דוגמה לבידוד חשמל
פיזיקה / / November 13, 2021
מבודדי חשמל
ה מבודדי חשמל הם חומרים המונעים מעבר חשמל דרכם. תכונה זו משמשת להגנה על מעגלים וחיבורים חשמליים.
חשמל נוצר על ידי אותן תופעות פיזיקליות בהן יש מטענים חשמליים שיכולים להיות סטטיים, או לזרום דרך מדיום.
חומרים שדרכם זרם חשמלי יכול להסתובב בקושי גדול או פחות נקראים מוליכים.
חומרים המונעים מעבר חשמל נקראים מבודדים או דיאלקטריים.
חומרים מוליכים הם כאלה שבתצורתם האלקטרונית יש אלקטרונים יכול להיות מנותק בקלות, מה שגורם לחשמל לזרום בקלות דרך זה חומר. מתכות, כמה תחמוצות ואלקטרוליטים הם מוליכים לחשמל.
ה חומרי בידוד הם חומרים שבהם המבנים האלקטרוניים שלהם חזקים יותר, ואלקטרונים כמעט ואינם מנותקים ממסלולים חיצוניים, כך מציעים עמידות גבוהה למעבר זרם חשמלי, מניעה בתנאים מסוימים שהחשמל לא עובר. חלק מחומרים אלה הם אוויר, זכוכית, קרמיקה או פלסטיק.
הפונקציות העיקריות של מבודדים הן:
בינוני. נעשה שימוש בלוחות חומר בידוד מכוסים על אחד או שניהם על ידי שכבת מתכת מוליכה, בדרך כלל נחושת. הם משמשים כתמיכה לרכיבים האלקטרוניים ולמעגלים שנוצרים. חומרים אלה הם שילובים של סיבים ופלסטיקה שנועדו לעמוד בטמפרטורות גבוהות ולא להישרף.
מניעת קשת. אם המסילות שנוצרו עם הלוח המוליך של תומך מעגל היו נחשפות, יהיו שני חסרונות: בשל קרבתם של כמה מוליכים זה לזה, עלולות להתרחש קשתות קטנות, מה שיגרום לתקלה במערכת מעגל חשמלי. מצד שני, חשיפה לאוויר ומזהמים עלולה לגרום לחמצון של החלק המוליך, וכתוצאה מכך התדרדרות ופירוק המעגלים. כדי להימנע מאי הנוחות הללו, ברגע שמייצרים את המעגלים, מוגנות הנקודות בהן יורכבו הרכיבים הם מקבלים אמבטיה של לכה מבודדת, שמלבד היותה מוליכה גרועה של חשמל, עמידה בפני חום ו שְׂרֵפָה.
בידוד מוליכים. חוטים וכבלים מתכתיים יכולים להוביל חשמל מנקודה אחת לשנייה, ויש את האוויר ביניהם כמבודד היחיד. עם זאת, נסיבות מסוימות יכולות להשפיע עליהם ולגרום לקצר חשמלי, כמו טיוטות שיכול לגרום להם להתנגש זה בזה, או עודף מתח חשמלי, שעלול לגרום לקשתות בין הֵם. לכן מוליכים חשמליים בצורת חוטים וכבלים מוגנים עם שכבת בידוד סביבם. שכבות אלה עשויות מפלסטיק PVC, אם כי לפני כן נעשה שימוש בפלסטיק גמיש אחר, ואפילו מבדים נגד להבה.
בידוד קשרים. כאשר אנו מצטרפים לקצוות של שני מוליכים בכדי לתת המשכיות או להאריך חיבור חשמלי, עלינו להגן על המפרק בעזרת סרט בידוד כלשהו. כיום משתמשים בסרטי דבק מסוג PVC, בד מפלסטיק וסרטי בידוד חום, המונחים על החיבור ומחוממים כך שיתאימו לחיבור לבידוד.
