Что такое изолятор: Изолятор — это… Что такое Изолятор?

Изолятор — это… Что такое Изолятор?

ИЗОЛЯТОР — в электротехнике непроводник электр. тока (см. Диэлектрик), в более узком смысле конструкция для электр. изоляции проводов, шин и других частей электр. устройств, находящихся под напряжением. Материалом для И. обычно служит фарфор. В зависимости… …   Технический железнодорожный словарь

изолятор — Изделие, служащее для электрической изоляции и механического крепления частей электрических устройств, находящихся под разными потенциалами [ГОСТ 21962 76] изолятор Электротехническое устройство, предназначенное для электрической изоляции и… …   Справочник технического переводчика

ИЗОЛЯТОР — всякое тело, не проводящее электричества; употребляется дли разобщения проводников, для изоляции. В частности: фарфоровые колпачки, стеклянные ролики, вокруг котор. обматываются и через котор. проходят проволоки телеграфа, телефона и проч. Полный …   Словарь иностранных слов русского языка

ИЗОЛЯТОР — ИЗОЛЯТОР, изолятора, муж. 1. Изолирующий предмет, изолирующее вещество (см. изолировать в 3 знач.; физ., тех.). Каучук, фарфор и стекло являются хорошими изоляторами. 2. Стеклянный или фарфоровый ролик для электрических проводов (тех.). 3.… …   Толковый словарь Ушакова

изолятор — непроводник, бокс, ролик Словарь русских синонимов. изолятор сущ., кол во синонимов: 21 • аквариум (6) • берри …   Словарь синонимов

ИЗОЛЯТОР — в медицине см. Бокс …   Большой Энциклопедический словарь

ИЗОЛЯТОР — (от франц. isoler разобщать) 1) вещество с очень большим удельным электрическим сопротивлением (диэлектрик)2)] Устройство, предотвращающее образование электрического контакта и во многих случаях обеспечивающее также механическую связь между… …   Большой Энциклопедический словарь

ИЗОЛЯТОР — ИЗОЛЯТОР, а, муж. 1. То же, что диэлектрик, а также вещество, плохо проводящее тепло (спец.). 2. Электротехническое устройство для изоляции частей электрооборудования. Подвесной и. Аппаратный и. 3. Особое помещение для больных или других лиц,… …   Толковый словарь Ожегова

ИЗОЛЯТОР — (Insulator) 1. Тело, плохо проводящее электричество (см. Диэлектрики). 2. Колоколообразные или иной более сложной формы приборы, изготовляемые из фарфора, стекла, бакелита и др. изоляционных материалов, предназначенные для воздушного подвешивания …   Морской словарь

ИЗОЛЯТОР — (от франц. isolation разобщенность), понятие, говорящее о полной разобщенности с остальным миром. В мед. практике слово И. нашло себе разнообразное при менениев различных формах преимущественно стационарного содержания б ных и здоровых людей,… …   Большая медицинская энциклопедия

ИЗОЛЯТОР — (1) вещество с очень высоким удельным электрическим сопротивлением (см. () устройство или материалы, предотвращающие возможность электрического контакта и во многих случаях обеспечивающие также механическую связь между частями электрооборудования …   Большая политехническая энциклопедия

Типы изоляторов воздушных линий электропередачи

Вступление

Для закрепления проводов воздушных линий электропередач на опорах выпускаются и используются специальные диэлектрические изделия, называемые изоляторы. Про типы изоляторов воздушных линий электропередачи пойдёт речь в этой статье. В статье использованы материалы Компании «БИНАБИ», занимающейся поставкой высоковольтного оборудования, кабельно–проводниковой продукции, арматуры для СИП и ВЛ. Сайт компании https://binabi.ru/izolyatory/.

Что такое изоляторы

Изоляторы в аббревиатуре обозначений и маркировок этих электротехнических изделий обозначаются буквой «И».

Нужны изоляторы для изолированного крепления проводов линий электропередачи или проводов контактных сетей или шин и проводов в распределительных устройствах.

В основном используются для не изолированных проводов типа АС в ЛЭП и электротехнических шин ШМТ. Могут использоваться для крепления изолированных проводов СИП в ВЛИ.

Типы изоляторов по материалам

Для изготовления этих изделий используют довольно банальные, но от этого не менее функциональные и надёжные диэлектрические материалы: стекло, фарфор и полимеры. Последние из-за ряда особенностей композитного материала не используются на воздушных линиях электропередачи свыше 220 кВ.

Итак по материалу изоляторы ВЛ могут быть:

• Стеклянными;
• Фарфоровыми;
• Полимерными.

Изоляторы из стекла

Сразу отметим, что изоляторы из стекла стоят дороже аналогичных изделий из фарфора, но имеют перед ними ряд преимуществ.

Так как стеклянные изоляторы прозрачны и на них легко визуально обнаружить повреждения, в том числе внутренние, изолирующих тарелок. Это позволяет не проводить частых испытаний напряжением и упрощает обслуживание ЛЭП.

Фарфоровые изоляторы

Традиционные изоляторы не меняющиеся уже много лет. Имея все необходимые характеристики: диэлектрика, абсолютная прочность на изгиб, не горючесть, водонепроницаемость, «равнодушие» к ультрафиолету, они имеют преимущество по цене.

К недостаткам относим повышенную хрупкость, которая усиливает требования по безопасной упаковке и транспортировке.

Полимерные изоляторы

Изоляторы из композитов пока не используются в линиях электропередачи свыше 220 кВ. Это связано со всеми недостатками присущими полимерам.

Они изгибаются при продольных нагрузках;

• Боятся ультрафиолета;
• Стареют со временем;
• От температуры теряют механическую прочность;
• Скрытые дефекты полимерных изоляторов трудно обнаружить.

Типы изоляторов по назначению

Кроме деления изоляторов по материалу изготовления, есть типы изоляторов по назначению. Это изоляторы:

• Штыревые;
• Подвесные;
• Опорные;
• Проходные;
• Стержневые.

Изоляторы штыревые (ИШ)

С помощью штыревых изоляторов неизолированные провода АС и изолированные провода СИП-3 крепят к траверсам опор.

Подвесные изоляторы (ПС, ПСД, ПСВ)

Данные изоляторы подвешивают на опоры ВЛЭП для крепления методом подвеса проводов и кабелей. Чаще изготавливают из закалённого стекла.

Изоляторы опорные (ИО, ИОР, СА, ОНШП)

Данные изоляторы используют в распределительных установках и другом электрооборудовании для закрепления токопроводящих элементов.  Работают на участках от 6 до 35 кВ.

Проходные изоляторы (ИП, ИПУ)

При необходимости провести провод или шину через стену, например, на вводе в подстанцию, используют проходные изоляторы.

Стержневые изоляторы (ИС, ИОС)

Опорно–стержневые (ИОС) и стержневые (ИС) изоляторы используются на электрических станциях и подстанциях напряжений больше 1000 Вольт. Изготавливаются из фарфора или стекла. Монтируется вертикально, имеет характерные винтовые ребра. Фото выше в опорных изоляторах.

Изоляторы для частного дома

Существуют отдельные типы изоляторов используемых в электрике частного дома. Например,

Изоляторы керамические для открытой проводки в стиле «Ретро».

Керамические изоляторы для электрического ввода в дом, монтируются на крюках или траверсах.

Заключение

Типы изоляторов воздушных линий электропередачи насчитывают десятки наименований. Выбирать изоляторы нужно по напряжению линии, и месту использования, включая климатические условия и загрязнение среды.

©ehto.ru

Еще статьи

сроки, передача, правила внутреннего распорядка

Чтобы изолировать человека от общества, для которого он стал опасен, совершив преступное деяние, в учреждении пенитенциарной системы необходимо решение органа правосудия. А для этого дело должно быть передано в суд. До того момента пока судебный процесс начнется, органам следствия и розыска необходимо выполнить большой объем работ, а дознавателям предстоит узнать у задержанного множество деталей содеянного.

Все это время лицо, подозреваемое в совершении преступления или пойманное с поличным, должно содержаться под охраной, дабы избежать его сокрытия и последующего длительного розыска. Для подобных целей, а также для лиц, отбывающих административное наказание, предусмотрены изоляторы временного содержания (далее – ИВС) в структуре МВД.

Что такое изолятор временного содержания?

Изоляторы такого рода предназначены для содержания задержанных, в отношении которых не избрана мера пресечения, а значит их водворение в учреждение, предназначенное для изолирования подследственных недопустимо. Помимо задержанных по различным причинам граждан в ИВС содержаться:

• те, кому предписано отбытие административного наказания в пределах 15 суток;
• переведенные из СИЗО на период проведение следственных мероприятий, если его размещение является удаленным и ежедневные переезды не оправданы.

Об особенностях несения службы в ИВС рассказывает этот видеосюжет:

Сроки

Первичный срок содержания в изоляторе временного содержания (ИВС), исчисляемый с момента доставки к сотруднику, ведущему следствие или осуществляющему дознание, не может превышать двух полных суток, после чего надлежит выполнить одно из процессуальных действий:

1. Вынести постановление органа правосудия об аресте, как мере пресечения и осуществить перевод в СИЗО.
2. Продлить решением органа правосудия период изоляции ещё на трое полных суток, так как суммарная продолжительность не должна превысить 120 часов.
3. Освободить из-под стражи.

Лица, переведенные из СИЗО для реализации следственных мероприятий, не могут находиться в ИВС дольше 10 дней в одном календарном месяце, однако суммарная непрерывная продолжительность пребывания может достигнуть 20 дней. Для этого потребуется оформление различных переводов, для первого из которых последний день соответствует крайнему дню текущего месяца, а первый день следующего срока совпадает с первым днем следующего месяца.

О том, какие условия и правила содержания в следственном изоляторе временного содержания подозреваемых и обвиняемых, ИВС, расскажем ниже.

Спальное место в изоляторе временного содержания (фото)

Содержание в ИВС

Характер содержания в изоляторе, находящемся в ведении МВД, является тюремным, то есть задержанные субъекты находятся в запертых камерах, которые зачастую не оснащены санитарными приборами, а из обстановки имеют только места для спанья. Период пребывания в ИВС не продолжительный, поэтому такие мероприятия, как прогулки, культурный досуг и прочие льготы доступные обитателям колоний, реализуются только при наличии оборудованных помещений.

