Le bois est-il conducteur d'électricité ? Quels sont les conducteurs, les semi-conducteurs et les diélectriques. tangente de perte maximale pour le bois sec

Un diélectrique est un matériau ou une substance qui ne transmet pratiquement pas de courant électrique. Une telle conductivité est obtenue grâce à un petit nombre d'électrons et d'ions. Ces particules sont formées dans un matériau non conducteur uniquement lorsque les propriétés à haute température sont atteintes. À propos de ce qu'est un diélectrique et sera discuté dans cet article.

La description

Chaque conducteur électronique ou radio, semi-conducteur ou diélectrique chargé laisse passer un courant électrique à travers lui-même, mais la particularité du diélectrique est que même à une haute tension supérieure à 550 V, un petit courant y circulera. Un courant électrique dans un diélectrique est le mouvement de particules chargées dans une certaine direction (il peut être positif ou négatif).

Types de courants

La conductivité électrique des diélectriques est basée sur :

Courants d'absorption - un courant qui circule dans un diélectrique à un courant constant jusqu'à ce qu'il atteigne un état d'équilibre, changeant de direction lorsqu'il est allumé et alimenté et lorsqu'il est éteint. Avec le courant alternatif, la tension dans le diélectrique y sera présente tout le temps tant qu'il sera sous l'action d'un champ électrique.
Conductivité électrique électronique - le mouvement des électrons sous l'influence d'un champ.
Conductivité électrique ionique - est le mouvement des ions. On le trouve dans les solutions électrolytiques - sels, acides, alcalis, ainsi que dans de nombreux diélectriques.
La conductivité électrique molionique est le mouvement de particules chargées appelées molions. On le trouve dans les systèmes colloïdaux, les émulsions et les suspensions. Le phénomène du mouvement des molions dans un champ électrique s'appelle l'électrophorèse.

Ils sont classés selon leur état d'agrégation et leur nature chimique. Les premiers sont divisés en solide, liquide, gazeux et solidifiant. Par nature chimique, ils sont divisés en matériaux organiques, inorganiques et organoéléments.

Par état d'agrégation :

Conductivité électrique des gaz. Les substances gazeuses ont une conductivité électrique plutôt faible. Elle peut se produire en présence de particules chargées libres, ce qui apparaît sous l'influence de facteurs externes et internes, électroniques et ioniques : rayonnement X et espèces radioactives, collisions de molécules et de particules chargées, facteurs thermiques.
Conductivité électrique d'un diélectrique liquide. Facteurs de dépendance : structure moléculaire, température, impuretés, présence de charges importantes d'électrons et d'ions. La conductivité électrique des diélectriques liquides dépend en grande partie de la présence d'humidité et d'impuretés. La conductivité de l'électricité des substances polaires est créée même à l'aide d'un liquide avec des ions dissociés. Lorsque l'on compare les liquides polaires et non polaires, les premiers ont un net avantage en termes de conductivité. Si le liquide est nettoyé des impuretés, cela contribuera à une diminution de ses propriétés conductrices. Avec une augmentation de la conductivité et de sa température, une diminution de sa viscosité se produit, entraînant une augmentation de la mobilité des ions.
diélectriques solides. Leur conductivité électrique est déterminée par le mouvement des particules diélectriques chargées et des impuretés. Dans les champs de courant électrique intense, la conductivité électrique est révélée.

Propriétés physiques des diélectriques

Lorsque la résistance spécifique du matériau est inférieure à 10-5 Ohm * m, elles peuvent être attribuées aux conducteurs. Si plus de 108 Ohm * m - aux diélectriques. Il y a des cas où la résistivité sera plusieurs fois supérieure à la résistance du conducteur. Dans l'intervalle 10-5-108 Ohm*m il y a un semi-conducteur. Le matériau métallique est un excellent conducteur de courant électrique.

Sur l'ensemble du tableau périodique, seuls 25 éléments appartiennent à des non-métaux, et 12 d'entre eux, éventuellement, auront des propriétés semi-conductrices. Mais, bien sûr, en plus des substances du tableau, il existe de nombreux autres alliages, compositions ou composés chimiques ayant la propriété d'un conducteur, d'un semi-conducteur ou d'un diélectrique. Sur cette base, il est difficile de tracer une certaine ligne entre les valeurs de diverses substances avec leurs résistances. Par exemple, à un facteur de température réduit, un semi-conducteur se comportera comme un diélectrique.

Application

L'utilisation de matériaux non conducteurs est très répandue, car il s'agit de l'une des classes de composants électriques les plus couramment utilisées. Il est devenu tout à fait clair qu'ils peuvent être utilisés en raison de leurs propriétés sous une forme active et passive.

