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绝缘体

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绝缘体是在其中电子不自由流动或绝缘体的原子具有紧紧束缚电子,其内部的材料的电荷不自由流动; 很小的电流会的影响下流经它的电场。这与其他材料、半导体和导体形成对比,后者更容易传导电流。区分绝缘体的特性是它的电阻率; 绝缘体的电阻率高于半导体或导体。最常见的例子是非金属



不存在理想的绝缘体,因为即使绝缘体也包含少量可携带电流的移动电荷(电荷载流子)。另外,当施加足够大的电压以使电场将电子从原子上拉开时,所有绝缘体都会导电。这被称为绝缘体的击穿电压。一些材料,例如玻璃、纸张和特氟隆,具有高电阻率,是非常好的电绝缘体。即使它们可能具有较低的体电阻率,大得多的材料类别也仍然足够好以防止大量电流在正常使用的电压下流动,因此被用作电线和电缆的绝缘体。例子包括类橡胶聚合物和大多数塑料,它们本质上可以是热固性或热塑性的。

固体中的传导物理学

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电绝缘是指不导电。电子能带理论(物理学的一个分支)规定,如果存在可以激发电子的状态,则电荷会流动。这使电子能够获取能量,从而移动通过诸如金属之类的导体。如果没有此类状态可用,则该材料为绝缘体。

大多数绝缘体具有较大的带隙。这是因为包含最高能量电子的“价”带已满,并且较大的能隙使该带与位于其上方的下一个带分隔开。总是有一些电压(称为击穿电压)使电子有足够的能量被激发到该带中。一旦超过此电压,该材料便不再是绝缘体,并且电荷开始通过该绝缘体。但是,通常会伴随物理或化学变化,从而xxx降低材料的绝缘性能

如果缺少电子传导性的材料也缺少其他移动电荷,则它们就是绝缘体。例如,如果液体或气体包含离子,则可以使离子作为电流流动,并且该材料是导体。电解质等离子体包含离子,并且无论是否涉及电子流,都充当导体。

绝缘体

细目分类

当承受足够高的电压时,绝缘体会遭受电击穿现象的影响。当施加在绝缘物质上的电场在任何位置超过该物质的阈值击穿场时,绝缘体突然变成导体,从而导致电流大幅度增加,即穿过该物质的电弧。当材料中的电场强到足以将自由电荷载流子(电子和离子,总是以低浓度存在)加速到足够高的速度,以使电子撞击原子时将其击落并电离时,就会发生电击穿原子。这些释放的电子和离子又被加速并撞击其他原子,从而在链反应中产生更多的电荷载流子。绝缘体很快就被可移动的电荷载流子填充,其电阻下降到较低水平。在固体中,击穿电压与带隙能量成正比。当发生电晕放电时,高压导体周围区域中的空气会分解并电离,而电流不会急剧增加。但是,如果空气击穿区域以不同的电压延伸到另一个导体,则会在它们之间形成一条导电路径,并且大电流流过空气,从而产生电弧。即使是真空也可能遭受某种破坏,但是在这种情况下,破坏或真空电弧会涉及从金属电极表面喷射的电荷,而不是由真空本身产生的电荷。

另外,由于价电子的热能足以将它们置于导带中,因此所有绝缘体都在非常高的温度下成为导体。

在某些电容器中,当施加的电场减小时,由于介电击穿而形成的电极之间的短路会消失。

绝缘体的使用

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绝缘体的非常柔软的涂层通常应用于电线和电缆,这称为绝缘电线。电线有时不使用绝缘涂层,而仅使用空气,因为固体(例如塑料)涂层可能不切实际。但是,相互接触的电线会产生交叉连接,短路和火灾危险。在同轴电缆中,中心导体必须精确地支撑在空心屏蔽的中间,以防止EM波反射。最后,暴露电压高于60伏电线能引起人类冲击和触电危险。绝缘涂层有助于防止所有这些问题。