Условия содержания достаточно жесткие, что необходимо для предотвращения побега и сговора задержанных, поэтому перемещение без сопровождения недопустимо, а с наступлением темного времени суток камеры освещаются до тех пор, пока не рассветет.

Более подробно об особенностях содержания в ИВС расскажет это видео:

Общие нормы

Ограниченное число мест в камерах при отделах полиции зачастую становится причиной их переполнения при наплывах задержанных, которые обычно наблюдаются в праздничные и выходные дни. Средние и крупные ИВС оборудуемые в подвальных помещениях или отдельных зданиях соответственно, обычно лишены подобного недостатка и оборудуются согласно действующих правил, а именно:

• имеют количество спальных и посадочных мест за общим столом соответствующее числу задержанных;
• снабжаются санитарными приборами и принадлежностями для умывания;
• оборудуются шкафами для хранения одежды и тазами для её стирки;
• снабжены светильниками для разного времени суток, приточно-вытяжной вентиляцией;
• имеют бак с питьевой водой, радиодинамик, кнопку вызовы дежурного и пр.

Помимо обстановки, позволяющей удовлетворять первичные потребности, правила пребывания в ИВС подразумевают выдачу каждому арестанту:

• хозяйственного мыла;
• периодической печати, при наличии у администрации средств на её приобретение;
• бумаги для целей гигиены;
• настольных игр;
• инвентаря и предметов для уборки в камере;
• предметов для шитья.

Про порядок содержания в изоляторах временного содержания и про правила внутреннего распорядка поговорим далее.

Порядок приема задержанных

Прием задержанных в изолятор для их временного содержания под стражей осуществляется в непрерывном режиме, то есть в любые дни недели и время суток. При первичном осмотре производится опрос поступившего субъекта на предмет соответствия сопроводительных документов и удостоверения личности его показаниям.

Наличие телесных повреждений является основанием для оформления соответствующего акта, в котором фиксируются характер и тяжесть ущерба физическому благосостоянию. Если состояние поступившего требует медицинской помощи, то в приеме будет отказано, а задержанный должен быть госпитализирован под охраной сотрудников полиции.

Процедура приемки включает в себя также выполнение фотографирования, снятие отпечатков пальцев и тщательный личный досмотр, в том числе тела задержанного и его одежды, которая может быть вспорота, а обувь разобрана, если возникнут подозрения в проносе недозволенных вещей. Личный досмотр лиц, доставленных в ИВС, включает в себя снятие и изучение протезов, гипсов и наложенных повязок, а также осмотр внутренних полостей на предмет инородных предметов.

Все вещи вновь поступивших арестантов подлежат дезинфекции, а сами они помывке в бани или душе, за исключением больных педикулезом, которым надлежит пройти санитарную обработку.

Правила внутреннего распорядка

Основную часть времени лица, содержащиеся в ИВС, проводят в пределах запертых камер, покидая их по следующим причинам:

1. Для ежедневной прогулки, если имеется обрадованная территория или помещение, которая продолжается не менее часа для взрослых и двух часов – для подростков, но может быть прервана досрочно по желанию задержанного.
2. Для свиданий с адвокатом, которые могут происходить ежедневно, продолжаясь при этом не менее 2-х часов.
3. Для общения с близким и родственниками, если орган следствия или дознания даст разрешение, но не более двух раз в месяц и не длительнее 3-х часов.
4. Для приема горячего душа или посещения бани, которые реализуются еженедельно.
5. Для участия в следственных мероприятиях, работы с дознавателем и следователем, реализации прочих процессуальных процедур.
6. Несовершеннолетние могут отлучаться для обучения под руководством приглашённых преподавателей, если такая мера будет признана необходимой.

Организация деятельности изоляторов временного содержания, ИВС, предполагает разные режимы, о чем и поговорим далее.

Режим

Для соблюдения прав задержанных граждан правила функционирования ИВС регламентируют ограничения по совместному содержанию различных субъектов, а именно:

• лиц слабого и сильного пола;
• подростков и взрослых, кроме задержанных впервые за не слишком тяжкие проступки;
• сотрудников властных структур и уголовников;
• допустивших проступок впервые и подозреваемых в рецидиве;
• находящихся под подозрением и уже осужденных;
• субъектов, проходящих фигурантами по одному или смежным уголовным делам;

Отдельному содержанию подлежат субъекты, подозреваемые в совершения ряда тяжких преступлений, в том числе против отдельных граждан или значимых социальных ценностей.

В ИВС допускается даже содержание матерей с грудными детьми, если будет надлежащее постановление прокурора, а родственная связь подтвердится документально. Для такой категории задержанных предоставляется дополнительная мебель (кроватка) и средства гигиены, а содержание, при наличии возможности, организуется отдельно от остального контингента.

Более подробно о режиме и условиях содержания в ИВС расскажет видео ниже:

Освобождение

Освобождение из ИВС возможно в двух случаях:

1. При окончании срока обоснованного задержания и не продлении санкции соответствующим постановлением суда.
2. По постановлению прокурора или следователя, а также по решению органа правосудия.

О том, как и что можно передать в изолятор временного содержания, каков порядок и надо ли писать заявление в ИВС на передачу, расскажем ниже.

Передача

Получать все необходимые в обиходе или для частных нужд вещи и предметы, содержащиеся в ИВС, граждане могут посредством передач, количество которых не ограничено, при этом суммарный вес отправлений не должен превышать 30 кг и содержать запрещенную номенклатуру. Ограничения по максимальному ежемесячному весу передач не распространяется на лиц:

• не достигших полного совершеннолетия, то есть 18-летнего возраста;
• имеющих медицинскую справку, подтверждающую наличие тяжкого заболевания;
• слабого пола, вынашивающих ребенка, либо отбывающих задержание совместно с грудничком.

Подросткам разрешается дополнительно к перечню допускаемых продуктов и предметов, получать передачи, содержащие в своем составе учебники, литературу, пособия и канцелярские принадлежности, которые необходимы им для продолжения образовательного процесса.

Номенклатура допустимая для передач находится в открытом доступе в помещении ИВС, где осуществляется приёмка отправлений, при передаче которых производится их досмотр и взвешивание.

• Лицам, которым в силу поведения во время содержания в ИВС вменено содержание в карцере, запрещено получать передачи, сохраняемые до окончания дисциплинарного наказания и передаваемые после возврата в общую камеру.
• Какие-либо передачи при свиданиях с родственниками или адвокатом не допускаются, а при их выявлении общение с посетителем будет прекращено досрочно.
• Передачи между камерами или осужденными контрафактных и запрещенных продуктов и предметов не допускаются, а при выявлении подобных фактов могут быть приняты меры дисциплинарного характера.

Слово ИЗОЛЯТОР — Что такое ИЗОЛЯТОР?

Слово состоит из 8 букв: первая и, вторая з, третья о, четвёртая л, пятая я, шестая т, седьмая о, последняя р,

Слово изолятор английскими буквами(транслитом) — izolyator

Значения слова изолятор.

Что такое изолятор?

Изолятор

ИЗОЛЯТОР — специально оборудованное помещение для изоляции инфекционных больных, а также лиц, у к-рых подозревается инфекционное заболевание, и соприкасавшихся с ними лиц, представляющих эпидемическую опасность для окружающих.

Краткая медицинская энциклопедия. — М., 1989

Изолятор I Изоля́тор специально оборудованное помещение для временного размещения инфекционных больных, а также лиц, у которых подозревают инфекционную болезнь, и общавшихся с ними, представляющих эпидемическую опасность для окружающих, — см.

Медицинская эциклопедия

ИЗОЛЯТОР — помещение, в к-рое заразнобольные или подозрительные по заболеванию жив. и птицы отделяются от здоровых. Немедленная изоляция заболевших жив. до прибытия ветспециалиста-одна из важнейших мер борьбы с заразными болезнями жив. и птиц…

Сельскохозяйственный энциклопедический словарь. — 1989

ИЗОЛЯТОР в электротехнике— непроводник электр. тока (см. Диэлектрик), в более узком смысле — конструкция для электр. изоляции проводов, шин и других частей электр. устройств, находящихся под напряжением.

Технический железнодорожный словарь. — 1941

ИЗОЛЯТОР — в электротехнике— непроводник электр. тока (см. Диэлектрик), в более узком смысле — конструкция для электр. изоляции проводов, шин и других частей электр. устройств, находящихся под напряжением.

Технический железнодорожный словарь. — 1941

Изолятор электрический, устройство для электрической изоляции и механической связи частей электрического устройства, находящихся под различными электрическими потенциалами.

БСЭ. — 1969—1978

ИЗОЛЯТОР (франц. isolateur, от isoler — отделять, разобщать), помещение для обособленного содержания (изоляции) больных заразными болезнями и подозрительных по заболеванию животных.

https

ИЗОЛЯТОР (франц. isolateur, от isoler — отделять, разобщать), помещение для содержания больных и подозрительных по заболеванию заразными болезнями. Входит в состав вет. лечебниц и леч. сан. пунктов.

https

Изоляторы

Изоляторы (электр.). — В первое время развития сведений об электричестве (XVII ст.) все тела, по отношению к электричеству, были разделены на две большие группы: на тела идиоэлектрические, способные электризоваться трением, и тела анэлектрические…

Энциклопедический словарь Ф. А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — 1890-1907

Изоляторы Изоляторы специальные помещения, группа помещений, отделения, служащие для размещения людей, к-рые могут послужить источником распространения инфекц.

Словарь микробиологии

Изолятор временного содержания

ИЗОЛЯТОР ВРЕМЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ — помещение, оборудованное для содержания в нем преимущественно лиц, задержанных по подозрению в совершении преступлений.

