Электрические свойства

К электрическим свойствам относятся полярность поверхности, плотность заряда, удельное электрическое сопротивление, электризуемость, диэлектрическая проницаемость, электропроводность, электрическая прочность и др. Электрические свойства оказывают влияние на назначение материалов и изделий, определяют безопасность электро- и радиотоваров, бытовых машин, влияют на гигиенические свойства одежды и др.

Электризуемость характеризует способность материалов к генерации и накоплению зарядов статического электричества. Электризация — процесс накопления зарядов, который возникает в результате нарушения контакта между двумя поверхностями; в результате происходит переход носителей зарядов (электронов или ионов) с одной контактирующей поверхности на другую. При трении электризация повышается из-за возникновения и нарушения контактов трущихся поверхностей.

Электризуемость материалов оценивается полярностью, поверхностной плотностью заряда и удельным поверхностным сопротивлением.

Полярность отражает знак [(+) или (—)] электрического заряда, возникающего на поверхности материала.

Поверхностная плотность заряда (Кл/см²), характеризует электрический заряд Q, приходящийся на единицу площади S:

=Q/S. (5.16)

Удельное электрическое сопротивление р (Ом*м) характеризует способность материала к рассеиванию электростатических зарядов.

Электризуемость материалов одежды при ее носке вызывает неприятные ощущения, возникновение электрических зарядов, прилипание изделия к телу, повышенную загрязняемость. Поэтому показатели электризуемости имеют значение при оценке гигиенических свойств одежды.

Диэлектрическая проницаемость количественно характеризует способность диэлектрика поляризоваться в электрическом поле, она показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком.

Электрическая проводимость (электропроводность) характеризует способность вещества проводить постоянный электрический ток под действием не изменяющегося во времени электрического поля.

Электропроводность зависит от силы или плотности тока, от времени воздействий и напряженности электрического поля, температуры и влажности окружающей среды состава и строения материала проводника. Об электропроводности материала чаще всего судят по удельной электрической проводимости (См/м)

=1/ , (5.17)

где р — удельное электрическое сопротивление, Ом-м.

В зависимости от удельной электрической проводимости все материалы условно делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

Проводники характеризуются малым электрическим сопротивлением, высокой электропроводностью. К ним относятся серебро, медь и ее сплавы, алюминий, сталь и другие материалы, которые используют в качестве токопроводящих жил при производстве шнуров, проводов и других изделий.

Самое низкое удельное электрическое сопротивление имеют: серебро (0,016 Ом-см), медь (0,017 Ом-см), алюминий (0,028 Ом-см). Медь и алюминий широко используют в качестве токопроводящих жил проводов, шнуров и др.

Диэлектрики характеризуются высоким удельным электрическим сопротивлением (от 10¹⁴ до 10²² Ом-см) и соответственно низкой электропроводностью, высокой диэлектрической проницаемостью и электрической прочностью. В них практически отсутствуют свободные заряды.

Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами, их удельное электрическое сопротивление от 10 до 10¹² Ом-см. К ним относятся Si, Se, С, As, Mg₂Sn, Cu₂0, AlSb и другие элементы, сплавы, оксиды, сульфиды и более сложные соединения. Полупроводники широко применяют для преобразования одного вида энергии в другой, переменного тока в постоянный, усиления колебаний, регулирования силы тока и напряжения, изменения температуры и освещенности помещений и др. Полупроводники также используют в производстве радиоприемников, телевизоров, холодильников.

Электрическая прочность — свойство диэлектриков, характеризуемое напряженностью электрического поля, при которой наступает электрический пробой, т.е. происходит резкое скачкообразное увеличение электрической проводимости. Электрический пробой завершается механическим разрушением диэлектрика. Это важная характеристика изоляционных материалов.

При выборе проводников и диэлектриков кроме электропроводности и электрического сопротивления следует учитывать их прочность, гибкость, теплостойкость, разрывную длину и другие показатели. Известно, что электрическое сопротивление увеличивается с повышением температуры окружающей среды. Электропроводность полупроводников при понижении температуры уменьшается; при температуре, близкой к абсолютному нулю, резко возрастает электрическое сопротивление, и полупроводники становятся диэлектриками.

Высокими электроизоляционными свойствами характеризуются резина, стекло, фарфор, пластические массы и другие материалы, которые применяют для изоляции токопроводящих жил и деталей в электронагревательных приборах и бытовых машинах.