسمح بتقريب الألواح التي يتكون منها المكثف معًا ، دون لمسها ، وتغطي تمامًا المسافة بين الألواح المذكورة بمواد عازلة لزيادة وظائف المكثفات.

أصل ثابت العزل: المكثفات والمواد العازلة

قيمة هذا الثابت هي نتيجة تجريبية ، أي أنها تأتي من التجارب التي أجريت على أنواع مختلفة من المواد العازلة والتي أدت إلى نفس الظاهرة: زيادة وظائف أو كفاءة المكثف.

ترتبط المكثفات بكمية فيزيائية تسمى السعة "C" ، والتي تحدد مقدار الشحنة الكهربائية "Q" التي يمكن أن يخزنها المكثف من خلال توفير فرق جهد معين "V" (المعادلة 1).

(المعادلة 1)

استنتجت التجارب أنه من خلال تغطية الفراغ بين ألواح المكثف بمادة عازلة بالكامل ، تزيد المكثفات من سعتها بمعامل called ، يسمى "ثابت العزل". (المعادلة 2).

(المعادلة 2)

يوضح الشكل 3 رسمًا توضيحيًا لمكثف C متوازي مستوٍ مشحون وبالتالي مع مجال كهربائي موحد موجه نحو الأسفل بين لوحاته.

في الجزء العلوي من الشكل يوجد مكثف به فراغ بين لوحاته (فراغ - سماحية ∊0). ثم ، في الأسفل ، يتم تقديم نفس المكثف ذو السعة C '> C ، مع وجود عازل بين ألواحه (السماحية ∊).

الشكل 3: مكثف لوحة موازية للخطة بدون عازل ومع عازل.

فيغيروا (2005) ، يسرد ثلاث وظائف للمواد العازلة في المكثفات:

1. إنها تسمح ببناء صلب ومضغوط مع وجود فجوة صغيرة بين الألواح الموصلة.
2. إنها تسمح بتطبيق جهد أعلى دون التسبب في تفريغ (المجال الكهربائي للانهيار أكبر من مجال الهواء)
3. يزيد من سعة المكثف بعامل κ يُعرف بثابت العزل الكهربائي للمادة.

وهكذا ، يشير المؤلف إلى أن κ "يسمى ثابت العزل للمادة ويقيس استجابة ثنائيات أقطابها الجزيئية إلى مجال مغناطيسي خارجي". أي أن ثابت العزل الكهربائي أعلى كلما زادت قطبية جزيئات المادة.

النماذج الذرية للعوازل الكهربائية

بشكل عام ، تحتوي المواد على ترتيبات جزيئية محددة تعتمد على الجزيئات نفسها والعناصر التي تتكون منها في كل مادة. من بين الترتيبات الجزيئية التي تتدخل في عمليات العزل الكهربائي ما يسمى بـ "الجزيئات القطبية" أو المستقطبة.

في الجزيئات القطبية ، يوجد فصل بين الموضع الأوسط للشحنات السالبة والموضع الأوسط للشحنات الموجبة ، مما يتسبب في وجود أقطاب كهربائية لها.

على سبيل المثال ، جزيء الماء (الشكل 4) مستقطب بشكل دائم لأن مركز توزيع الشحنة الموجبة يقع في منتصف الطريق بين ذرات الهيدروجين. (سيرواي وجويت ، 2005).

الشكل 4: توزيع جزيء الماء.

بينما في جزيء BeH2 (هيدريد البريليوم - الشكل 5) ، وهو جزيء خطي ، لا يوجد استقطاب ، نظرًا لأن مركز توزيع الشحنات الموجبة (الهيدروجين) يقع في مركز توزيع الشحنات السالبة (البريليوم) ، وإلغاء أي استقطاب قد يكون موجودًا. هذا جزيء غير قطبي.

الشكل 5: توزيع جزيء هيدريد البريليوم.

على نفس المنوال ، عندما تكون المادة العازلة في وجود مجال كهربائي E ، فإن الجزيئات ستتماشى كوظيفة للحقل الكهربائي ، مما يتسبب في كثافة شحنة سطحية على وجوه العازل الذي يواجه ألواح المكثف.