Энциклопедический словарь конституционного права «Норма». — 2000

Изолятор временного содержания (ИВС, ранее — камера предварительного заключения, КПЗ) — В СССР, Российской Федерации, Украине и других странах постсоветского пространства — места заключения (камеры)…

ru.wikipedia.org

ИЗОЛЯТОР ВРЕМЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ -помещение, предназначенное для содержания под стражей задержанных по подозрению в совершении преступлений. В И.в.с. в случаях, предусмотренных законодательством, могут временно содержаться подозреваемые и обвиняемые…

Словарь экономики и права. — 2005

Изоляторы временного содержания

ИЗОЛЯТОРЫ ВРЕМЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ — места, предназначенные для содержания под стражей задержанных по подозрению в совершении преступлений. В случаях, предусмотренных законодательством, в И.в.с. могут временно содержаться подозреваемые и обвиняемые…

Словарь юридических терминов. — 2000

ИЗОЛЯТОРЫ ВРЕМЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ — места, предназначенные для содержания под стражей задержанных по подозрению в совершении преступлений. В И.в.с. в случаях, предусмотренных законодательством, могут временно содержаться подозреваемые и обвиняемые…

Энциклопедия юриста. — 2005

Изоляторы временного содержания — места, предназначенные для содержания под стражей задержанных по подозрению в совершении преступлений. В изоляторах временного содержания могут временно содержаться подозреваемые и обвиняемые…

Словарь финансовых терминов

Сетевой изолятор

Сетевые изоляторы создают внутри медной линии передачи данных Ethernet гальваническую развязку с повышенной диэлектрической прочностью. В ней, по принципу электромагнитной индукции…

ru.wikipedia.org

Линейный изолятор

Лине́йный изоля́тор — устройство для подвешивания и изоляции проводов и кабелей на опорах воздушной линии электропередачи (ВЛ). Электрические изоляторы классифицируются по назначению, конструктивному исполнению, материалу изготовления…

ru.wikipedia.org

Следственный изолятор

Сле́дственный изоля́тор (СИЗО) — пенитенциарное учреждение (место содержания под стражей), обеспечивающее изоляцию следующих категорий подозреваемых, обвиняемых, подсудимых и осуждённых. ..

ru.wikipedia.org

СЛЕДСТВЕННЫЙ ИЗОЛЯТОР (СИЗО) — охраняемое помещение преимущественно тюремного типа, специально оборудованное для содержания в нем подозреваемых и обвиняемых в совершении преступления, заключенных под стражу по уголовным делам…

Энциклопедический словарь конституционного права «Норма». — 2000

СЛЕДСТВЕННЫЙ ИЗОЛЯТОР (СИЗО) охраняемое помещение преимущественно тюремного типа, специально оборудованное для содержания в нем подозреваемых и обвиняемых в совершении преступления, заключенных под стражу по уголовным делам…

Энциклопедический словарь конституционного права. — 2011

Русский язык

Изоля́тор, -а.

Орфографический словарь. — 2004

Изол/я́тор/.

Морфемно-орфографический словарь. — 2002

---

Примеры употребления слова изолятор

Защита Витаса не исключает, что певец может попасть в следственный изолятор.

Все они приговорены судом не более чем к пяти годам заключения и попали в изолятор впервые.

Инцидент произошел около 17:00 мск при этапировании из отдела полиции в следственный изолятор.

Предотвращена попытка доставки крупной партии запрещенных предметов в следственный изолятор г.

Николае Викол был арестован 15 февраля и был помещен в тюремный изолятор Центра борьбы с коррупцией.

16 апреля этого года Татишев был задержан и водворен в изолятор временного содержания города Алматы.

29 апреля футболиста задержали и поместили в изолятор временного содержания для несовершеннолетних.

---

1. изолью
2. изолюкс
3. изоляторный
4. изолятор
5. изоляционизм
6. изоляционистский
7. изоляционист

Изоляторы ЛЭП, воздушные линии электропередач изоляторы

Изоляторы ЛЭП Классификация изоляторов ЛЭП Предлагаем к реализации изоляторы ЛЭП различного назначения, конструктивного исполнения и условий эксплуатации. Конструкцией и назначением отличаются, к примеру, опорные, такелажные, защитные и проходные устройства. Различие между штыревыми и подвесными изоляторами заключается в способе крепления их к опорам. В промышленной электротехнике особого акцента удостоилась стандартизация буквенных обозначений, относящихся к изоляторам: Цифры, идущие вслед за буквенными обозначениями, являются показателями номинального напряжения электротока (измеряемого в киловольтах) для конкретного изолятора. Стеклянные, полимерные и фарфоровые изоляторы ЛЭП Для производства высоковольтных изоляторов используют фарфор, техническое стекло или полимеры. Стеклянные изоляторы выпускают из закаленного стекла. Они в сравнении с другими видами изделий компактны, обладают небольшой массой, меньшим электрическим сопротивлением, внушительной механической прочностью, подлежат длительной эксплуатации. В изоляционном теле стеклянных устройств отсутствуют скрытые дефекты и внутренние напряжения. Они обладают стабильными электроизоляционными свойствами. Изоляторы из стекла не стареют, в них не возникают микротрещины. Вышедшие из строя устройства на линии быстро идентифицируются. Высоковольтные полимерные изоляторы для ЛЭП, выпускаемые из высокомолекулярных пластмасс самые распространенные, ими часто оснащают линии электропередач. Конструкция полимерных композитных изоляторов состоит из полимерной оболочки и стеклопластикового стрежня с оконцевателями. Чтобы повысить изолирующие свойства у фарфоровых изоляторов, их покрывают глазурью и обжигают. Штыревые изоляторы ЛЭП Штыревые изоляторы фиксируют на опорах при помощи специальных крюков или штырей. Их используют, как правило, для линий электропередач с напряжением, не превосходящим 35 киловольт. С помощью этих устройств подвешивают сравнительно легкие провода. При этом выбор типа крепления провода обуславливается условиями трассы. Провода к промежуточным опорам крепятся за головки штыревых изоляторов, а к анкерным и угловым опорам их фиксируют на шейках изоляторов. Если провода монтируют к угловым опорам, их располагают так, чтобы они оказались на наружной стороне изолятора. Изоляторы этого вида укрепляются на опорах благодаря использованию штырей или крюков. На траверсах из дерева, железобетона или металла устанавливаются штыри, а в деревянные опоры ввертываются крюки. Изоляторы, снабженные штырями или крюками, крепятся с применением переходных полиэтиленовых колпачков. Сначала колпачок разогревают, затем плотно надвигают его до упора на штырь, и только после этого выполняют навинчивание изолятора. Подвесные изоляторы ЛЭП Линии с напряжением свыше 35 киловольт оборудуют подвесными изоляторами, собранными в гирлянды. Их комплектуют из стеклянных и фарфоровых тарелок (изолирующих деталей), стержня и шапки, выполняемой из ковкого чугуна. При комплектовании гирлянд получают шарнирное сферическое крепление изоляторов, которое обеспечивает конструкция головки стержня и гнезда шапки. Собранные гирлянды подвешивают к опорам, чем и достигают требуемую изоляцию проводов. У подвесных изоляторов, собранных из стеклянных или фарфоровых изолирующих тарелок, оголовок либо шапок, изготовленных из ковкого чугуна со стальным стержнем в виде пестика довольно сложная конструкция. Для того чтобы закрепить в тарелке стержень и шапку, применяют высокомарочный цемент. Сферическая форма головок стержней и шляпок изоляторов позволяет смонтировать из них надежные гирлянды, в которых изоляторы прочно соединены меж собой. В гирлянды входит разное количество изоляторов, их число определяется видом самих устройств, образующимся в ЛЭП напряжением и тем, насколько загрязнена окружающая среда. Если электротехнических показателей одной гирлянды не хватает, то провода скрепляются двумя гирляндами, которые подвешиваются параллельно.

Типы изоляторов по конструкции и назначению

По своему назначению изоляторы делятся на опорные, подвесные и проходные. Опорные изоляторы, в свою очередь, подразделяются на стержневые и штыревые, а подвесные — на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.

Конструкция и размеры изоляторов определяются прикладываемыми к ним механическими нагрузками, электрическим напряжением установок и условиями их эксплуатации. Изоляторы линий электропередачи и открытых распределительных устройств электрических станций и подстанций подвергаются воздействию атмосферных осадков, которые особенно опасны при сильном загрязнении окружающего воздуха. В таких изоляторах для увеличения напряжения перекрытия (электрического разряда по поверхности) наружная поверхность делается сложной формы, которая удлиняет путь перекрытия. На линиях электропередачи напряжением от 6 до 35 кВ применяют так называемые штыревые изоляторы, на линиях более высокого напряжения — гирлянды из подвесных изоляторов, число которых в гирлянде определяется номинальным напряжением линии. В открытых распределительных устройствах для крепления ошиновок или установки аппаратов, находящихся под напряжением, обычно используют опорные изоляторы штыревого типа, которые при очень высоких напряжениях (до 220 кВ) собирают в колонки, устанавливая один на другой. Для вывода высокого потенциала через заземленную поверхность (например, крышку бака трансформатора) служат проходные изоляторы.

Опорные изоляторы

Опорно-стержневые изоляторы применяют в закрытых и открытых распределительных устройствах для крепления на них токоведущих шин или контактных деталей. Изоляторы внутренней установки конструктивно представляют собой фарфоровое тело, армированное крепежными металлическими деталями. Арматура одновременно является внутренним экраном, с помощью которого снижается напряженность поля у края электрода, где она максимальна. Ребро на теле изолятора играет роль барьера, заставляя разряд развиваться под углом к силовым линиям поля, т. е. по пути с меньшей напряженностью. Внутренний экран и ребро существенно увеличивают разрядное напряжение изолятора. Изоляторы внутренней установки выпускаются на напряжения до 35 кВ. Обозначение, например, ОФ-10-6 расшифровывается следующим образом: опорный, фарфоровый на 10 кВ, с минимальной разрушающей силой на изгиб 6 даН.

Опорно-стержневые изоляторы наружной установки отличаются большим количеством ребер, чем изоляторы внутренней установки. Ребра служат для увеличения длины пути утечки с целью повышения разрядных напряжений изоляторов под дождем и в условиях увлажненных загрязнений. Изоляторы на напряжения 35-110 кВ состоят из сплошного фарфорового стержня, армированного чугунными фланцами. Обозначение, например, ИОС-35-2000 расшифровывается как изолятор опорный, стержневой на 35 кВ, с минимальной разрушающей силой 2000 даН.

Опорно-штыревые изоляторы применяют для наружных установок в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность и опорно-стержневые изоляторы применены быть не могут. Опорно-штыревой изолятор состоит из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, с которой при помощи цемента скрепляется металлическая арматура-штырь с фланцем и колпачок (шапка). Изолирующая деталь опорных штыревых изоляторов на напряжения 6–10 кВ выполняется одноэлементной, а на напряжение 35 кВ — двух или трехэлементной.

