Juhid, dielektrikud, pooljuhid (0)

Elekter

Elektri ülekandeliinid

Elekter on elektrilaengute olemasolust tingitud nähtuste kompleks . Positiivse või negatiivse elektrilaenguga osakesed tekitavad elektromagnetvälja ja alluvad selle toimele.

Sõna "elekter" ei ole tänapäeval terminina kasutusel. Varem on füüsikas selle all mõistetud elektrilaengut (elektrihulka). Praegu mõistetakse üldkeeles elektri all kõige sagedamini elektrienergiat või elektrivoolu.

1.1 Ajalugu

Sõna "elekter" tuleneb vanakreeka sõnast ήλεκτρον (ēlektron) 'merevaik'. Nimetuse motiiviks on see, et merevaik hõõrdumisel elektriseerub ehk omandab elektrilaengu.

Juba Thales teadis, et kui merevaiku hõõruda, siis hakkab see kergesti teisi esemeid külge tõmbama, kuid ta ei osanud seda nähtust seletada. Antiikajal tunti paljusid teisigi elektrinähtusi: välku, Elmo tulesid ja loomset elektrit, mida näiteks elektrirai tekitab, kuid neid ei seostatud omavahel ega teatud ühise sõnaga nimetada.

Esimesena oli elektriliste nähtuste uurimises tänapäevases mõistes teaduslikult edukas inglise astronoom ja füüsik William Gilbert. Tema aastal 1600 avaldatud raamatus "De magnete" eristati esimest korda merevaigu hõõrumisel tekkivat külgetõmbejõudu püsimagneti külgetõmbejõust. Tema leiutas ka ladinakeelse sõna "electricus", mida hakkas kasutama elektrinähtuste kohta, ja sellest tuleb elektrit tähistav sõna paljudes keeltes.

1.2 Elektrivool

Elektrivool on positiivse või negatiivse elektrilaenguga laengukandjate korrapärane liikumine.

Laengukandjate korrapärast liikumist elektri- või pooljuhis elektrivälja mõjul nimetatakse juhtivusvooluks.

Elektrilaenguga laetud makroosakeste või kehade liikumist vaakumis või keskkonnas, millel puudub elektrijuhtivus, nimetatakse konvektsioonvooluks.

Seotud elektrilaengute ehk dielektrikute aatomite ja molekulide koostisse kuuluvate osakeste elektrilaengute ning ioonvõrega kristalliliste dielektrikute ioonide laengute liikumist dielektrikus, mis muudab dielektriku polarisatsiooni, nimetatakse polarisatsioonvooluks.

1.2.1 Elektrivoolu iseloomustavad suurused

Elektrivoolu iseloomustavateks ja mõõdetavateks füüsikaliseteks suuruseteks on voolutugevus , voolutihedus ja pinge.

1.2.2 Elektrivooluga kaasnevad nähtused

Elektrivooluga kaasneb alati magnetväli.

Elektrivoolud kui magnetvälja allikad jagunevad omakorda makroskoopilisteks vooludeks, nagu juhtivus – ja konvektsioonvool, ning molekulaarseteks vooludeks, nagu mikro – ja nihkevool, mis vastavad laetud osakeste liikumisele aine aatomites, molekulides ja ioonides. Muutuva vahelduvelektrivälja toimel tekib pöörismagnetväli. Pöörismagnetväljaga omakorda kaasneb elektrivool, mida kutsutakse nihkevooluks. Nihkevoolu olemust väljendavad Maxwelli võrrandid. Maxwelli võrrandeiks nimetatakse lineaarsetest osatuletistega diferentsiaalvõrranditest koosnevat süsteemi, mis on klassikalise elektromagnetvälja teooria aluseks.

1.2.3 Elektrivoolu liigid

Eristatakse kahte liiki elektrivoolu: alalisvool ja vahelduvvool.

Alalisvooluks nimetatakse voolu, mille suund ja tugevus ajas ei muutu. Suunaks on valitud positiivsete laengukandjate liikumise suund (vooluringis plussilt miinusele). Alalisvoolu tekitavad alalispinge allikad, näiteks akupatareid. Alalisvoolu saamiseks üldkasutatavast elektrivõrgust kasutatakse alaldeid. Alalisvooluga töötavad ka elektrokeemilised ja galvaanikaseadmed ja valgusdioodlambid.