Sous une forme passive, les propriétés des diélectriques sont utilisées pour une utilisation dans un matériau isolant électrique.

Sous forme active, ils sont utilisés dans les ferroélectriques, ainsi que dans les matériaux pour émetteurs de technologie laser.

Diélectriques de base

Les types courants incluent :

Verre.
Caoutchouc.
Huile.
Asphalte.
Porcelaine.
Quartz.
Air.
Diamant.
Eau pure.
Plastique.

Qu'est-ce qu'un diélectrique liquide ?

Une polarisation de ce type se produit dans le champ du courant électrique. Les substances liquides non conductrices sont utilisées en ingénierie pour couler ou imprégner des matériaux. Il existe 3 classes de diélectriques liquides :

Les huiles de pétrole sont de faible viscosité et pour la plupart non polaires. Ils sont souvent utilisés dans les instruments à haute tension : l'eau à haute tension. est un diélectrique non polaire. L'huile de câble a trouvé une application dans l'imprégnation de fils de papier isolants avec une tension allant jusqu'à 40 kV, ainsi que des revêtements à base de métal avec un courant de plus de 120 kV. L'huile de transformateur a une structure plus propre que l'huile de condensateur. Ce type de diélectrique est largement utilisé en production, malgré son coût élevé par rapport aux substances et matériaux analogues.

Qu'est-ce qu'un diélectrique synthétique ? Actuellement, il est interdit presque partout en raison de sa forte toxicité, car il est produit à base de carbone chloré. Un diélectrique liquide à base de silicium organique est sûr et respectueux de l'environnement. Ce type ne provoque pas de rouille du métal et présente les propriétés d'une faible hygroscopicité. Il existe un diélectrique fluidisé contenant un composé organofluoré particulièrement apprécié pour sa non-combustibilité, ses propriétés thermiques et sa stabilité à l'oxydation.

Et le dernier type est les huiles végétales. Ce sont des diélectriques faiblement polaires, notamment les graines de lin, le ricin, le tung, le chanvre. L'huile de ricin est très chauffée et est utilisée dans les condensateurs en papier. Le reste des huiles est évaporé. L'évaporation en eux n'est pas causée par l'évaporation naturelle, mais par une réaction chimique appelée polymérisation. Il est activement utilisé dans les émaux et les peintures.

Conclusion

L'article décrit en détail ce qu'est un diélectrique. Diverses espèces et leurs propriétés ont été mentionnées. Bien sûr, afin de comprendre la subtilité de leurs caractéristiques, vous devrez étudier plus en profondeur la section de physique les concernant.

Tous les matériaux qui existent dans la nature diffèrent par leurs propriétés électriques. Ainsi, parmi toute la variété des substances physiques, les matériaux diélectriques et les conducteurs de courant électrique se distinguent en groupes distincts.

Que sont les conducteurs ?

Un conducteur est un tel matériau, dont une caractéristique est la présence de particules chargées en mouvement libre dans la composition, qui sont réparties dans toute la substance.

Les substances conductrices de courant électrique sont les métaux fondus et les métaux eux-mêmes, l'eau non distillée, la solution saline, le sol humide, le corps humain.

Le métal est le meilleur conducteur d'électricité. Parmi les non-métaux, il existe également de bons conducteurs, par exemple le carbone.

Tous les conducteurs naturels de courant électrique sont caractérisés par deux propriétés :

indicateur de résistance ;
indicateur de conductivité.

La résistance est due au fait que les électrons en mouvement subissent une collision avec des atomes et des ions, qui constituent une sorte d'obstacle. C'est pourquoi les conducteurs se voient attribuer la caractéristique de résistance électrique. L'inverse de la résistance est la conductivité électrique.

La conductivité électrique est une caractéristique (capacité) d'une substance physique à conduire le courant. Par conséquent, les propriétés d'un conducteur fiable sont une faible résistance au flux d'électrons en mouvement et, par conséquent, une conductivité électrique élevée. C'est-à-dire que le meilleur conducteur se caractérise par un indice de conductivité élevé.

Par exemple, les câbles : le câble en cuivre a une conductivité électrique supérieure à celle de l'aluminium.

Que sont les diélectriques ?

Les diélectriques sont de telles substances physiques dans lesquelles, à basse température, il n'y a pas de charges électriques. La composition de telles substances ne comprend que des atomes de charge neutre et des molécules. Les charges d'un atome neutre sont étroitement liées les unes aux autres, elles sont donc privées de la possibilité de se déplacer librement dans toute la substance.