Штыревые линейные изоляторы на напряжение 6–10 кВ состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь. Крюк служит для закрепления изолятора на опоре. Провод укладывается в бороздки на верхней или боковой поверхности изолятора и крепится посредством проволочной вязки или специальных зажимов. На напряжение 35 кВ изоляторы выполняются из двух склеенных между собой изолирующих деталей, что увеличивает их электрическую и механическую прочность. Обозначение штыревых линейных изоляторов, например ШС10, означает: штыревой стеклянный на 10 кВ.

Подвесные изоляторы

Подвесные тарельчатые изоляторы применяются на воздушных линиях электропередачи 35 кВ и выше. Они состоят из изолирующей детали (из стекла или фарфора), на которой при помощи цемента укрепляется металлическая арматура — шапка и стержень.

Требуемый уровень выдерживаемых напряжений достигается соединением необходимого количества изоляторов в гирлянду. Это осуществляется путем введения головки стержня в гнездо на шапке другого изолятора и закрепления его замком. Гирлянды благодаря шарнирному соединению изоляторов работают только на растяжение. Однако изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие создает в изоляционном теле в основном напряжение сжатия. Тем самым используется высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

У фарфорового изолятора наружная и внутренняя поверхности головки (средней части изолирующей детали) покрывают фарфоровой крошкой, которая при обжиге спекается с фарфором. Это обеспечивает прочное сцепление цементной связки с головкой. Для компенсации температурных расширений цементной связки применяют эластичные промазки, которыми покрывают все элементы изолятора соприкасающиеся с цементом. В стеклянных изоляторах внутренняя и наружная поверхности головки имеют опорные выступы, что обеспечивает лучшее распределение усилий в изоляторе.

Верхняя часть тарелки подвесного тарельчатого изолятора имеет гладкую поверхность, наклоненную под углом 5–10° к горизонтали, что обеспечивает стекание воды во время дождя. Нижняя поверхность тарелки для увеличения длины пути утечки выполняется ребристой.

Наиболее частой причиной выхода из строя тарельчатых изоляторов является пробой фарфора (стекла) между шапкой и стержнем, однако механическая прочность изолятора при этом не нарушается и падения провода на землю не происходит. Это является существенным достоинством тарельчатых изоляторов.

Обозначение изоляторов тарельчатого типа, например ПС-160 Б, означает: подвесной стеклянный, гарантированная электромеханическая прочность 160 кН, индекс Б означает вид конструктивного исполнения изолятора. Электромеханическая прочность изолятора — это величина разрушающей механической силы при приложении к изолятору напряжения, равного 75–80 % разрядного напряжения в сухом состоянии.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа можно разделить на:

• Изоляторы для районов с интенсивным загрязнением атмосферы. Грязестойкие изоляторы применяются в районах морских побережий, около горнодобывающих и промышленных предприятий и прочих районах интенсивного загрязнения атмосферы.
• Изоляторы обычной конструкции. Подвесные изоляторы нормальной конструкции применяются повсеместно и имеют множество конструкций. Изоляторы обычного исполнения так же могут быть применены в районах интенсивного загрязнения при условии увеличения числа единиц в гирлянде.
• Изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью. Для применения в условиях пустыни, солончаков и в районах с трудными ветровыми условиями выпускают специальные изоляторы с конической и сферической изоляционной деталью, снижающей ветровую нагрузку на гирлянды и опору, а так же обеспечивающей лучшее очищение поверхности изолятора от пыли. Изоляторы такого типа имеют меньшую, по сравнению с аналогичными изоляторами обычного исполнения, строительную высоту и больший диаметр изоляционной детали.

Подвесные стержневые изоляторы представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками. Эти изоляторы, как правило, выполняются из электротехнического фарфора. Однако в последнее время начат выпуск стержневых полимерных изоляторов. Стержневые изоляторы из фарфора не имеют широкого применения вследствие сравнительно невысокой механической прочности, а также возможности полного разрушения с падением на землю.

Проходные изоляторы

Проходные изоляторы применяются для изоляции токоведущих частей при прохождении их через стены, потолки и другие элементы конструкций распределительных, устройств и аппаратов. Проходной изолятор в самом простом случае состоит из полого фарфорового элемента, внутри которого проходит токоведущий стержень (шина), и фланца, служащего для механического крепления изолятора к конструкции, через которую осуществляется ввод напряжения. Проходные изоляторы, предназначенные для наружной установки, имеют более развитую поверхность той части изолятора, которая располагается вне помещения.

Обозначение проходного изолятора содержит значение номинального тока, например ИП-35/1000-7,5 означает: изолятор проходной, шинный на напряжение 35 кВ и номинальный ток 1 кА с механической прочностью 7,5 кН.

Поделиться:

5. Проводники и изоляторы. Молния и гром

5. Проводники и изоляторы

Все вещества, предметы, тела можно разделить на две группы — проводники электричества и электрические изоляторы.

Чем отличаются проводники от изоляторов?

Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий опыт с электроскопом. Возьмём два электроскопа и поставим их рядом на столе. Один из электроскопов зарядим электричеством, а другой оставим незаряженным (рис. 5, сверху). Прикоснёмся теперь к обоим шарикам сразу медной палочкой. Мы увидим, что угол между листочками заряженного электроскопа немного уменьшится, а листочки незаряженного электроскопа раздвинутся (рис. 5, слева). Это происходит потому, что часть электричества с одного электроскопа ушла по медной палочке к другому. Медь — проводник электричества.

Рис. 5. По проводнику электричество переходит от одного электроскопа к другому, а по изолятору перейти не может.

Сделаем теперь снова такой же опыт, но на этот раз соединим шарики обоих электроскопов палочкой, сделанной из фарфора (рис. 5, справа). Листочки электроскопа останутся в прежнем положении: с ними ничего не произойдёт. Через фарфор электричество не смогло перейти от одного электроскопа к другому. Фарфор не проводит электричества. Он является изолятором.

Проводниками электричества являются, в первую очередь, металлы (медь, железо и другие), вода и земля. Человеческое тело также относится к проводникам. Примерами электрических изоляторов являются фарфор, стекло, резина, воздух.

Проводники и носят своё название от того, что они проводят электричество, т. е. пропускают его через себя, а изоляторы не проводят — не пропускают через себя электричество.

Основную часть электрических устройств составляют проводники, переносящие электричество в определённое место, и изоляторы, которые не дают электричеству уходить в неположенные для него места. Всякий, кто видел телефонную линию или линию передачи электрической энергии (рис. 6), замечал, что провода, которые служат для передачи электричества, натянуты на фарфоровых или стеклянных изоляторах. Провода (линия передачи) несут электричество от электрической станции (где оно вырабатывается машинами) к фабрикам, заводам, МТС и жилищам. Большие фарфоровые изоляторы поддерживают провода и обеспечивают передачу по ним электричества. Изоляторы нужны именно для того, чтобы не допустить ухода электричества с проводов через столбы в землю, оградить, или, как говорят, «изолировать» его от земли.

Рис. 6. Линия передачи электричества.

Текущее в проводах электричество образует электрический ток. Чем больше электричества протекает в одну секунду через провод, тем больший ток течёт по нему.

Определение изолятора Merriam-Webster

в · су · ла · тор | \ ˈIn (t) -sə-ˌlā-tər \ а : материал с плохой проводимостью (например, с точки зрения электричества или тепла) — сравните полупроводник. б : Устройство из электроизоляционного материала, используемое для разделения или поддержки проводников.

Учебное пособие по физике: проводники и изоляторы

Поведение заряженного объекта зависит от того, сделан ли объект из проводящего или непроводящего материала. Проводники — это материалы, которые позволяют электронам свободно перемещаться от частицы к частице. Объект, сделанный из проводящего материала, позволяет переносить заряд по всей поверхности объекта. Если заряд передается объекту в определенном месте, этот заряд быстро распределяется по всей поверхности объекта. Распределение заряда — результат движения электронов. Поскольку проводники позволяют электронам переноситься от частицы к частице, заряженный объект всегда будет распределять свой заряд до тех пор, пока общие силы отталкивания между избыточными электронами не будут сведены к минимуму.Если заряженный проводник касается другого объекта, проводник может даже передать свой заряд этому объекту. Передача заряда между объектами происходит легче, если второй объект сделан из проводящего материала. Проводники позволяют переносить заряд за счет свободного движения электронов.

В отличие от проводников, изоляторы представляют собой материалы, которые препятствуют свободному потоку электронов от атома к атому и от молекулы к молекуле.Если заряд передается на изолятор в данном месте, избыточный заряд останется в исходном месте зарядки. Частицы изолятора не позволяют электронам свободно течь; впоследствии заряд редко распределяется равномерно по поверхности изолятора.

Хотя изоляторы не используются для передачи заряда, они играют важную роль в электростатических экспериментах и ​​демонстрациях. На изолирующие объекты часто устанавливают токопроводящие объекты.Такое расположение проводника поверх изолятора предотвращает передачу заряда от проводящего объекта к его окружению. Такое расположение также позволяет ученику (или учителю) манипулировать проводящим объектом, не касаясь его. Изолятор служит ручкой для перемещения проводника на лабораторном столе. Если эксперименты по зарядке проводятся с алюминиевыми банками, то банки следует устанавливать на чашки из пенополистирола. Чашки служат изолятором, не позволяя банкам разряжаться.Чашки также служат ручками, когда возникает необходимость перемещать банки по столу.

Примеры проводов и изоляторов

Примеры проводников включают металлы, водные растворы солей (т.е. ионных соединений, растворенных в воде), графит и человеческое тело. Примеры изоляторов включают пластмассы, пенополистирол, бумагу, резину, стекло и сухой воздух. Разделение материалов на категории проводников и изоляторов — деление несколько искусственное.Более уместно думать о материалах как о помещенных где-то в континууме. Те материалы, которые являются сверхпроводниками (известные как сверхпроводники ), будут размещены на конце, а наименее проводящие материалы (лучшие изоляторы) будут размещены на другом конце. Металлы будут помещены рядом с наиболее проводящим концом, а стекло — на противоположном конце континуума. Электропроводность металла может быть в миллион триллионов раз больше, чем у стекла.