Vahelduvvooluks nimetatakse elektrivoolu, mille suund ja tugevus perioodiliselt muutuvad. Vahelduvvoolu saamiseks on enamkasutatav siinuspinge, raadiotehnikas kasutatakse näiteks ka saehammaspinget.

1.2.4 Elektrivoolu suund

Elektrivoolu suund on kokkuleppeliselt positiivsete laengukandjate liikumise suund (plussilt miinusele). Elektronid liiguvad juhis tegelikult vastupidises suunas (miinuselt plussile).

1.3 Elektrijuhtivus

Elektrijuhtivus on aine võime juhtida elektrivoolu, mis on tingitud liikumisvõimeliste laetud osakeste - laengukandjate (elektronide või ioonide) olemasolust aines. Elektrivälja mõjul hakkavad need aineosakesed liikuma. Aineosakeste liikumist ja seega ka ainet iseloomustab erijuhtivus (), mis vastavalt Ohmi seadusele on seotud elektrivälja tugevuse (E) ja voolutihedusega ().

Elektrijuhtivuse mõõtühik on siimens.

Erijuhtivus on eritakistuse pöördväärtus: .

Ainete elektrijuhtivust liigitatakse vastavalt aines olemasolevate laengukandjate liigile:

• elektronjuhtivus – metallid;

• elektron - ja aukjuhtivus - pooljuhid;

• ioonjuhtivus – elektrolüüdid;

• elektron -ioonjuhtivus – plasma.

Kõik ained jaotatakse erijuhtivuse järgi:

• elektrijuhtideks – 6 (S/m);
  
• pooljuhtideks – 10-8
• dielektrikuteks – -8 (S/m).
  

• on voolutihedus juhi mingis punktis, mõõdetuna amprites (A).
  
• on juhi erijuhtivus, mõõdetuna siimensites meetri kohta (S/m).
  
• E on summaarne elektrivälja tugevus juhis, selle ühik on volt meetri kohta (V/m).
  
• on juhi aine eritakistus , selle ühik on oom korda meeter (Ω · m).
  

1.4 Elektronkate

Elektronkate on aatomi tuuma ümbritsev elektronide pilv. Elektronkate jaguneb elektronkihtideks ja need omakorda alamelektronkihtideks ja orbitaalideks. Keemilised reaktsioonidtoimuvad eelkõige valentselektronkihi elektronidega (nn valentselektronidega), mis asuvad aatomi tuumast kõige kaugemal.

1.4.1 Elektronkatte tekkimine

Negatiivselt laetud elektronide ja positiivselt laetud aatomituuma vahel toimiv elektromagnetjõud tõmbab elektrone tuuma poole. See jõud seob elektronid elektrostaatilisse potentsiaalikaevu (see tähendab, et mida lähemal tuumale elektronid on, seda suurem energia on tarvis neile anda, et neid tuuma ümbert minema viia).

Kuna elektronid on samaaegselt ka laine (vastavalt laine-osake dualismile), siis tekitab iga elektron tuuma ümber kolmemõõtmelise seisulaine , mis tuuma suhtes ei liigu. Selline käitumine on määratud aatomorbitaaliga - matemaatilise funktsiooniga, mis kirjeldab ära tõenäosuse, et elektron on mingis konkreetses punktis aatomituuma ümbruses olemas.

1.4.2 Elektronkihid

Elektronkate jaguneb elektronkihtideks, mis omakorda jagunevad alamelektronkihtideks ja orbitaalideks. Elektronkihi, milles elektron paikneb, määrab ära elektroni elektronkatte peakvantarv (n).

Kuna elektriliselt neutraalsel aatomil on alati vähemalt üks elektronkiht, siis peakvantarvu väärtused võivad olla 1, 2, 3 jne. Teoorias võib aatomil olla lõpmatu arv elektronkihte, kuid reaalselt on kõige suuremal avastatud keemilise elemendi aatomil ergastamata seisundis seitse elektronkihti.

1.4.3 Valentselektronkiht

Valentselektronkiht koosneb tuumast kõige kaugemal olevatest elektronidest ja määrab ära konkreetse keemilise elemendi keemilised omadused.

Väiksematel aatomitel on valentselektronkiht sama, mis kõige välimine elektronkiht. Suurematel aatomitel on asi veidi keerulisem. Nimelt võib ülalt teise elektronkihi mõne elektroni orbitaal olla tuumast kaugemal, kui kõige ülemise elektronkihi elektronide orbitaalid. Sellisel juhul kuuluvad need ülalt teise elektronkihi elektronid samuti aatomi valentselektronkihti.