Le gaz est le meilleur diélectrique. Les autres matériaux non conducteurs sont le verre, la porcelaine, la céramique, ainsi que le caoutchouc, le carton, le bois sec, les résines et les plastiques.

Les objets diélectriques sont des isolants dont les propriétés dépendent principalement de l'état de l'atmosphère environnante. Par exemple, à forte humidité, certains matériaux diélectriques perdent partiellement leurs propriétés.

Les conducteurs et les diélectriques sont largement utilisés dans le domaine de l'électrotechnique pour résoudre divers problèmes.

Par exemple, tous les produits de câbles et de fils sont faits de métaux, généralement du cuivre ou de l'aluminium. La gaine des fils et câbles est en polymère, ainsi que les fiches de tous les appareils électriques. Les polymères sont d'excellents diélectriques qui ne permettent pas le passage de particules chargées.

Les produits en argent, or et platine sont de très bons conducteurs. Mais leur caractéristique négative, qui limite leur utilisation, est leur coût très élevé.

Par conséquent, ces substances sont utilisées dans des domaines où la qualité est beaucoup plus importante que le prix payé (industrie de la défense et espace).

Les produits en cuivre et en aluminium sont également de bons conducteurs, tout en n'ayant pas un coût aussi élevé. Par conséquent, l'utilisation de fils de cuivre et d'aluminium est omniprésente.

Les conducteurs en tungstène et en molybdène ont de moins bonnes propriétés, ils sont donc principalement utilisés dans les ampoules à incandescence et les éléments chauffants à haute température. Une mauvaise conductivité électrique peut perturber considérablement le fonctionnement du circuit électrique.

Les diélectriques diffèrent également par leurs caractéristiques et leurs propriétés. Par exemple, dans certains matériaux diélectriques, il existe également des charges électriques libres, bien qu'en petite quantité. Des charges gratuites sont dues aux vibrations thermiques des électrons, c'est-à-dire Cependant, une augmentation de la température provoque dans certains cas le détachement des électrons du noyau, ce qui réduit les propriétés isolantes du matériau. Certains isolants sont caractérisés par un grand nombre d'électrons "arrachés", ce qui indique de mauvaises propriétés isolantes.

Le meilleur diélectrique est un vide complet, ce qui est très difficile à réaliser sur la planète Terre.

L'eau complètement purifiée a également des propriétés diélectriques élevées, mais cela n'existe même pas dans la réalité. Il convient de rappeler que la présence d'éventuelles impuretés dans le liquide lui confère les propriétés d'un conducteur.

Le principal critère de qualité de tout matériau diélectrique est le degré de conformité avec les fonctions qui lui sont assignées dans un circuit électrique particulier. Par exemple, si les propriétés du diélectrique sont telles que la fuite de courant est négligeable et ne cause aucun dommage au fonctionnement du circuit, alors le diélectrique est fiable.

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur ?

Une place intermédiaire entre les diélectriques et les conducteurs est occupée par les semi-conducteurs. La principale différence entre les conducteurs est la dépendance du degré de conductivité électrique à la température et à la quantité d'impuretés dans la composition. De plus, le matériau a les caractéristiques à la fois d'un diélectrique et d'un conducteur.

Avec l'augmentation de la température, la conductivité électrique des semi-conducteurs augmente et le degré de résistance diminue. Lorsque la température diminue, la résistance tend vers l'infini. Autrement dit, lorsque la température atteint zéro, les semi-conducteurs commencent à se comporter comme des isolants.

Les semi-conducteurs sont le silicium et le germanium.

La capacité à conduire le courant électrique caractérise la résistance électrique du bois. En général, l'impédance d'un échantillon de bois placé entre deux électrodes est définie comme la résultante de deux résistances : volumique et surfacique. La résistance volumique caractérise numériquement l'obstacle au passage du courant à travers l'épaisseur de l'échantillon, et la résistance superficielle détermine l'obstacle au passage du courant le long de la surface de l'échantillon. Les indicateurs de résistance électrique sont le volume spécifique et la résistance de surface. Le premier de ces indicateurs a la dimension d'ohm par centimètre (ohm x cm) et est numériquement égal à la résistance lorsque le courant traverse deux faces opposées d'un cube de 1X1X1 cm fait d'un matériau donné (bois). Le deuxième indicateur est mesuré en ohms et est numériquement égal à la résistance d'un carré de n'importe quelle taille à la surface d'un échantillon de bois lorsqu'un courant est appliqué aux électrodes qui limitent deux côtés opposés de ce carré. La conductivité électrique dépend du type de bois et de la direction du courant. A titre d'illustration de l'ordre de grandeur du volume et de la résistance de surface dans le tableau. certaines données sont fournies.