Среди проводников и изоляторов можно найти человеческое тело где-нибудь ближе к проводящей стороне середины. Когда тело приобретает статический заряд, оно имеет тенденцию распределять этот заряд по поверхности тела. Учитывая размер человеческого тела по сравнению с размерами типичных объектов, используемых в электростатических экспериментах, для того, чтобы эффект стал заметен, потребуется аномально большое количество избыточного заряда.Воздействие избыточного заряда на тело часто демонстрируется с помощью генератора Ван де Граафа. Когда ученик кладет руку на статический мяч, избыточный заряд мяча передается человеческому телу. Будучи проводником, избыточный заряд мог течь к человеческому телу и распространяться по всей поверхности тела, даже по прядям волос. Когда отдельные пряди волос становятся заряженными, они начинают отталкиваться друг от друга. Стремясь дистанцироваться от своих одинаково заряженных соседей, пряди волос начинают подниматься вверх и наружу — поистине пробуждающий волосы опыт.

Многие знакомы с влиянием влажности на накопление статического заряда. Вы, вероятно, заметили, что дни с плохой прической, удары дверной ручки и статическая одежда наиболее распространены в зимние месяцы. Зимние месяцы, как правило, самые засушливые в году, когда уровень влажности в воздухе падает до более низких значений. Вода имеет свойство постепенно удалять излишки заряда с предметов. Когда влажность высока, человек, приобретающий избыточный заряд, будет иметь тенденцию терять этот заряд молекулам воды в окружающем воздухе.С другой стороны, сухой воздух более способствует накоплению статического заряда и более частым поражениям электрическим током. Поскольку уровни влажности, как правило, меняются изо дня в день и от сезона к сезону, ожидается, что электрические эффекты (и даже успех электростатических демонстраций) могут меняться изо дня в день.

Распределение заряда через движение электронов

Предсказание направления, в котором будут двигаться электроны в проводящем материале, — это простое применение двух фундаментальных правил взаимодействия зарядов.Противоположности притягиваются, а предпочтения отталкиваются. Предположим, что какой-то метод используется для передачи отрицательного заряда объекту в заданном месте. В том месте, где передается заряд, имеется избыток электронов. То есть множество атомов в этой области имеют больше электронов, чем протонов. Конечно, есть ряд электронов, которые можно рассматривать как , вполне удовлетворенные , поскольку есть сопутствующий положительно заряженный протон, удовлетворяющий их притяжению к противоположному.Однако так называемые избыточные электроны отталкивают друг друга и предпочитают больше места. Электроны, как и люди, хотят манипулировать своим окружением, чтобы уменьшить эффекты отталкивания. Поскольку эти избыточные электроны присутствуют в проводнике, их способность мигрировать в другие части объекта практически не мешает. И это именно то, что они делают. Чтобы уменьшить общие эффекты отталкивания внутри объекта, происходит массовая миграция избыточных электронов по всей поверхности объекта.Избыточные электроны мигрируют, чтобы дистанцироваться от своих отталкивающих соседей. В этом смысле говорят, что избыточный отрицательный заряд распространяется по поверхности проводника.

Но что будет, если проводник приобретет избыток положительного заряда? Что, если электроны удаляются из проводника в данном месте, что дает объекту общий положительный заряд? Если протоны не могут двигаться, как может избыток положительного заряда распространяться по поверхности материала? Хотя ответы на эти вопросы не так очевидны, они все же включают довольно простое объяснение, которое снова основывается на двух фундаментальных правилах взаимодействия зарядов.Противоположности притягиваются, а предпочтения отталкиваются. Предположим, что проводящий металлический шар заряжен с левой стороны и передал избыточный положительный заряд. (Конечно, это требует, чтобы электроны были удалены из объекта в месте зарядки.) Множество атомов в области, где происходит зарядка, потеряли один или несколько электронов и имеют избыток протонов. Дисбаланс заряда в этих атомах создает эффекты, которые можно рассматривать как нарушение баланса заряда во всем объекте.Присутствие этих избыточных протонов в данном месте притягивает электроны от других атомов. Можно представить, что электроны в других частях объекта вполне удовлетворены, , балансом заряда, который они испытывают. Тем не менее, всегда будут какие-то электроны, которые будут чувствовать притяжение избыточных протонов на некотором расстоянии. Говоря человеческими словами, мы можем сказать, что эти электроны притягиваются любопытством или верой в то, что трава зеленее по ту сторону забора. На языке электростатики мы просто утверждаем, что противоположности притягиваются — избыточные протоны, а также соседние и далекие электроны притягиваются друг к другу.Протоны ничего не могут поделать с этим притяжением, поскольку они связаны в ядрах своих атомов. Тем не менее, электроны внутри атомов слабо связаны; и находясь в проводнике, они могут двигаться. Эти электроны перемещаются за избыточными протонами, оставляя собственные атомы со своим собственным избыточным положительным зарядом. Эта миграция электронов происходит по всей поверхности объекта, пока общая сумма эффектов отталкивания между электронами по всей поверхности объекта не будет сведена к минимуму.

Мы хотели бы предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного модуля «Поляризация алюминиевых банок». Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивный модуль Aluminium Can Polarization Interactive помогает учащемуся визуализировать перегруппировку зарядов внутри проводника при приближении заряженного объекта.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание заряда, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Одна из этих изолированных заряженных сфер — медь, а другая — резина. На диаграмме ниже показано распределение избыточного отрицательного заряда по поверхности двух сфер. Обозначьте, что есть, и подкрепите свой ответ объяснением.

2. Какие из следующих материалов, вероятно, будут иметь более проводящие свойства, чем изолирующие? _____ Объясните свои ответы.

а. резина

г. алюминий

г. серебро

г.пластик

e. влажная кожа

3. Проводник отличается от изолятора тем, что провод ________.

а. имеет избыток протонов

г. имеет избыток электронов

г. может заряжаться, а изолятор не может

г. имеет более быстро движущиеся молекулы

e.не имеет нейтронов, чтобы мешать потоку электронов

ф. ни один из этих

4. Предположим, что проводящий шар каким-то образом заряжен положительно. Изначально заряд размещается на левой стороне сферы. Тем не менее, поскольку объект является проводящим, заряд равномерно распространяется по поверхности сферы. Равномерное распределение заряда объясняется тем, что ____.

а. заряженные атомы в месте заряда перемещаются по поверхности сферы

г. избыточные протоны перемещаются от места заряда к остальной части сферы

г. избыточные электроны от остальной части сферы притягиваются к избыточным протонам

5. Когда цистерна с нефтью прибыла в пункт назначения, она готовится слить свое топливо в резервуар или цистерну.Часть подготовки включает в себя соединение кузова цистерны металлическим проводом с землей. Предложите причину, почему это делается.

Изолятор или сверхпроводник? Физики считают, что графен — это и то, и другое | MIT News

Трудно поверить, что один-единственный материал можно описать в стольких превосходных степенях, как графен.С момента его открытия в 2004 году ученые обнаружили, что кружевной, похожий на соты лист атомов углерода — по сути, самая микроскопическая стружка грифеля карандаша, которую вы можете себе представить — это не только самый тонкий материал, известный в мире, но также невероятно легкий и гибкий. , в сотни раз прочнее стали и электропроводнее, чем медь.

Теперь физики из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета обнаружили, что этот чудо-материал может проявлять еще более любопытные электронные свойства. В двух статьях, опубликованных сегодня в журнале Nature , команда сообщает, что может настроить графен на два электрических крайних значения: как изолятор, в котором поток электронов полностью заблокирован; и как сверхпроводник, в котором электрический ток может протекать без сопротивления.

В прошлом исследователям, включая эту команду, удавалось синтезировать графеновые сверхпроводники, помещая материал в контакт с другими сверхпроводящими металлами — устройство, которое позволяет графену унаследовать некоторые сверхпроводящие свойства. На этот раз команда нашла способ создать сверхпроводник из графена самостоятельно, продемонстрировав, что сверхпроводимость может быть неотъемлемой частью чисто углеродного материала.

Физики достигли этого, создав «сверхрешетку» из двух листов графена, сложенных вместе — не точно друг на друга, но слегка повернутых на «магический угол», равный единице.1 градус. В результате наложенный гексагональный сотовый узор немного смещается, создавая точную муаровую конфигурацию, которая, как предсказывают, вызывает странные, «сильно коррелированные взаимодействия» между электронами в графеновых листах. В любой другой пакетной конфигурации графен предпочитает оставаться отдельным, очень мало взаимодействуя электронным или другим способом со своими соседними слоями.

Команда, возглавляемая Пабло Харилло-Эрреро, доцентом физики Массачусетского технологического института, обнаружила, что при повороте на магический угол два листа графена проявляют непроводящие свойства, аналогичные свойствам экзотического класса материалов, известных как изоляторы Мотта.Когда исследователи затем применили напряжение, добавляя небольшое количество электронов к сверхрешетке графена, они обнаружили, что на определенном уровне электроны вырвались из исходного изолирующего состояния и текли без сопротивления, как если бы они проходили через сверхпроводник.

«Теперь мы можем использовать графен в качестве новой платформы для исследования нетрадиционной сверхпроводимости», — говорит Ярилло-Эрреро. «Можно также представить себе создание сверхпроводящего транзистора из графена, который можно включать и выключать, от сверхпроводящего до изоляционного.Это открывает много возможностей для квантовых устройств ».

Крупномасштабная интерпретация муаровых паттернов, образующихся, когда одна решетка графена слегка поворачивается на «магический угол» по отношению ко второй решетке графена.

30-летний разрыв

Способность материала проводить электричество обычно выражается в энергетических диапазонах. Одна полоса представляет собой диапазон энергий, которые могут иметь электроны материала. Между зонами существует энергетическая щель, и когда одна зона заполнена, электрон должен обладать дополнительной энергией, чтобы преодолеть эту щель, чтобы занять следующую пустую зону.

Материал считается изолятором, если последняя занятая энергетическая зона полностью заполнена электронами. С другой стороны, электрические проводники, такие как металлы, демонстрируют частично заполненные энергетические зоны с пустыми энергетическими состояниями, которые электроны могут заполнять, чтобы свободно перемещаться.

Изоляторы Mott, однако, представляют собой класс материалов, которые, судя по своей ленточной структуре, проводят электричество, но при измерении они ведут себя как изоляторы. В частности, их энергетические зоны заполнены наполовину, но из-за сильного электростатического взаимодействия между электронами (например, отталкивающих друг друга зарядов одного знака) материал не проводит электричество.Наполовину заполненная полоса по существу разделяется на две миниатюрные, почти плоские зоны, причем электроны полностью занимают одну зону, а другую оставляют пустой и, следовательно, ведут себя как изолятор.