1.5 Molekulide elektronkate

Erinevad elektronkatte konfiguratsioonid annavad igale elemendile individuaalsed omadused. Molekulide korral sõltub elektronkatte ehitus lisaks molekulis paiknevate aatomitele ka keemilisest sidemest , millega aatomid on molekuliks seotud. Näiteks võib elektroni seisulaine võtta kuju, millega on kaetud rohkem kui üks molekuli kuuluv aatom .

1.6 Kovalentne side

Kovalentne side (ka kovalentside, aatomside, atomaarne side, homöopolaarne side) on ühiste elektronpaaride vahendusel aatomite vahele moodustuv keemiline side.

Kovalentse sideme juures on kandev roll elektronkatte väliskihi elektronide (valentselektronide) vastastikune toimel. Aatomid moodustavad vähemalt ühe ühise elektronpaari. Ühe siduva elektronpaari (üksikside) asemel võib olla kaks (kaksikside), kolm (kolmikside), väga harva ka neli (nelikside) või kuus (kuuikside).

Kovalentne side moodustub kas ühe ja sama elemendi aatomite vahel või nende elementide aatomite vahel, mille elektronegatiivsuste erinevus pole Paulingi skaalal suurem kui 1,7. Suurema elektronegatiivsuste erinevusega elementide vahele tekib iooniline side.

Kovalentsed sidemed moodustuvad eriti mittemetallide aatomite vahel. Mittemetalli ja metalli aatomi vahel tekib tavaliselt iooniline side, metallide aatomite vahel metalliline side. Kõige levinum on ühe ühise elektronpaari abil moodustunud side, mida nimetatakse kovalentseks üksiksidemeks (esineb näiteks vesiniku molekulis), kaksik- ja kolmikside on moodustunud vastavalt kahe ja kolme ühise elektronpaari vahendusel. Äärmiselt harva esineb ka nelik - ning kuuiksidet.

Kui kovalentne side on tekkinud sama elemendi aatomite vahel, või aatomite vahel, mille elektronegatiivsus on võrdne, seovad mõlemad aatomid ühiseid elektronpaare võrdse jõuga ning sidet nimetatakse mittepolaarseks kovalentseks sidemeks.

Kui side on tekkinud erineva elektronegatiivsusega elementide aatomite vahel, mõjutab suurema elektronegatiivsusega elemendi aatom elektronpaare tugevamini ning need on nihutatud selle elemendi aatomi poole. Niiviisi omandab see aatom sidemes negatiivse, teised aatomid (või teine aatom) positiivse laengu. Molekul tervikuna jääb elektroneutraalseks. Kuna molekulis tekivad poolused, nimetatakse sellist sidet polaarseks kovalentseks sidemeks.

Näiteks tekib selline side vee (H2O) molekulis. Hapnik, mille aatomil on suurem elektronegatiivsus, omandab molekulis negatiivse, kaks üksiksidemetega seotud vesiniku aatomit aga positiivsed laengud . Ühised elektronpaarid on seejuures rohkem hapniku poole tõmmatud. Positiivse laenguga vesiniku aatomite omavahelise tõukumise tulemusena kujuneb vee molekulis sidemete omavaheliseks nurgaks 104...106 kraadi.

• suure erijuhtivusega elektrijuhid
  
• suure eritakistusega elektrijuhid
  

• mähisetraadid,
  
• montaažijuhtmed,
  
• installatsioonijuhtmed
  
• kaablid .
  

2.3 Ülijuhid

Isegi nii head elektrijuhid kui metallid avaldavad normaaltingimustel mõningat elektrilist takistust. Ometi on olemas ained, mida kasutatakse ülijuhtidena. Need ained ei avalda elektrivoolule peaaegu üldse takistust. Nad on kasulikud, sest säästavad palju elektrienergiat, kui on vaja tugevat voolu, nagu näiteks võimsa elektromagneti korral.

Elektrijuhi erijuht on ülijuht, milles takistus elektronide liikumisele täielikult puudub. Kahjuks ülijuhid toatemperatuuril ei tööta. Tänapäeval tuntud parimate ülijuhtide puhul ei tohi temperatuur ületada 138 kelvinit (u -135°C), mis on umbes pool toatemperatuuri ja absoluutse nullpunkti vahest.