למרות שמבודדים מטרתם למנוע הולכת חשמל, כאשר יש זרימה מופרז (עוצמה גבוהה), או הפרש פוטנציאל גדול (מתח גבוה), המבודדים מגיעים ל שקוראים לו נקודת שבירה דיאלקטרית, שהיא הנקודה בה חומר בידוד יכול להוביל חשמל.
יכולת הבידוד ונקודת השבירה הדיאלקטרית שונות עבור כל חומר. לדוגמא, אם יש לנו שני מוליכים חשמליים שקצותיהם זה מזה 4 מ"מ, ואנחנו מרימים זרם קטן, למשל, 12 וולט, עם גבוה כמו 20 A, עם אוויר רק בין שני הקצוות, מכיוון שיש לו נקודת פירוק דיאלקטרית נמוכה, תיווצר קשת עם מעבר ה נוֹכְחִי. אם נציב חומר אחר, כמו עץ, קשת לא תיווצר, עד שעוצמת הזרם תגיע לנקודת פירוק הדיאלקטרי של העץ.
זו הסיבה לכך שכבלים חשמליים מסחריים מודפסים עליהם מתח וחשמל, שהם ערכי בטיחות העבודה המרביים עבור אותו מוליך.
דוגמה למבודדי חשמל:
בידוד תרמו-פורמלי: הם מבודדים בצורה של רצועה או צינור, המונחים על צומת המוליכים, ומופעל עליהם חום, המתאים לחיבור שנוצר. יתרונות: זה מתאים על החיבור לבידוד וחוסך מקום, מגביר את קשיחות המפרק; ניתן גם לחתוך אותו לאורך גילוח, כדי להסיר אותו, הוא לא משאיר שום שאריות. חסרונות: זה הרבה יותר יקר מקלטות חשמל.
אוויר. יתרונות: מקל על יצירת ושליטה בחיבורים. חסרון: יש לו נקודת פירוק דיאלקטרית נמוכה, כך שניתן ליצור קשתות.
זכוכית. יתרונות: הוא מבודד טוב ושקיפותו או שקיפותו מאפשרים לראות את החיבורים והוא מתנגד לטמפרטורות גבוהות מאוד. חסרון: במקרים מסוימים זה יכול להיות שביר כשהוא מזועזע.
עץ. יתרונות: זול יחסית, תוכלו לבודד את עצמכם כנדרש. חסרונות: הוא דליק, כך שהוא אינו עומד במעגלים עם עומסים גבוהים.
קלטות בידוד. יתרונות: הם לא יקרים, הם יכולים להיות עשויים מבד או PVC, יש להם צד דבק, המאפשר לו להיצמד ולהתעטף ביתר קלות סביב המוליכים. בנוסף, יש להם עמידות לטמפרטורה. חסרונות: עם הזמן הדבק נוטה להידרדר ולהתקלף, תוך השארת החוט או הכבלים דביקים, מה שעלול להשפיע על החיבור.
לכה. יתרונות: לכות בידוד שימושיות מאוד למניעת קורוזיה ובידוד מעגלים; הם משמשים גם כדי למנוע תנועות של פיתולי מנוע לנוע. חסרונות: הם מיועדים לשימוש מיוחד לתעשייה או לתיקון, ולא לשימוש יומיומי.
קֵרָמִיקָה. יתרונות: עמיד בפני טמפרטורות גבוהות מאוד. זהו מבודד טוב והשקיפות או השקיפות שלו מאפשרים לך לראות את הקשרים. חסרון: במקרים מסוימים זה יכול להיות שביר כשהוא מזועזע.
שעווה ופרפין. יתרון: הוא יכול למלא בלוקים הדורשים בידוד ולכסות מעגלים. הוא משמש גם באמצעות הספגת נייר שקשור או מודבק לחיבור. חסרון: נמס עם טמפרטורה; אם הוא גבוה מדי, הוא עלול להתלקח.