«Это означает, что все электроны заблокированы, поэтому это изолятор из-за сильного отталкивания электронов, поэтому ничто не может течь», — объясняет Ярилло-Эрреро. «Почему изоляторы Mott так важны? Оказывается, что исходным соединением большинства высокотемпературных сверхпроводников является изолятор Мотта.

Другими словами, ученые нашли способы манипулировать электронными свойствами изоляторов Мотта, чтобы превратить их в сверхпроводники при относительно высоких температурах около 100 кельвинов. Для этого они химически «допируют» материал кислородом, атомы которого притягивают электроны из изолятора Мотта, оставляя больше места для протекания оставшихся электронов. Когда добавляется достаточно кислорода, изолятор превращается в сверхпроводник. Как именно происходит этот переход, говорит Харилло-Эрреро, остается загадкой 30 лет.

«Это проблема, которая насчитывает 30 лет и остается нерешенной», — говорит Харилло-Эрреро. «Эти высокотемпературные сверхпроводники изучены до смерти, и у них много интересного поведения. Но мы не знаем, как их объяснить ».

Точное вращение

Харилло-Эрреро и его коллеги искали более простую платформу для изучения такой нетрадиционной физики. Изучая электронные свойства графена, команда начала экспериментировать с простыми стопками графеновых листов.Исследователи создали двухслойные сверхрешетки, сначала отслаивая одну чешуйку графена от графита, а затем осторожно взяв половину чешуйки с помощью предметного стекла, покрытого липким полимером и изолирующим материалом из нитрида бора.

Затем они очень немного повернули предметное стекло и взяли вторую половину чешуйки графена, прикрепив ее к первой половине. Таким образом, они создали сверхрешетку со смещенным узором, отличным от оригинальной сотовой решетки графена.

Команда повторила этот эксперимент, создав несколько «устройств» или графеновых сверхрешеток с различными углами поворота, от 0 до 3 градусов. Они прикрепили электроды к каждому устройству и измерили электрический ток, проходящий через него, а затем нанесли на график сопротивление устройства с учетом величины первоначального тока, который прошел через него.

«Если вы отклонитесь от угла поворота на 0,2 градуса, вся физика исчезнет», — говорит Харилло-Эрреро. «Никакой сверхпроводимости или изолятора Мотта не появляется.Так что вы должны быть очень точными с углом выравнивания ».

При повороте 1,1 градуса — вращение, которое предсказывалось как «магический угол» — исследователи обнаружили, что сверхрешетка графена в электронном виде напоминает плоскую зонную структуру, похожую на изолятор Мотта, в которой все электроны несут одинаковую энергию независимо от их импульс.

«Представьте, что импульс автомобиля равен массе, умноженной на скорость», — говорит Ярилло-Эрреро. «Если вы едете со скоростью 30 миль в час, у вас есть определенное количество кинетической энергии.Если вы едете со скоростью 60 миль в час, у вас гораздо больше энергии, а в случае аварии вы можете деформировать гораздо более крупный объект. Эта вещь говорит о том, что независимо от того, проедете ли вы со скоростью 30, 60 или 100 миль в час, все они будут иметь одинаковую энергию ».

«Ток бесплатно»

Для электронов это означает, что, даже если они занимают половину заполненной энергетической зоны, один электрон не имеет больше энергии, чем любой другой электрон, чтобы позволить ему перемещаться в эта группа. Следовательно, даже если такая наполовину заполненная зонная структура должна действовать как проводник, вместо этого она ведет себя как изолятор, а точнее, как изолятор Мотта.

Это дало команде идею: что, если бы они могли добавить электроны к этим сверхрешеткам типа Мотта, подобно тому, как ученые легировали изоляторы Мотта кислородом, чтобы превратить их в сверхпроводники? Обретет ли графен в свою очередь сверхпроводящие качества?

Чтобы выяснить это, они приложили небольшое напряжение затвора к «сверхрешетке графена с магическим углом», добавив в структуру небольшое количество электронов. В результате отдельные электроны связываются вместе с другими электронами в графене, позволяя им течь там, где раньше они не могли.На протяжении всего времени исследователи продолжали измерять электрическое сопротивление материала и обнаружили, что, когда они добавляли определенное небольшое количество электронов, электрический ток протекал без рассеивания энергии — как в сверхпроводнике.

«Вы можете протекать ток бесплатно, не теряя энергии, и это показывает, что графен может быть сверхпроводником», — говорит Ярилло-Эрреро.

Возможно, что более важно, он говорит, что исследователи могут настроить графен так, чтобы он вел себя как изолятор или сверхпроводник, а также любую промежуточную фазу, демонстрируя все эти разнообразные свойства в одном единственном устройстве.Это контрастирует с другими методами, в которых ученым приходилось выращивать и манипулировать сотнями отдельных кристаллов, каждый из которых можно было заставить вести себя только в одной электронной фазе.

«Обычно вам приходится выращивать разные классы материалов, чтобы исследовать каждую фазу», — говорит Ярилло-Эрреро. «Мы делаем этот in-situ за один раз, в чисто углеродном устройстве. Мы можем электрически исследовать всю эту физику в одном устройстве, вместо того, чтобы создавать сотни устройств. Нет ничего проще.”

Это исследование было частично поддержано Фондом Гордона и Бетти Мур и Национальным научным фондом.

Какой изолятор лучше: воздух, пенопласт, фольга или хлопок? — Мероприятие

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 5 часов 15 минут

(20-минутная настройка, 150 минут для замораживания, 90 минут для плавления, 40-минутная оценка)

Расходные материалы на группу: 1 доллар США.00

Размер группы: 3

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Физические науки

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

То, что тепло перетекает от горячего к холодному, — неизбежная правда жизни.Люди приложили много усилий, чтобы остановить это естественное физическое поведение, однако все, что они смогли сделать, — это замедлить этот процесс. Студенческие команды исследуют свойства изоляторов, пытаясь защитить чашки с водой от замерзания, а после замораживания — от таяния. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Регулирование температуры важно во многих аспектах техники.Инженеры по упаковке разрабатывают контейнеры и системы, позволяющие надежно отправлять товары при определенных температурах. Инженеры-механики следят за тем, чтобы работающие двигатели не перегревались, а инженеры-электрики и компьютерщики проектируют электронику так, чтобы они не перегревались. Инженеры-строители определяют наиболее подходящие изоляционные материалы для климата, в котором расположены их конструкции. Регулирование температуры подразумевает понимание принципов теплопередачи, которое актуально практически во всех инженерных дисциплинах.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Объясните, что означает слово «изолировать» и его значение для сохранения тепла или холода.
• Провести основные экспериментальные процессы.
• Опишите, чем природные материалы отличаются от материалов, созданных руками человека, с точки зрения теплоизоляции.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
4-ПС3-2. Проведите наблюдения, чтобы доказать, что энергия может передаваться с места на место с помощью звука, света, тепла и электрического тока.(4 класс) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Проведите наблюдения, чтобы получить данные, которые послужат основой для свидетельств для объяснения явления или проверки проектного решения. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергия может передаваться с места на место с помощью движущихся объектов, звука, света или электрического тока. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Энергия присутствует всякий раз, когда есть движущиеся объекты, звук, свет или тепло. Когда объекты сталкиваются, энергия может передаваться от одного объекта к другому, тем самым изменяя их движение.При таких столкновениях некоторая энергия обычно также передается окружающему воздуху; в результате воздух нагревается и раздается звук. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Свет также передает энергию с места на место. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрического тока, который затем может использоваться локально для создания движения, звука, тепла или света.Токи, возможно, возникли с самого начала путем преобразования энергии движения в электрическую. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергия может передаваться различными способами и между объектами. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Ожидаемые характеристики NGSS
5-ПС1-3.Выполняйте наблюдения и измерения для идентификации материалов на основе их свойств. (5 класс) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Проведите наблюдения и измерения, чтобы получить данные, которые послужат основой для свидетельств для объяснения явления. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Для идентификации материалов можно использовать измерения различных свойств. (Граница: на этом уровне не различаются масса и вес, и не предпринимается никаких попыток определить невидимые частицы или объяснить атомный механизм испарения и конденсации.) Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!	Стандартные единицы используются для измерения и описания физических величин, таких как вес, время, температура и объем. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика

• Назовите и запишите время с точностью до минуты и измерьте интервалы времени в минутах. Решение задач со словами, включающих сложение и вычитание временных интервалов в минутах, e.g., представляя проблему на числовой линейной диаграмме. (Оценка 3) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Нарисуйте масштабированный графический график и масштабированную гистограмму, чтобы представить набор данных с несколькими категориями.Решайте одно- и двухэтапные задачи «на сколько больше» и «на сколько меньше», используя информацию, представленную в виде масштабированных гистограмм. (Оценка 3) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

• Материалы обладают множеством разных свойств.(Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Требования к конструкции включают такие факторы, как желаемые элементы и особенности продукта или системы или ограничения, налагаемые на конструкцию.(Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Выявляйте и собирайте информацию о повседневных проблемах, которые можно решить с помощью технологий, и генерируйте идеи и требования для решения проблемы.(Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Сравните, сопоставьте и классифицируйте собранную информацию, чтобы выявить закономерности.(Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Массачусетс — математика

• Назовите и запишите время с точностью до минуты и измерьте интервалы времени в минутах.Решайте задачи со словами, включая сложение и вычитание временных интервалов в минутах, например, представляя задачу на числовой диаграмме. (Оценка 3) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Нарисуйте масштабированный графический график и масштабированную гистограмму, чтобы представить набор данных с несколькими категориями.Решайте одно- и двухэтапные задачи «на сколько больше» и «на сколько меньше», используя информацию, представленную в виде масштабированных гистограмм. (Оценка 3) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Массачусетс — наука

• Определить материалы, используемые для выполнения проектной задачи, на основе определенного свойства, e.г., прочность, твердость и гибкость. (Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Приведите примеры того, как энергия может передаваться из одной формы в другую.(Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Опишите, как воду можно переводить из одного состояния в другое, добавляя или отводя тепло.(Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе нужно:

• 4 3 унции.пластиковые стаканчики
• 4 больших прозрачных пластиковых стакана
• 3 чашки из пенополистирола
• Алюминиевая фольга, кусок 8½ дюйма x 11 дюймов
• 20 ватных шариков
• ложка размером с чайную ложку
• 4 резинки
• Таблица данных, по одной на каждого учащегося, заполняемая во время эксперимента
• Таблица результатов, по одному на каждого учащегося, заполняется после эксперимента

Поделиться со всем классом:

• кувшин теплой воды
• пластиковая пленка
• противень
• большая книга или журнал
• морозильная камера

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/the_best_insulator], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Насколько жарко?