données comparatives sur le volume spécifique et la résistance superficielle du bois

Pour caractériser la conductivité électrique, la résistivité volumique est de la plus haute importance. La résistance dépend fortement de la teneur en humidité du bois. Lorsque la teneur en humidité du bois augmente, la résistance diminue. Une diminution particulièrement forte de la résistance est observée avec une augmentation de la teneur en humidité liée d'un état absolument sec à la limite d'hygroscopicité. Dans ce cas, la résistance volumique spécifique diminue des millions de fois. Une nouvelle augmentation de l'humidité ne fait que décupler la résistance. Ceci est illustré par les données du tableau.

résistance volumique spécifique du bois à l'état complètement sec

Élever	Résistance volumique spécifique, ohm x cm
Élever	à travers les fibres	le long des fibres
Pin	2,3 × 10 15	1,8 × 10 15
Épicéa	7,6 × 10 16	3,8 × 10 16
Cendre	3,3 × 10 16	3,8 × 10 15
Charme	8,0 × 10 16	1,3 × 10 15
Érable	6,6 × 10 17	3,3 × 10 17
Bouleau	5,1 × 10 16	2,3 × 10 16
Aulne	1,0 × 10 17	9,6 × 10 15
Tilleul	1,5 × 10 16	6,4 × 10 15
Tremble	1,7 × 10 16	8,0 × 10 15

influence de l'humidité sur la résistance électrique du bois

La résistance de surface du bois diminue également de manière significative avec l'augmentation de l'humidité. Une augmentation de la température entraîne une diminution de la résistance volumétrique du bois. Ainsi, la résistance du bois de faux bois avec une augmentation de température de 22-23° à 44-45°C (environ deux fois) chute de 2,5 fois, et du bois de hêtre avec une augmentation de température de 20-21° à 50°C - 3 fois. À des températures négatives, la résistance volumique du bois augmente. La résistance volumique spécifique le long des fibres d'échantillons de bouleau avec une teneur en humidité de 76% à une température de 0 ° C était de 1,2 x 10 7 ohm cm, et une fois refroidie à une température de -24 ° C, elle s'est avérée être de 1,02 x 10 8 ohm cm L'imprégnation du bois avec des antiseptiques minéraux (par exemple, le chlorure de zinc) réduit la résistivité, tandis que l'imprégnation avec de la créosote a peu d'effet sur la conductivité électrique. La conductivité électrique du bois est d'une importance pratique lorsqu'il est utilisé pour les poteaux de communication, les mâts de lignes de transmission à haute tension, les poignées d'outils électriques, etc. De plus, les humidimètres électriques sont basés sur la dépendance de la conductivité électrique à l'humidité du bois. contenu.

résistance électrique du bois

La résistance électrique est importante lors de l'évaluation du bois en tant que matériau électriquement isolant et se caractérise par une tension de claquage en volts par 1 cm d'épaisseur de matériau. La rigidité diélectrique du bois est faible et dépend de l'essence, de l'humidité, de la température et de la direction. Avec l'augmentation de l'humidité et de la température, elle diminue; le long des fibres, il est beaucoup plus bas qu'en travers. Les données sur la résistance électrique du bois le long et à travers les fibres sont données dans le tableau.

résistance électrique du bois le long et à travers les fibres

Avec une teneur en humidité du bois de pin de 10 %, on a obtenu la résistance électrique suivante en kilovolts pour 1 cm d'épaisseur : le long des fibres 16,8 ; dans la direction radiale 59.1 ; dans la direction tangentielle 77.3 (la détermination a été faite sur des éprouvettes de 3 mm d'épaisseur). Comme vous pouvez le voir, la résistance électrique du bois le long des fibres est environ 3,5 fois inférieure à celle à travers les fibres ; dans le sens radial, la résistance est moindre que dans le sens tangentiel, car les rayons du coeur réduisent la tension de claquage. L'augmentation de l'humidité de 8 à 15 % (d'un facteur 2) réduit la rigidité diélectrique à travers les fibres d'environ 3 fois (moyenne pour le hêtre, le bouleau et l'aulne).