Mõned metallid (alumiinium ja seatina ) võivad muutuda ülijuhtideks, kui neid jahutada uskumatult madala temperatuurini ainult mõni kraad ülalpool absoluutset nulli (-273º C). Jahutamiseks kasutatakse vedelat heeliumi, mida on kulukas ja tülikas käsitseda.

Osa ülijuhte funktsioneerib, kui nad on vedela lämmastikuga temperatuurini 196º C jahutatud. Vedelat lämmastikku on kergem ja odavam kasutada kui vedelat heeliumi. Teadlased on juba valmistanud aineid, mis muutuvad ülijuhtideks kuivjääga (tahke süsinikdioksiid) temperatuurini 78,5º C jahutamisel. Tulevikus loodetakse valmistada ülijuhte, mis funktsioneerivad hästi toatemperatuuri lähedal.

Soovides paremini mõista kõrgtemperatuuriliste ülijuhtide dünaamikat, kirjutasid ORNL’i teadlased ümber numbrilise Hubbardi mudeli arvutuskoodi, mille põhjal varem arvati, et vaselisandiga ülijuhtivad materjalid ehk kupraadid on homogeense struktuuriga (elektronide tihedus on igas aatomis sama)

Pooljuhid

Pooljuhtides on puhta kristallivõre puhul stabiilsed keemilised sidemed ning elektronide puudu- ega ülejääki ei ole. Kui aga võresse satuvad võõraatomid (lisandite aatomid), tekivad vabad laengukandjad elektronide või "aukude" näol ning pooljuht hakkab elektrit juhtima .

Pooljuhtideks nimetatakse aineid ja elemente, mille elektrijuhtivus on juhtide ja dielektrikute vahepeal .

Pooljuht on elektronjuhtivusega keemiline aine, mis juhib elektrit paremini kui dielektrikud ja halvemini kui elektrijuhid.

Pooljuhid on väga tundlikud välismõjude ja lisandite suhtes. Peamine iseärasus on elektrijuhtivuse järsk suurenemine temperatuuri kasvades.

Pooljuhtide erijuhtivus toatemperatuuril on 10...10–6 S/m.

Pooljuhid on enamasti kristalsed ained, aga leidub ka vedelikke ja amorfseid.

Keelutsoon pooljuhis: ülemisse "juhtivustsooni" (joonisel roheline) pääsevad ainult need elektronid, mille soojuslik energia ületab keelutsoo (kollane) laiusele võrdse energia . Alumiste "täidetud" tsoonide elektronidel liikumisvõimalus puudub.

Pooljuhtide hulka kuuluvad mõned lihtained (räni, germaanium, seleen , telluur, arseen , fosfor jt.), palju oksiide, sulfiide, seleniide ja telluriide, mõned sulamid, paljud mineraalid jm.

Levinumad pooljuhid on germaanium ja räni. Germaaniumi keelutsooni laius on 0,72eV, ränil 1,12eV. Germaanium ja räni on neljavalentsed ained, nende aatomid paiknevad kuubi tippudel ja on omavahel seotud kovalentse ehk paaris elektroonilise sidemega.

Kui pooljuht on puhas, siis on ta absoluutse nulli juures dielektrik . Temperatuuri või kiirguse mõjul võib elektron lahkuda oma kohalt, sinna jääb vaba koht ehk nn. auk. Auku vaadeldakse positiivse elementaarlaenguna. Elektroni laeng on -1,6*10–19 C, augulaeng on +1,6*10–19 C.

Nagu ka teised pooljuhid, juhib lisandite jälgi sisaldav räni elektrit paremini kui puhas räni. Lisaainete lisamist nimetatakse legeerimiseks. Kui räni legeeritakse fosforiga, millel on üks elektron aatomi kohta rohkem kui ränil, siis lisaelektronid võivad kanda negatiivset laengut läbi räni. Seda nimetatakse n-tüüpi räniks.

Boori aatomil on üks elektron vähem kui räni aatomil, seega on booriga legeeritud ränil mõned elektronid puudu. Need vahed, mida nimetatakse aukudeks, kannavad positiivset laengut. See on n-tüüpi räni.