Студенты узнают о природе тепловой энергии, температуре и о том, как материалы накапливают тепловую энергию. Они обсуждают разницу между проводимостью, конвекцией и излучением тепловой энергии, а также полные действия, в которых они исследуют разницу между температурой, тепловой энергией и…

Что такое тепло?

Учащиеся узнают об определении тепла как формы энергии и о том, как оно существует в повседневной жизни. Они узнают о трех типах теплопередачи — теплопроводности, конвекции и излучения, а также о связи между теплом и изоляцией.

Что популярно, а что нет?

С помощью простых демонстрационных упражнений под руководством учителя учащиеся изучают основы физики теплопередачи посредством теплопроводности, конвекции и излучения. Они также узнают о примерах нагревательных и охлаждающих устройств, от плит до автомобильных радиаторов, с которыми они сталкиваются в своих домах, scho…

Теплопередача: в этом нет ничего волшебного

Студенты изучают научные концепции температуры, тепла и передачи тепла посредством теплопроводности, конвекции и излучения, которые иллюстрируются сравнением с магическими заклинаниями из книг о Гарри Поттере.

Введение / Мотивация

, авторское право

Авторское право © Департамент по делам ветеранов США http://www.milwaukee.va.gov/articles/dietician1.asp

Когда вы собираетесь на летний пикник на пляже, в горах или на озере, почему вы кладете холодные напитки и лед в холодильник? Что произойдет, если вы положите их в рюкзак? (Слушайте идеи студентов.) Да, да, получится мокрый рюкзак и теплые напитки. Охладитель помогает сохранять напитки холодными, поскольку он действует как изолятор и замедляет передачу энергии от одного источника к другому, что означает, что он помогает сохранять холод внутри кулера, а тепло наружу.

Противоположность изолятору — это проводник. Как вы думаете, чем занимается дирижер? (Слушайте идеи студентов.) Да, верно, проводник ускоряет передачу энергии от одного источника к другому. Возможно, вы испытали это, если когда-нибудь снимали крышку с кастрюли, готовящейся на плите.Металлический котелок является проводником и быстро нагревается на плите, поэтому быстрее готовит пищу или кипятит воду. Только будьте осторожны, прежде чем прикасаться к металлическому горшку, потому что вы можете получить ожог.

Что произойдет, если вы сконструируете кулер из материала, который играет роль проводника? Или кастрюлю с материалом, который действует как изолятор? (Слушайте идеи студентов.)

Процедура

Фон

Изоляция предотвращает нагревание холодных вещей и охлаждение теплых вещей.Изоляторы делают это, замедляя потерю тепла от теплых предметов и получение тепла от холодных предметов. Пластик и резина обычно являются хорошими изоляторами. По этой причине электрические провода покрыты покрытием, чтобы с ними было безопаснее обращаться. С другой стороны, из металлов обычно получаются хорошие проводники. Фактически, по этой причине медь используется в большинстве электрических проводов и печатных плат.

Перед мероприятием

• Соберите материалы и сделайте копии таблицы данных и таблицы результатов, по одной на каждого учащегося.
• Чтобы свести к минимуму время, проводимое в классе, подготовьте изоляционные материалы (хотя студенты МОГУТ это сделать !!).
• Разбейте чашки из пеноматериала на мелкие кусочки.
• Разорвите алюминиевую фольгу на кусочки и слегка раздавите.
• Слегка разведите ватные шарики и расплющите их, чтобы они напоминали блины.

Со студентами

1. Представьте вводное / мотивационное содержание. Обсудите в классе, какие устройства видели или использовали учащиеся для сохранения тепла или холода.Поговорите о материалах, из которых, по их мнению, сделаны эти устройства.
2. Разделите класс на группы по два-четыре ученика в каждой.
3. Предложите учащимся изучить изоляционные материалы, которые им собираются дать, и попросите группы сделать прогнозы, которые, по их мнению, будут наиболее эффективными.
4. Раздайте каждой группе материалы и пустые таблицы.
5. Раздайте каждой команде три разных изоляционных материала: пенополистирол, алюминиевую фольгу и ватные шарики. Воздух — четвертый изоляционный материал.Попросите учащихся поместить достаточно каждого изоляционного материала в каждую большую пластиковую чашку, чтобы она закрывала дно чашки. Ничего не кладите в четвертую большую чашу, потому что воздух будет служить изоляцией для этой чашки.
6. Поместите небольшую 3 унцию. чашку в центре каждой большой чашки.
7. Попросите учащихся заполнить пространство между чашками тем же изоляционным материалом, который они использовали для дна.
8. Налейте 3 чайные ложки теплой водопроводной воды в каждую маленькую чашку.
9. Попросите каждую группу накрыть каждую из своих больших чашек полиэтиленовой пленкой, удерживаемой резинкой.
10. Поместите чашки в морозильную камеру. Проверяйте чашки каждые 15 минут, чтобы узнать, какая из чашек образует лед в первую очередь. Запишите наблюдения в диаграмму данных. Продолжайте проверять, пока не увидите форму льда во всех четырех чашках.
11. Дайте чашкам постоять в морозильной камере, пока лед во всех чашках не замерзнет.
12. Выньте чашки из морозильной камеры и поместите их в форму для выпечки.
13. Поместите книгу или журнал на чашки, чтобы они не опрокинулись или не всплыли.
14. Налейте в кастрюлю очень теплую воду из-под крана.
15. Попросите команды проверять свои чашки каждые несколько минут, чтобы увидеть, какой из них тает первым, вторым, третьим и четвертым. Запишите наблюдения в диаграмму данных.
16. Завершите обсуждение в классе, чтобы поделиться и сравнить результаты и выводы. Задайте исследовательские вопросы. Используйте прикрепленную рубрику для оценки достижений учащихся.

Словарь / Определения

проводник: вещество или тело, которое может пропускать электричество, тепло или звук.

сохранение энергии: физический принцип, который гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена, и что полная энергия системы сама по себе остается постоянной.

энергия: способность выполнять работу; может быть во многих формах, таких как электрическая, механическая, химическая, звуковая, световая и тепловая.

замораживание: процесс превращения жидкости в твердое тело (в виде льда) за счет потери тепла.

тепло: форма энергии, которая вызывает повышение температуры веществ или соответствующие изменения (плавление, испарение или расширение).

изолировать: предотвратить или замедлить передачу электричества, тепла или звука из одной среды в другую.

изолятор: вещество, которое препятствует прохождению через него тепла, электричества или звука.

расплав: процесс перехода из твердого состояния в жидкое за счет притока тепла.

Оценка

Прогноз перед началом занятия : Предложите учащимся почувствовать и изучить тестовые изоляционные материалы (пенополистирол, алюминиевая фольга, хлопок, воздух), а также попросите группы сделать прогнозы, которые, по их мнению, будут наиболее эффективными.Их прогнозы дают некоторое представление об их понимании концепций теплопередачи и изоляции.

Embedded Assessment : понаблюдайте за студентами во время процесса эксперимента. Оцените их понимание предмета и мероприятия, используя критерии, приведенные в Рубрике оценки эффективности, которая учитывает их понимание изоляционных материалов и совместной работы.

Домашнее задание : Попросите учащихся написать ответы, состоящие из абзаца, на два следующих вопроса, чтобы ответить на следующий день или обсудить в классе.Просмотрите их ответы, чтобы оценить их понимание содержания задания.

• Вы бы предпочли перчатки из ткани или алюминиевой фольги? Объясните свой выбор, используя то, что вы знаете о свойствах теплопередачи. (Пример ответа: тканевые перчатки сохранят мои руки теплее, чем перчатки из фольги, потому что ткань изолирует наши тела, замедляя время, необходимое для того, чтобы наши руки стали холодными. С другой стороны, металлы ускоряют передачу тепла, поэтому любое тепло в мои руки до того, как надеть «алюминиевые перчатки», быстро выскользнули из фольги, оставляя меня очень холодными руками.)
• Перечислите по крайней мере три различных продукта, устройства или конструкции, для которых инженеры применили свое понимание принципов теплопередачи при проектировании систем или выборе материалов для регулирования температуры. (Совет: подумайте, что может быть разработано инженерами-механиками, электриками, компьютерами и строителями, может быть, предметы, которые вы используете каждый день для комфорта, жизненно важной необходимости и развлечений.) (Примеры ответов: контейнеры для напитков-термосов, охладители тележек для мороженого , грузовики-рефрижераторы для перевозки продуктов при определенных температурах, холодильники, используемые для хранения и транспортировки донорской крови и частей тела пациентам, изоляционные материалы в стенах и крышах домов, чтобы внутри было прохладно или тепло, специальные материалы и переплетения тканей, используемые для изготовления одежды, предназначенной для особые погодные условия, металлические провода с пластиковым покрытием, вентиляторы и жидкости в радиаторах для предотвращения перегрева электроники и двигателей.Конкретный пример: если корпус, который окружает планшетный компьютер или карманный компьютер, был сделан из резины, устройство стало бы очень быстро нагреваться, и его было бы неудобно держать в руке.)

График: Попросите каждого учащегося создать гистограмму времени, затраченного на замерзание / таяние воды для каждого используемого изолятора. Используйте данные, полученные из диаграммы данных, для гистограммы.

Вопросы для расследования

• Что означает «изолировать»?
• Какие материалы используются для утепления?
• Какой изолятор лучше всего замедлял потерю тепла из теплой воды? Что было худшим?
• Имеют ли смысл результаты второй половины упражнения по сравнению с результатами первой половины? Объяснять.
• Что лучше всего подходит для изоляции чашки со льдом: пенополистирол, фольга или хлопок?

Расширения деятельности

Чтобы учащиеся могли на собственном опыте убедиться, что фольга не является хорошим изолятором, расширьте возможности этой быстрой практической демонстрации:

• Попросите каждого ученика обернуть стакан алюминиевой фольгой, а другой стакан бумагой.
• Налейте в чашки ледяную воду.
• Попросите учащихся подержать чашки в руках, чтобы определить, какой материал является лучшим изолятором.