La rigidité diélectrique (en kilovolts par 1 cm d'épaisseur) des autres matériaux est la suivante : mica 1500, verre 300, bakélite 200, paraffine 150, huile de transformateur 100, porcelaine 100. Afin d'augmenter la rigidité électrique du bois et de réduire conductivité lorsqu'il est utilisé dans l'industrie électrique comme isolant, il est imprégné d'huile siccative, d'huile de transformateur, de paraffine, de résines artificielles; L'efficacité d'une telle imprégnation ressort des données suivantes sur le bois de bouleau: l'imprégnation avec de l'huile siccative augmente la tension de claquage le long des fibres de 30%, avec de l'huile de transformateur - de 80%, avec de la paraffine - presque deux fois par rapport à la tension de claquage pour bois non imprégné séché à l'air.

propriétés diélectriques du bois

La valeur indiquant combien de fois la capacité du condensateur augmente si l'entrefer entre les plaques est remplacé par un joint de même épaisseur à partir d'un matériau donné est appelée la constante diélectrique de ce matériau. La constante diélectrique (constante diélectrique) pour certains matériaux est donnée dans le tableau.

permittivité de certains matériaux

Matériel		Bois	La constante diélectrique
Air	1,00	Epicéa sec : le long des fibres	3,06
		dans le sens tangentiel	1,98
Paraffine	2,00
		dans le sens radial	1,91
Porcelaine	5,73
Mica	7,1-7,7	Hêtre sec : dans le sens du grain	3,18
		dans le sens tangentiel	2,20
Marbre	8,34
		dans le sens radial	2,40
L'eau	80,1

Les données pour le bois montrent une différence notable entre la constante diélectrique le long et à travers les fibres; dans le même temps, la permittivité à travers les fibres dans les directions radiale et tangentielle diffère peu. La constante diélectrique dans un champ haute fréquence dépend de la fréquence du courant et de la teneur en humidité du bois. Avec l'augmentation de la fréquence du courant, la constante diélectrique du bois de hêtre le long des fibres à une teneur en humidité de 0 à 12 % diminue, ce qui est particulièrement visible pour une teneur en humidité de 12 %. Avec une augmentation de la teneur en humidité du bois de hêtre, la constante diélectrique le long des fibres augmente, ce qui est particulièrement visible à une fréquence de courant plus basse.

Dans un champ haute fréquence, le bois s'échauffe ; la raison de l'échauffement est les pertes de chaleur Joule à l'intérieur du diélectrique, qui se produisent sous l'influence d'un champ électromagnétique alternatif. Ce chauffage consomme une partie de l'énergie d'entrée dont la valeur est caractérisée par la tangente de perte.

La tangente de perte dépend de la direction du champ par rapport aux fibres : elle est environ deux fois plus grande le long des fibres qu'à travers les fibres. À travers les fibres dans les directions radiale et tangentielle, la tangente de perte diffère peu. La tangente de perte diélectrique, comme la constante diélectrique, dépend de la fréquence du courant et de la teneur en humidité du bois. Ainsi, pour du bois de hêtre absolument sec, la tangente de perte le long des fibres augmente d'abord avec une fréquence croissante, atteint un maximum à une fréquence de 10 7 Hz, après quoi elle recommence à diminuer. Dans le même temps, à une humidité de 12%, la tangente de perte chute fortement avec une fréquence croissante, atteint un minimum à une fréquence de 105 Hz, puis augmente tout aussi fortement.

tangente de perte maximale pour le bois sec

Avec une augmentation de la teneur en humidité du bois de hêtre, la tangente de perte le long des fibres augmente fortement aux fréquences basses (3 x 10 2 Hz) et hautes (10 9 Hz) et ne change presque pas à une fréquence de 10 6 -10 7 Hz.

Grâce à une étude comparative des propriétés diélectriques du bois de pin et de la cellulose, de la lignine et de la résine obtenue à partir de celui-ci, il a été constaté que ces propriétés sont déterminées principalement par la cellulose. Le chauffage du bois dans le domaine des courants à haute fréquence est utilisé dans les processus de séchage, d'imprégnation et de collage.

propriétés piézoélectriques du bois

Des charges électriques apparaissent à la surface de certains diélectriques sous l'action de contraintes mécaniques. Ce phénomène lié à la polarisation du diélectrique est appelé effet piézoélectrique direct. Les propriétés piézoélectriques ont été découvertes pour la première fois dans les cristaux de quartz, de tourmaline, de sel de Rochelle, etc. Ces matériaux ont également un effet piézoélectrique inverse, qui consiste dans le fait que leurs dimensions changent sous l'influence d'un champ électrique. Les plaques constituées de ces cristaux sont largement utilisées comme émetteurs et récepteurs dans la technologie des ultrasons.