Ränitransistore paneb lülititena töötama see, et elektronid ei voola p-tüüpi ränist n-tüüpi ränisse.

n-p-n-transistoril on p-tüüpi räni kiht kahe n-tüüpi kihi vahel. Elektronid ei pääse ühest väliskihist teise (väliskihte nimetatakse emitteriks ja kollektoriteks), sest nad peaksid siis liikuma p-tüüpi ränist n-tüüpi ränisse. Kui aga elektronidega toita keskmist kihti ehk baasi, siis täidavad nad selles kihis olevad augud ja vool võib liikuda emitterist kollektorisse

Isolaatorid ehk dielektrikud

Dielektrik ehk mittejuht ehk isolaator on väga väikese elektrijuhtivusega aine või ainete segu milles vabade laengute hulk on normaaltingimustel kaduväike. Dielektrikud võivad olla nii tahked, vedelad kui gaasilised. Elektri isolaatorid ei juhi elektrit. Nad täidavad vooluahelates olulisi ülesandeid, kindlustades ka elektri ülekande ohutuse. Hea isolaator on äärmiselt vilets elektrijuht. Tal ei ole piisavalt elektrone, et kanda elektrivoolu, kui ainetükile rakendtatakse pinge. See tähendtab, et isolaatorid kujutavad endast tõkkeid elektri voolamisele.

4.1 Elektriväli dielektrikutes.

Dielektrikutes on aatom elektriliselt neutraalne . Aatom on mittepolaarne , s.t. aatom ei oma pooluseid. Kui aga aatomitest moodustub molekul, siis ei tarvitse erimärgiliste laengute raskuskeskmed kokku langeda. Selliseid molekule nimetatakse polaarseteks. Kui pooluseid on kaks, siis nimetatakse laengusüsteemi dipooliks. Kõige lihtsam dipool on lineaarne dipool.

4.2 Dielektrikute tähtsaimad omadused

Dielektrikute tähtsaimateks omadusteks on dielektriline vastuvõtlikkus, läbitavus ja läbilöögitugevus.

• Dielektriline vastuvõtlikkus - dielektrikut iseloomustav füüsikaline suurus, mis näitab tema võimet elektriväljas polariseeruda. Dielektriku polarisatsioon - elektriväli tekitab dielektrikus dielektrilise polarisatsiooni. Polaarsetes dielektrikutes on molekulide dipoolmomendid tavaliselt orienteeritud täiesti ebakorrapäraselt. Kogu keha summaarse dipoolmomendi arvutamisel saame tulemuseks 0. Kui dielektrik asetada välisesse elektrivälja muutub dielektrik polaarseks ja omandab dipoolmomendi. Elektriväli püüab korrapärastada dipoolmomente, soojusliikumine segab seda.

• Suhteline dielektriline läbitavus ehk keskkonna dielektriline läbitavus on füüsikaline suurus, mis näitab, mitu korda on elektrivälja tugevus homogeenses materjalis väiksem väljatugevusest vaakumis. Mida suurem on aine dielektriline läbitavus, seda väiksemad on tegelikult elektrijõud aines.
  
• Dielektriline läbilöögitugevus on minimaalne dielektrikule mõjuv elektrivälja tugevus, mille korral toimub dielektriku elektriline läbilöök ja dielektriku muutumine elektrijuhiks. Erinevatel dielektrilistel materjalidel on dielektriliseks läbilöögiks vajaminev elektrivälja tugevus erinev.
  

4.3 Senjettelektrikud ja piesoelektrline effekt.

Senjettelektrik on eri liiki dielektrik, milles polarisatsioon võib tekkida iseeneslikult, välise elektrivälja mõjuta.

Senjettelektriku omadused võivad esineda ainult kristallilistel ainetel. Kristall jaguneb piirkondadeks, mis on ideaalselt polariseerunud. Neid piirkondi nimetatakse doomeniteks.

Kui tavalistel dielektrikutel on dielektriline läbitavus suurusjärgus 10 , siis senjettelektrikutel on see suurusjärgus 10000 - 100000 .

Lisaks sellele võib polarisatsioon tekkida senjettelektrilistes ainetes ka mehaanilise mõjutamise teel. Nähtust nimetatakse piesoelektriliseks effektiks. Piesoelekter (piesein kreeka keelest ~pigistus) on elektrilaeng , mis tekib paljudes materjalides mehhaanilise surve korral. Sellisteks materjalideks on näiteks DNA, osad valgud (sealhulgas luudes olev kollageen), kondid, hammaste pealmised kõvad kihid , suhkur, kvarts ja keraamilised materjalid Piesoelektriline efekt on ka ränikristallidel, mida kasutatakse ka tehnikas, näit. kvartsgeneraatorid.