نتيجة لهذه الظاهرة ، يكون المجال الكهربائي داخل العازل أقل من المجال الكهربائي الخارجي الناتج عن المكثف. يوضح الرسم التوضيحي التالي (الشكل 6) عازلًا مستقطبًا كهربائيًا داخل مكثف لوحة متوازية مستو.

من المهم أن نلاحظ أن هذه الظاهرة تنتج بسهولة أكبر في المواد القطبية منها في غير القطبية ، وذلك بسبب وجود جزيئات مستقطبة تتفاعل بشكل أكثر كفاءة في وجود المجال الكهربائي. على الرغم من أن مجرد وجود المجال الكهربائي يسبب استقطاب الجزيئات غير القطبية ، مما يؤدي إلى نفس الظاهرة كما هو الحال مع المواد القطبية.

الشكل 6: نماذج الجزيئات المستقطبة للعزل الكهربائي بسبب المجال الكهربائي نشأت في المكثف المشحون.

قيم ثابتة العزل في بعض المواد

اعتمادًا على الوظيفة والاقتصاد والفائدة النهائية للمكثفات ، يتم استخدام مواد عازلة مختلفة لتحسين أدائها.

المواد مثل الورق غير مكلفة للغاية ، على الرغم من أنها يمكن أن تفشل في درجات حرارة عالية أو عند ملامستها للماء. بينما المطاط ، فإنه لا يزال مرنًا ولكنه أكثر مقاومة. لدينا أيضًا البورسلين الذي يقاوم درجات الحرارة المرتفعة رغم أنه لا يمكنه التكيف مع الأشكال المختلفة حسب الحاجة.

يوجد أدناه جدول يتم فيه تحديد ثابت العزل الكهربائي لبعض المواد ، حيث لا تحتوي ثوابت العزل الكهربائي على وحدات (فهي بلا أبعاد):

الجدول 1: الثوابت العازلة لبعض المواد في درجة حرارة الغرفة.

بعض تطبيقات المواد العازلة

تعتبر المواد العازلة مهمة في المجتمع العالمي مع مجموعة واسعة من التطبيقات ، من الاتصالات الأرضية والأقمار الصناعية بما في ذلك برامج الراديو ونظام تحديد المواقع العالمي والمراقبة البيئية من خلال الأقمار الصناعية ، من بين أمور أخرى. (سيباستيان ، 2010)

علاوة على ذلك ، وصف Fiedziuszko وآخرون (2002) أهمية المواد العازلة لتطوير التكنولوجيا اللاسلكية ، بما في ذلك الاتصالات الهاتفية الخلوية. يصفون في منشوراتهم أهمية هذا النوع من المواد في تصغير المعدات.

في ترتيب الأفكار هذا ، ولدت الحداثة طلبًا كبيرًا على المواد ذات الثوابت العازلة العالية والمنخفضة لتطوير الحياة التكنولوجية. تعتبر هذه المواد مكونات أساسية لأجهزة الإنترنت من حيث وظائف تخزين البيانات والاتصالات وأداء نقل البيانات. (نالوى ، 1999).

المراجع

1. Fiedziuszko، SJ، Hunter، IC، Itoh، T.، Kobayashi، Y.، Nishikawa، T.، Stitzer، SN، & Wakino، K. (2002). المواد والأجهزة والدوائر العازلة للكهرباء. معاملات IEEE على نظرية وتقنيات الميكروويف ، 50 (3) ، 706-720.
2. فيغيروا ، د. (2001). التفاعل الكهربائي. كاراكاس ، فنزويلا: Miguel Angel García and Son، SRL.
3. جيانكولي ، د. (2006). جسدي - بدني. بداية بالتطبيقات. المكسيك: بيرسون إيديوكيشن.
4. نالوى ، HS (محرر). (1999). كتيب للمواد الثابتة العازلة المنخفضة والعالية وتطبيقاتها ، مجموعة من مجلدين. إلسفير.
5. سيباستيان ، مونتانا (2010). مواد عازلة للاتصالات اللاسلكية. إلسفير.
6. سيرواي ، آر وجويت ، ج. (2005). فيزياء للعلوم والهندسة. المكسيك: محرر طومسون الدولي.