Ces phénomènes se retrouvent non seulement dans les monocristaux, mais également dans un certain nombre d'autres matériaux solides anisotropes appelés textures piézoélectriques. Des propriétés piézoélectriques ont également été trouvées dans le bois. Il a été constaté que le principal vecteur des propriétés piézoélectriques du bois est son composant orienté - la cellulose. L'intensité de la polarisation du bois est proportionnelle à l'amplitude des contraintes mécaniques des forces externes appliquées ; le facteur de proportionnalité est appelé module piézoélectrique. L'étude quantitative de l'effet piézoélectrique se réduit donc à la détermination des valeurs des modules piézoélectriques. Du fait de l'anisotropie des propriétés mécaniques et piézoélectriques du bois, ces indicateurs dépendent de la direction des forces mécaniques et du vecteur de polarisation.

Le plus grand effet piézoélectrique est observé sous des charges de compression et de traction à un angle de 45° par rapport aux fibres. Les contraintes mécaniques dirigées strictement le long ou à travers les fibres ne provoquent pas d'effet piézoélectrique dans le bois. En tableau. les valeurs des modules piézoélectriques pour certaines roches sont données. L'effet piézoélectrique maximal est observé dans le bois sec, avec l'augmentation de l'humidité, il diminue, puis disparaît complètement. Ainsi, déjà à une humidité de 6-8%, l'ampleur de l'effet piézoélectrique est très faible. Avec une augmentation de la température à 100°C, la valeur du module piézoélectrique augmente. Avec une petite déformation élastique (module d'élasticité élevé) du bois, le module piézoélectrique diminue. Le module piézoélectrique dépend également d'un certain nombre d'autres facteurs ; cependant, l'orientation du composant cellulosique du bois a la plus grande influence sur sa valeur.

modules bois piézoélectriques

Le phénomène ouvert permet une étude plus approfondie de la structure fine du bois. Les indicateurs de l'effet piézoélectrique peuvent servir de caractéristiques quantitatives de l'orientation de la cellulose et sont donc très importants pour étudier l'anisotropie du bois naturel et des nouveaux matériaux en bois avec des propriétés spécifiées dans certaines directions.

En électricité, il existe trois principaux groupes de matériaux - ce sont les conducteurs, les semi-conducteurs et les diélectriques. Leur principale différence est la capacité à conduire le courant. Dans cet article, nous verrons comment ces types de matériaux diffèrent et comment ils se comportent dans un champ électrique.

Qu'est-ce qu'un chef d'orchestre

Une substance dans laquelle il y a des porteurs de charge libres est appelée un conducteur. Le mouvement des porteurs libres est appelé thermique. La principale caractéristique d'un conducteur est sa résistance (R) ou sa conductivité (G) - l'inverse de la résistance.

En termes simples, un conducteur conduit le courant.

Les métaux peuvent être attribués à de telles substances, mais si nous parlons de non-métaux, alors, par exemple, le carbone est un excellent conducteur, il a trouvé une application dans les contacts glissants, par exemple les balais de moteur. Sol humide, solutions de sels et d'acides dans l'eau, le corps humain conduit aussi le courant, mais leur conductivité électrique est souvent inférieure à celle du cuivre ou de l'aluminium par exemple.

Les métaux sont d'excellents conducteurs, tout de même en raison du grand nombre de porteurs de charge libres dans leur structure. Sous l'influence d'un champ électrique, les charges commencent à se déplacer, ainsi qu'à se redistribuer, on observe le phénomène d'induction électrostatique.

Qu'est-ce qu'un diélectrique

Les diélectriques sont des substances qui ne conduisent pas le courant, ou qui conduisent très mal. Il n'y a pas de porteurs de charge libres en eux, car la liaison des particules d'un atome est suffisamment forte pour former des porteurs libres, par conséquent, sous l'influence d'un champ électrique, aucun courant ne se produit dans le diélectrique.

Le gaz, le verre, la céramique, la porcelaine, certaines résines, la textolite, la carbolite, l'eau distillée, le bois sec, le caoutchouc sont des diélectriques et ne conduisent pas l'électricité. Dans la vie de tous les jours, les diélectriques se trouvent partout, par exemple, les appareils électriques, les interrupteurs électriques, les fiches, les prises, etc. en sont fabriqués. Dans les lignes électriques, les isolateurs sont constitués de diélectriques.

Cependant, en présence de certains facteurs, par exemple, un niveau d'humidité accru, une intensité de champ électrique supérieure à la valeur admissible, etc., conduisent au fait que le matériau commence à perdre ses fonctions diélectriques et devient conducteur. Parfois, vous pouvez entendre des phrases comme "panne de l'isolant" - c'est le phénomène décrit ci-dessus.