Piesoelektriline tantsupõrand

4.4 Gaasilised dielektrikud

Dielektrikute hulka kuuluvad kõik gaasid ja nende segud , nagu õhk (N-78%; O2-21%; 0,03%; H2-0,01%; Ar-0,9%) koos veeauruga. Isoleermaterjalidena leiavad kõige sagedamini kasutamist õhk, elegaas , lämmastik ja vesinik .

Sageli on isoleermaterjalina kasutavatel gaasidel ka teisi funktsioone, nagu seadme või süsteemi jahutamine ja elektrikaare summutamine .

Kõige sagedamini on gaasiliseks dielektrikuks õhk. Õhk on isoleermaterjaliks tavaliste õhuliini juhtmete ja mitmesuguste kõrge- ja madalpingeseadmete voolujuhtivate osade vahel. Õhk on samal ajal ka jahutavaks ja õhklülitites elektrikaart kustutavaks keskkonnaks. Õhu elektriline tugevus on suhteliselt väike, seepärast kujunevad kõrgepingeseadmetes voolujuhtivate osade vahekaugused suureks ja seetõttu ka õhkisolatsiooniga seadmete mõõtmed on suured.

Elegaasi (väävelheksafluoriid SF6 , keemiliselt püsiv temperatuurini kuni 500 °C) kasutamine võimaldab seadmete, nagu trafode ja võimsuslülitite gabariite vähendada, kuna tema elektriline tugevus on õhu vastavast näitajast ligemale 2,5 korda suurem.

Gaase kasutatakse:

• kaablites

• trafodes

• kondensaatorites,

• kõrgpinge võimsuslülitites,

• elektrimasinate jahutamiseks vesinik-hermeetiliselt rõhu all 3 atm,

• gasotronides (pildil) ja türotroonides inertgaasid (N, H2,), elavhõbeda ja naatriumi aurud.

4.5 Sünteetilised polümeersed dielektrikud

Elektrotehnikas ja raadiotehnikas kasutatakse enamasti sünteetilisi polümeere.

• Polüstürool on tahke läbipaistev materjal. Kõrged elektrilised omadused. Happe-ja leeliskindel. Vastupidav osoonile. Termoplastiline. Mehaaniliselt töödeldav. Detaile valmistatakse survevalamise teel metallvormidesse: pooli (mähise) kehad, südamikud; dielektrilised antennid , paneelid, alused jm.; mõõteriistad ja raadiotehnilised isolaatorid.

• Polüetüleen - läbipaistmatu termoplastiline helehall materjal, käsutades rasvase pinnaga. Elektrilised omadused võrdsed polüstürooliga. Painduv. Käsutatakse kõrgsagedusvoolu kaablite põhilise isolatsioonina. Kõvematest markidest isolaatorid: poolikehad, paneelid. Töödeldav: survevalu , kuumpressimise ja ekstrusoonimoodusel (juhtmete isolatsioonikiht, isoleervoolikud - rüüsid, torud jms.). On keevitatav . Päikesevalgus kiirendab vananemisprotsessi.

• Polüvinüülkloriid e. PVC - valge pulber . Kuumpressimisel või valtsimisel saadakse helepruun kõva materjal: lehtedena, kilena, plaatidena, torudena ja varrastena. Suur keemiline vastupidavus õlidele, lahustitele, leelistele ja hapetele. Valmistatakse vibratsioonidele ja löökidele vastupidavaid akuanumaid ja isoleerdetaile. Plastifikaatorite lisamisega saadakse painduvad materjalmärgid, mida kasutatakse painduvate juhtmete ja kaablite isolatsioonina. Kõrge külmakindlus (-50° C).

• Eskapoon - tahke, läbipaistev materjal. Saadakse sünteetilise kautšuki termilisel töötlemisel. On lahusti-, happe- ja alusekindel. Eskapooni saamine kestab 5 — 22 tundi. Sellest valmistatakse raadioaparatuuri isoleertooteid, käsutatakse ka valamismasside nn. kompaundide koostises.