某些电线的机械覆盖层没有额定电压-例如:检修、焊接、门铃、恒温器电线。绝缘电线或电缆具有额定电压和xxx导体温度额定值。它可能没有额定载流量(载流量),因为它取决于周围的环境(例如环境温度)。

在电子系统中,印刷电路板环氧树脂塑料和玻璃纤维制成。非导电板支撑铜箔导体层。在电子设备中,微小而微妙的活性成分嵌入在不导电的环氧树脂或酚醛塑料中,或者烘烤的玻璃或陶瓷涂层中。

在诸如晶体管和IC之类的微电子组件中,由于掺杂,硅材料通常是导体,但是通过施加热量和氧气可以很容易地将硅材料选择性地转变成良好的绝缘体。氧化硅是石英,即二氧化硅,是玻璃的主要成分。

在包含变压器和电容器的高压系统中,液体绝缘油是用于防止电弧的典型方法。该油代替了必须承受很大电压且不会引起电击穿的空间中的空气。其他高压系统绝缘材料包括陶瓷或玻璃导线固定器、气体、真空以及将导线分开足够远的距离以使用空气作为绝缘材料。

天线绝缘

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通常,广播 无线电天线被构建为桅杆辐射器,这意味着整个桅杆结构都需要高压供电,并且必须与地面绝缘。使用滑石固定件。它们不仅要承受天线杆对地的电压(在某些天线上可以达到400 kV的电压),还要承受天线杆结构的重量和动态力。电弧角和避雷器是必需的,因为对桅杆的雷击很常见。

牵索支撑天线杆通常具有应变绝缘体插在电缆运行,以保持天线上的高电压从短路到地面或创建电击危险。通常,拉线电缆有几个绝缘体,用于将电缆分成一定长度,以防止拉线中产生不必要的共振。这些绝缘体通常是陶瓷的,圆柱形的或卵形的。这种结构的优点是陶瓷处于压缩状态而不是受拉状态,因此它可以承受更大的负载,并且如果绝缘体破裂,电缆末端仍会连接。

这些绝缘体还必须配备过电压保护设备。对于拉线绝缘层的尺寸,必须考虑拉线上的静电荷。对于高桅杆,这些电压可能比变送器产生的电压高得多,需要在最高桅杆的多个部分中用绝缘体将拉杆分开。在这种情况下,通过线圈(如果可能的话直接接地)在锚固件地下室接地的拉杆是更好的选择。

将天线连接到无线电设备的馈线,特别是双引线类型的馈线,通常必须与金属结构保持一定距离。为此目的使用的绝缘支撑体称为支座绝缘体。

电器绝缘

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最重要的绝缘材料是空气。电气设备中还使用了各种固态液态气态绝缘体。在较小的变压器、发电机和电动机中,线圈上的绝缘层最多由四层聚合物清漆薄膜组成。薄膜绝缘的电磁线允许制造商在可用空间内获得xxx匝数。使用较粗导体的绕组通常用补充的玻璃纤维绝缘胶带包裹。绕组也可以用绝缘清漆浸渍,以防止电晕并减少磁感应线的振动。大型电力变压器绕组仍主要用纸、木材、清漆和矿物油绝缘;尽管这些材料已经使用了100多年,但它们仍在经济性和适当的性能之间提供了良好的平衡。母线和断路器在开关装置可以用玻璃增强的塑料绝缘,处理以具有低的火焰传播和防止跨过材料的电流跟踪绝缘。

在直到1970年代初期制成的较旧的设备中,可能会发现由压缩石棉制成的木板;尽管这在工频上是足够的绝缘体,但是对石棉材料的处理或修理可能会将危险的纤维释放到空气中,因此必须谨慎携带。从1920年代开始,用毡棉石棉绝缘的电线就一直用于高温和坚固的应用中。通用电气商品名称“ Deltabeston”出售了这种类型的电线。


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词条目录
  1. 绝缘体
  2. 固体中的传导物理学
  3. 细目分类
  4. 绝缘体的使用
  5. 天线绝缘
  6. 电器绝缘

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