En bref, les principales propriétés d'un diélectrique dans le domaine de l'électricité sont l'isolation électrique. C'est la capacité d'empêcher la circulation du courant qui protège une personne contre les blessures électriques et autres problèmes. La principale caractéristique d'un diélectrique est la rigidité diélectrique - une valeur égale à sa tension de claquage.

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur

Un semi-conducteur conduit le courant électrique, mais pas comme les métaux, mais sous certaines conditions - la communication d'énergie à la substance dans les bonnes quantités. Cela est dû au fait qu'il y a trop peu de porteurs de charge libres (trous et électrons) ou qu'ils n'existent pas du tout, mais si vous appliquez une certaine quantité d'énergie, ils apparaîtront. L'énergie peut être de diverses formes - électrique, thermique. De plus, des trous libres et des électrons dans un semi-conducteur peuvent apparaître sous l'influence d'un rayonnement, par exemple dans le spectre UV.

Où sont utilisés les semi-conducteurs ? Des transistors, des thyristors, des diodes, des microcircuits, des LED, etc. en sont fabriqués. De tels matériaux comprennent le silicium, le germanium, des mélanges de différents matériaux, tels que l'arséniure de gallium, le sélénium, l'arsenic.

Pour comprendre pourquoi un semi-conducteur conduit l'électricité, mais pas comme les métaux, nous devons considérer ces matériaux du point de vue de la théorie des bandes.

Théorie des zones

La théorie des bandes décrit la présence ou l'absence de porteurs de charge libres, par rapport à certaines couches d'énergie. Le niveau ou couche d'énergie est la quantité d'énergie des électrons (noyaux d'atomes, molécules - particules simples), ils sont mesurés en valeur d'électronvolts (EV).

L'image ci-dessous montre trois types de matériaux avec leurs niveaux d'énergie :

Notez que dans un conducteur, les niveaux d'énergie de la bande de valence à la bande de conduction sont combinés dans un diagramme continu. La bande de conduction et la bande de valence se chevauchent, c'est ce qu'on appelle la bande de chevauchement. En fonction de la présence d'un champ électrique (tension), de la température et d'autres facteurs, le nombre d'électrons peut varier. Grâce à ce qui précède, les électrons peuvent se déplacer dans les conducteurs, même si vous leur donnez une quantité minimale d'énergie.

Un semi-conducteur a une certaine bande interdite entre la bande de valence et la bande de conduction. La bande interdite décrit la quantité d'énergie qui doit être transmise à un semi-conducteur pour que le courant commence à circuler.

Pour un diélectrique, le schéma est similaire à celui qui décrit les semi-conducteurs, mais la différence réside uniquement dans la bande interdite - elle est ici plusieurs fois plus grande. Les différences sont dues à la structure interne et à la substance.

Nous avons passé en revue les trois principaux types de matériaux et donné leurs exemples et caractéristiques. Leur principale différence est la capacité à conduire le courant. Par conséquent, chacun d'eux a trouvé sa propre portée: les conducteurs sont utilisés pour transmettre l'électricité, les diélectriques - pour isoler les pièces conductrices de courant, les semi-conducteurs - pour l'électronique. Nous espérons que les informations fournies vous ont aidé à comprendre ce que sont les conducteurs, les semi-conducteurs et les diélectriques dans un champ électrique, ainsi que leurs différences.

Le bois (bois) est un isolant : sa conductivité électrique est très faible à température ambiante, surtout si le bois est sec. Lorsqu'il est chauffé, le bois carbonise. Le charbon de bois (graphite avec un réseau partiellement désordonné) est un conducteur de courant électrique : loin d'être le meilleur, mais un conducteur. Notre expérience est basée sur le principe décrit. Nous prenons une ampoule de 220 V, allumons deux électrodes (clous, fil d'acier, etc.) en série avec elle, qui sont situées en parallèle à une distance d'environ 1-2 cm, nous branchons le tout dans une prise. La lampe, bien sûr, ne brûle pas, puisque le circuit est ouvert : les électrodes sont séparées par un centimètre d'air. Placez quelques allumettes sur les électrodes. Les allumettes connecteront les électrodes, mais le bois est un isolant, donc la lampe ne brûlera pas. Nous dirigeons la flamme d'un brûleur à gaz vers la lampe. Le bois s'enflammera et se carbonisera, le charbon reliera les deux électrodes, et comme le charbon est conducteur, le circuit se fermera et la lampe s'allumera. Le brûleur à gaz allumera la lampe.

Cela paraît simple, mais en pratique c'est un peu plus compliqué. Plusieurs nuances.