• Orgaaniline klaas e. polümetüülmetakrülaat - vedelikuna valatakse silikaatklaasist kassettvormidesse, kus tardub 50° C f 120° C juures plaatideks või lehtmaterjaliks, nn. lennukiklaasiks e. pleksiklaasiks. Orgaaniline klaas on termoplastiline läbipaistev materjal, mida turustatakse ka mitmes värvitoonis, pinnad on kaetud kaitsepaberiga. See on hästi valatav, tahkena mehaaniliselt töödeldav, liimitav, keevitatav temperatuuril 140«~150° C, kergesti vormitav 125-4*130° C juures puit- või metallvormides ehk mudelil . Kasutatakse dielektrikuna ainult madalsagedusseadmetes (f = 50 Hz), samuti kõrgpingelahendi paksuseinaliste (20 -f- 40 mm) torude valmistamiseks ülekandeliinide piksekaitse maandusahelates. Tekkiva kaarleegi kustutavad temperatuuri toimel orgaanilisest klaasist eralduvad gaasid CO ja H2 jt. Elektro- ja raadiotehnikas kasutatav konstruktsioon- ning viimistlusmaterjalina.

• Resoolvaigud on termoreaktiivsed ained, mis võivad temperatuuri toimel polümerisatsiooniprotsessis muutuda tahkeks , s.o. sulamatuks ja lahustamatuks materjaliks. Kasutatakse:

  • immutusvahenditena madalatel temperatuuridel (alla 90° C) ja emailidena;

  • üle 100° C polümerisatsiooni protsessi läbinuna tahke dielektrikuna.

Dielektrikuna sobivad resoolvaigud ka kõrgematel voolusagedustel. Vastupidavad mineraalõlidele. Puuduseks on, et sädelahenduse mõjul tekivad kergesti voolujuhtivad sillad .

Tuntumad resoolvaigud:

• bakeliitvaik - kasutatakse immutusvahendina ja presstoodetena kõrgsagedusvooluahelates dielektriliste detailidena;

• novolakkvaik - kasutatakse presstoodete konstruktiivsete elementide valmistamisel madalpinge aparaatidele (kraanid, nupud, käepidemed);

• glüftaalvaik - kasutatakse elektrotehnikas kleepe-, immutus - (painduv vilkisolatsioon) ja lakkimisvahendina;

• polüvinüülatsetaalvaik - kasutatakse isoleerlakkide valmistamiseks, mähistraatide emailimiseks;

• epoksüüdvaik - kasutatakse elektrotehnikas valatavate kompaundide põhiainena, isoleerlakkide ja liimina. NB! Epoksüüdvaigu tahkestamiseks vajatakse lisandeid - kõvendajaid ja plastifikaatoreid.

• Räniorgaanilised kõrgpolümeersed dielektrikud võivad olla nii isoleervedelikud kui ka tahked vaigud, mille soojuskindlus on 60 ~ 180° C, mõnel kuni 200° C. Suur vastupidavus veele , mineraalõlidele ja elektrisädelahendusele.

• Ftoroplast e. teflooh (polütetrofloretüleen) on valge värvusega tahke aine, tundub olevat rasvase pinnaga. Kuulub C-klassi soojuskindluse 250° C ja külmakindluse järgi -260° C. Üle 327° C muutub amorfseks. 415° C juures laguneb ja eraldub mürgine gaas fluor. Mittepolaarne dielektrik, mistõttu on tema omadused stabiilsed laial sagedusel. Raadiotehniline materjal, mida kasutatakse termostabiilsetes kondensaatorites, mähistraatide ja montaažijuhtmete soojuskindla painduva isolatsioonina

4.6 Vedeldielektrikud

Vedeldielektrikute ülesanne on lisaks isoleerimisele ka seadmete voolujuhtivate osade jahutamine. Vedeldielektrikuid kasutatakse ka poorsete tahkete ainete immutamiseks. Tavaliselt toimub immutamine vaakumis, mis garanteerib, et pooridesse ja tühemikesse ei jää õhku. Immutamine tõstab isoleermaterjali elektrilist tugevust märgatavalt. Vajaduse korral on vedeldielektriku ülesandeks ka elektrikaare kustutamise hõlbustamine.

Kõige sagedamini kasutatavad vedelikud on naftast valmistatud isoleerõlid. Traditsiooniliselt on neist kasutusel:

• trafoõli

• kondensaatoriõli

• kaabliõli

Kõige laiemalt on levinud trafoõli. Ta on jõutrafode õlibarjäärisolatsiooni põhiline koostisosa, samal ajal on trafoõli ka jahutavaks keskkonnaks. Trafoõli kasutatakse ka poorsete isoleermaterjalide immutamiseks ja õlilülitites elektrikaare kustutamiseks.

Elektritehnilistes seadmetes kasutatakse:

• nafta utmisel saadavaid isoleerõlisid

• sünteetilisi vedeldielektrikuid – sovoole

• räniorgaanilisi vedelikke.

Enamkasutatavad naftaõlid jagunevad kolme rühma:

• trafoõli (kõrgepingetrafodes, võimsuslülitites);

• kaabliõli;

• kondensaatorõli.

4.7 Loodulikud dielektrikud

Looduslikest vaikudest käsutatakse elektrotehnikas sagedamini kampolit, šellakit, bituumenit, vahataolisi aineid ja kautšukit.

• Kampol - klaasitaoline habras kollakaspruun aine (meenutab merevaiku). Saadakse okaspuu vaigu termilisel töötlemisel. Termoplastne- lahustub tärpentiinis, bensiinis , atsetoonis jm. Kasutatakse kaablite paberisolatsiooni immutusõlide paksendajana, lakkides sikatiivainena (kuivamisprotsessi kiirendajana), joote räbusti koostises (kaitseb vase oksüdeerumist).
  

• Šellak - va lmistatakse troopiliste lakipuude mahlast. Tööstuses käsutatav puhastatud šellak on helbeline (8 = 0,5 -f- 1,0) habras materjal. Värvus sidrunikollane kuni tumeoranž. On polaarne dielektrik. Termoaktiivne aine. Hea adhesioon (kleepuvus) vilguga. Käsutatakse elektrotehnikas hästikleepuvate piirituslakkide valmistamiseks.
  
• Bituumenid - musta värvusega termoplastilised tahked või suure viskoossusega vedelikud. Bituumenit saadakse naftatöötlemisel kõrvalproduktina ja looduses ka evandatavana. Elektrotehnikas käsutatakse kõvu bituumenisorte pehmenemistemperatuuriga mitte alla +70° C. Looduslikud on sobivamad, sest nendel on see 150° C -r 200° C. Mineraalõlide lisamine muudab bituumeni külmakindlamaks ja elastsemaks. Keemiliselt inertne. Lahustub bensiinis. Hüdrofoobne. Odav materjal. Elektrotehnikas käsutatakse immutus- ja valukompaundide ning õlibituumenlakkide valmistamiseks.
  

• Parafiin on väikese mehaanilise tugevusega , rasvane, hüdrofoobne, polükristalliline valget värvi aine. Mittepolaarne dielektrik. Saadakse nafta ümbertöötlemisel.
  

• Elektriisolatsioonikummid - Lähteaineks on naturaalne või sünteetiline kautšuk. Kautšuk on väikese tõmbetugevusega, madalal temperatuuril mitteküllaldase elastsusega jne. Tehniliselt käsutatavaks muudetakse kautšuk vulkaniseerivate ainete koostisse viimisega mehaanilise – ja termilise töötlemise protsessis. Vulkaniseerivate lisanditena käsutatakse väävlit, seleeni , telluuri jt. Segu kuumutatakse +120 -j~ 150° C juures. Kummi külmakindluse tõstmiseks lisatakse plastifikaatoreid. Räniorgaanilisest kautšukist kummi on suurema külmakindlusega -70° C. Hapnik ja osoon oksüdeerivad kummi. Tekivad praod ning mehaanilised ja elektrilised omadused vähenevad. Kasutatakse kaablitoodetes isoleerkummina.
  
• Eboniit - tahke musta värvi aine. Kui kautšukile lisada vulkaniseerimisel 30% - 50% väävlit, saadakse nn. eboniit, millel on head mehaanilised ja dielektrilised omadused. Mehaaniliselt hästi töödeldav. Puuduseks on väike soojuskindlus. Elektriline pinnatakistus väheneb valguse toimel vaba väävli oksüdeerimise tõttu. Pind vajab puhastamist nuuskpiiritusega.
  

• Muskoviit on keemiliselt püsiv. Sellele ei mõju ükski lahusti ega leeliseline . Väävel ja soolhape lagundavad muskoviiti ainult soojendamisel. Muskoviidi omadused ei muutu temperatuuril kuni 500° C. Nimetatust kõrgemal temperatuuril hakkab keemiliselt seotud vesi vilgust eralduma. Selle tulemusena vilgulehekesed punduvad, s.t. nende paksus suureneb. Seejuures halvenevad järsult vilgu elektrilised ja teised omadused. Sulamistemperatuur on 1260 - 1300° C.
  
• Flogopiit on väiksema keemilise püsivusega. Ta reageerib hapetega, kuid leelised teda ei mõjuta. Flogopiidilehed punduvad, kui temperatuur ületab 900° C.