1. L'arbre doit être complètement carbonisé.

Le processus de carbonisation du bois diffère, par exemple, de la décomposition du carbonate de calcium (en oxyde de calcium et en dioxyde de carbone) en ce que la thermolyse du bois passe par plusieurs étapes. Nous ne sommes pas satisfaits des produits des étapes intermédiaires : la carbonisation du bois doit être complète. Un signe de ceci : l'arbre s'arrête de brûler - la flamme disparaît, l'arbre ne fait que couver (c'est-à-dire qu'il ne se forme plus de produits de thermolyse combustibles volatils).

2. Les allumettes peuvent se plier dans la flamme pendant le chauffage, entraînant une perte de contact avec les électrodes. Parfois, un chauffage supplémentaire aide : les allumettes se plient jusqu'à ce qu'elles touchent à nouveau l'électrode. (Il est possible que le processus de chauffage lui-même soit également important pour améliorer le contact). Il est nécessaire de ne pas en faire trop et de ne pas brûler complètement le charbon.

Lors du processus de carbonisation, les allumettes tombent souvent. Par conséquent, avant l'expérience, elles doivent être placées sur les électrodes de manière à ce qu'aucune extrémité ne l'emporte sur l'autre (les boucles sur les électrodes sont utiles - voir ci-dessous).

3. Dans certains cas, une allumette carbonisée peut être corrigée et pressée contre les électrodes avec une allumette ordinaire - pour rétablir le contact. Il est conseillé de réaliser des électrodes avec des "boucles" aux extrémités, et d'insérer des allumettes dans les boucles : cela améliore le contact.

4. Pendant l'expérience, les électrodes sont recouvertes de tartre et de suie. Entre les expériences, il est souhaitable de les nettoyer pour améliorer le contact (apparemment, ce n'est pas nécessaire).

5. Pendant l'expérience, les électrodes nues sont alimentées à 220 V. L'expérimentateur doit manipuler ces électrodes à plusieurs reprises : y placer des allumettes, corriger les allumettes carbonisées, démontrer au multimètre que les électrodes sont alimentées, etc. Toutes les expériences ne se passent pas bien, donc les procédures de routine doivent être répétées encore et encore. En conséquence, il est facile d'oublier que les électrodes sont sous tension et de les toucher accidentellement.

Au cours des expériences, j'ai touché deux fois les électrodes sous tension. Une fois - avec les mains moites, debout pieds nus sur du linoléum. La paume a tremblé, j'ai lâché la pince et j'ai prononcé quelques mots "culturels". La deuxième fois, je n'ai rien ressenti du tout. - C'est facile.

Mais si une personne touche simultanément des fils nus et des objets mis à la terre (conduite d'eau, batterie de chauffage central, etc.), le résultat peut être fatal. C'est particulièrement mauvais si les mains sont mouillées, car. la résistance électrique du corps humain est concentrée principalement dans la peau.

Donc, il y a une lampe 220 V dans le circuit, deux électrodes sont connectées en série avec elle. Le rôle des électrodes dans diverses expériences a été joué par des clous, de gros trombones et du fil d'acier. Les électrodes sont disposées en parallèle et au même niveau (afin de pouvoir poser dessus des allumettes ou des morceaux de bois). Pour prouver que le circuit est sous tension, je connecte les électrodes avec un tournevis. La lampe s'allume vivement. Je retire le tournevis - la lampe s'éteint.

Je mets plusieurs allumettes sur les électrodes pour qu'elles les relient. La lampe ne brûle pas car le bois est un isolant. Je dirige la flamme du brûleur sur les allumettes en les carbonisant uniformément sur toute la longueur. Lorsqu'il reste des charbons rouges des allumettes, le circuit se ferme, la lampe s'allume. Au point de contact de l'allumette avec les électrodes, un arc électrique bleuâtre clignote souvent, l'allumette elle-même à certains endroits reste rouge. Ceci est accompagné d'un craquement caractéristique. Au bout de quelques secondes ou dizaines de secondes, l'allumette grille, le contact est perdu, la lampe s'éteint. Mais souvent, le contact est rétabli à de nouveaux endroits, l'arc clignote à nouveau, des étincelles et des craquements apparaissent. La lampe s'allume à nouveau : tantôt vivement et presque uniformément, tantôt faiblement et avec des flashs (selon la qualité du contact). Si nécessaire, les allumettes carbonisées sont corrigées et pressées contre les électrodes avec une allumette non brûlée. Si cela ne fonctionne pas, ils dirigent la flamme du brûleur vers les allumettes carbonisées.

Si vous le souhaitez, 3-4 matchs ou 1-2 peuvent être utilisés dans l'expérience.