Рекомендации

Кесслер, Джеймс Х. и Андреа Беннетт. Лучшее из чудесной науки: элементарная научная деятельность . Бостон, Массачусетс: Издательство Delmar, 1997. стр. 207, 210-211. ISBN: 0827380941

Авторские права

© 2013 Регенты Университета Колорадо; оригинал © 2004 Вустерский политехнический институт

Программа поддержки

Центр инженерного образования, Университет Тафтса

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано в рамках гранта Национального научного фонда GK-12.Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 23 января 2021 г.

Проводники и изоляторы | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите проводник и изолятор, объясните разницу и приведите примеры каждого из них.
• Опишите три метода зарядки объекта.
• Объясните, что происходит с электрической силой, когда вы удаляетесь от источника.
• Определите поляризацию.

Рис. 1. В этом адаптере питания используются металлические провода и разъемы для передачи электричества от настенной розетки к портативному компьютеру. Проводящие провода позволяют электронам свободно перемещаться по кабелям, которые защищены резиной и пластиком. Эти материалы действуют как изоляторы, не позволяющие электрическому заряду выходить наружу.(Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

Некоторые вещества, такие как металлы и соленая вода, позволяют зарядам относительно легко проходить через них. Некоторые электроны в металлах и подобных проводниках не связаны с отдельными атомами или участками в материале. Эти свободных электронов могут двигаться сквозь материал так же, как воздух движется через рыхлый песок. Любое вещество, которое имеет свободные электроны и позволяет заряду относительно свободно перемещаться по нему, называется проводником .Движущиеся электроны могут сталкиваться с неподвижными атомами и молекулами, теряя некоторую энергию, но они могут двигаться в проводнике. Сверхпроводники позволяют заряду перемещаться без потери энергии. Соленая вода и другие подобные проводящие материалы содержат свободные ионы, которые могут перемещаться через них. Ион — это атом или молекула с положительным или отрицательным (отличным от нуля) полным зарядом. Другими словами, общее количество электронов не равно общему количеству протонов.

Другие вещества, например стекло, не позволяют зарядам проходить через них.Это изоляторы . Электроны и ионы в изоляторах связаны в структуре и не могут легко перемещаться — в 10 ²³ раз медленнее, чем в проводниках. Например, чистая вода и сухая поваренная соль являются изоляторами, а расплавленная соль и соленая вода — проводниками.

Зарядка по контакту

На рис. 2 показан электроскоп, который заряжается путем прикосновения к нему положительно заряженным стеклянным стержнем. Поскольку стеклянный стержень является изолятором, он должен фактически касаться электроскопа, чтобы передавать заряд на него или от него.(Обратите внимание, что дополнительные положительные заряды остаются на поверхности стеклянного стержня в результате протирания его шелком перед началом эксперимента.) Поскольку в металлах движутся только электроны, мы видим, что они притягиваются к верхней части электроскопа. Там некоторые из них переносятся на положительный стержень на ощупь, оставляя электроскоп с чистым положительным зарядом.

Рис. 2. Электроскоп — излюбленный инструмент на демонстрациях физики и в студенческих лабораториях. Обычно это делается из листьев золотой фольги, подвешенных к (проводящему) металлическому стержню, и изолирован от воздуха в помещении в контейнере со стеклянными стенками.(а) Положительно заряженный стеклянный стержень подносят к кончику электроскопа, притягивая электроны к вершине и оставляя чистый положительный заряд на листьях. Словно заряды в легких гибких золотых листах отталкиваются, разделяя их. (b) Когда стержень касается шара, электроны притягиваются и переносятся, уменьшая общий заряд на стеклянном стержне, но оставляя электроскоп заряженным положительно. (c) Избыточные заряды равномерно распределяются в стержне и листьях электроскопа после удаления стеклянного стержня.

Электростатическое отталкивание в листах заряженного электроскопа разделяет их. Электростатическая сила имеет горизонтальную составляющую, которая приводит к раздвижению листьев, а также вертикальную составляющую, которая уравновешивается гравитационной силой. Точно так же электроскоп может получить отрицательный заряд при контакте с отрицательно заряженным объектом.

Индукционная зарядка

Необязательно переносить излишек заряда непосредственно на объект для его начисления.На фиг.3 показан метод индукции , в котором заряд создается в соседнем объекте без прямого контакта. Здесь мы видим две нейтральные металлические сферы, контактирующие друг с другом, но изолированные от остального мира. Положительно заряженный стержень приближается к одному из них, притягивая отрицательный заряд к этой стороне, оставляя другую сферу заряженной положительно.

Это пример наведенной поляризации нейтральных объектов. Поляризация — это разделение зарядов в объекте, который остается нейтральным.Если сферы теперь разделены (до того, как стержень вытащен), каждая сфера будет иметь чистый заряд. Обратите внимание, что объект, ближайший к заряженному стержню, получает противоположный заряд при индукционной зарядке. Также обратите внимание, что заряд не удаляется с заряженного стержня, так что этот процесс можно повторить без истощения запаса избыточного заряда.

Рисунок 3. Зарядка индукционным способом. (а) Две незаряженные или нейтральные металлические сферы контактируют друг с другом, но изолированы от остального мира.(b) Положительно заряженный стеклянный стержень приближается к сфере слева, притягивая отрицательный заряд и оставляя другую сферу заряженной положительно. (c) Сферы разделяются перед удалением стержня, таким образом разделяя отрицательный и положительный заряд. (d) Сферы сохраняют чистые заряды после удаления индукционного стержня — даже при отсутствии прикосновения к заряженному объекту.

Другой метод индукционной зарядки показан на рисунке 4. Нейтральная металлическая сфера поляризуется, когда заряженный стержень приближается к ней.Затем сфера заземляется, что означает, что от сферы к земле проложен проводящий провод. Поскольку земля большая и большая часть земли является хорошим проводником, она может легко подавать или принимать избыточный заряд. В этом случае электроны притягиваются к сфере через провод, называемый заземляющим проводом, потому что он обеспечивает проводящий путь к земле. Заземление разрывается перед удалением заряженного стержня, в результате чего в сфере остается избыточный заряд, противоположный заряду стержня. Опять же, при индукционной зарядке достигается противоположный заряд, и заряженный стержень не теряет своего избыточного заряда.

Рис. 4. Индукционная зарядка с заземлением. (а) Положительно заряженный стержень приближается к нейтральной металлической сфере, поляризуя ее. (б) Сфера заземлена, что позволяет электронам притягиваться из достаточного количества источников земли. (c) Разрыв заземления. (d) Положительный стержень удаляется, оставляя сферу с индуцированным отрицательным зарядом.

Нейтральные объекты могут быть привлечены к любому заряженному объекту. Кусочки соломы, притянутые к полированному янтарю, например, нейтральны.Если провести по волосам пластиковой расческой, заряженная расческа соберет нейтральные кусочки бумаги. На рисунке 5 показано, как поляризация атомов и молекул в нейтральных объектах приводит к их притяжению к заряженному объекту.

Рис. 5. И положительные, и отрицательные объекты притягивают нейтральный объект за счет поляризации его молекул. (а) Положительный объект, поднесенный к нейтральному изолятору, поляризует его молекулы. Наблюдается небольшой сдвиг в распределении электронов, вращающихся вокруг молекулы: разнородные заряды приближаются, а одинаковые — удаляются.Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, возникает чистое притяжение. (б) Отрицательный объект производит противоположную поляризацию, но снова притягивает нейтральный объект. c) такой же эффект наблюдается и с проводником; поскольку разноименные заряды ближе, возникает чистое притяжение.

Когда заряженный стержень приближается к нейтральному веществу, в данном случае изолятору, распределение заряда в атомах и молекулах немного смещается. Противоположный заряд притягивается к внешнему заряженному стержню, в то время как аналогичный заряд отталкивается.Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, отталкивание одинаковых зарядов слабее, чем притяжение разнородных зарядов, и поэтому возникает чистое притяжение. Таким образом, положительно заряженный стеклянный стержень притягивает нейтральные кусочки бумаги, как и отрицательно заряженный резиновый стержень. Некоторые молекулы, например вода, являются полярными молекулами. Полярные молекулы обладают естественным или внутренним разделением зарядов, хотя в целом они нейтральны. На полярные молекулы особенно влияют другие заряженные объекты, и они демонстрируют больший эффект поляризации, чем молекулы с естественным однородным распределением заряда.

Проверьте свое понимание

Вы можете объяснить притяжение воды к заряженному стержню на рисунке 6?

Рисунок 6.

Решение

Молекулы воды поляризованы, что дает им слегка положительные и слегка отрицательные стороны. Это делает воду еще более восприимчивой к притяжению заряженного стержня. Когда вода течет вниз, из-за силы тяжести заряженный проводник оказывает чистое притяжение к противоположным зарядам в потоке воды, притягивая его ближе.

Исследования PhET: Джон Траволтаж

Заставьте искры летать с Джоном Травольтэджем. Шевелите ногой Джонни, и он подбирает заряды с ковра. Поднесите руку к дверной ручке и избавьтесь от лишнего заряда.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

• Поляризация — это разделение положительных и отрицательных зарядов в нейтральном объекте.
• Проводник — это вещество, которое позволяет заряду свободно проходить через его атомную структуру.
• Изолятор удерживает заряд в своей атомной структуре.
• Объекты с одинаковыми зарядами отталкиваются друг от друга, а объекты с разными зарядами притягиваются друг к другу.
• Проводящий объект называется заземленным, если он соединен с землей посредством проводника. Заземление позволяет передавать заряд в большой земной резервуар и обратно.
• Объекты можно заряжать, соприкасаясь с другим заряженным объектом, и получить такой же знаковый заряд.
• Если объект временно заземлен, он может заряжаться индукцией и приобретает заряд противоположного знака.
• У поляризованных объектов положительные и отрицательные заряды сосредоточены в разных областях, что придает им несимметричный заряд.
• Полярным молекулам присуще разделение зарядов.

Концептуальные вопросы

1. Эксцентричный изобретатель пытается левитировать, сначала помещая на себя большой отрицательный заряд, а затем помещая большой положительный заряд на потолок своей мастерской. Вместо этого, при попытке наложить на себя большой отрицательный заряд, его одежда разлетелась.Объяснять.
2. Если вы зарядили электроскоп при контакте с положительно заряженным объектом, опишите, как вы могли бы использовать его для определения заряда других объектов. В частности, что бы сделали створки электроскопа, если бы к его ручке поднести другие заряженные объекты?
3. Когда стеклянный стержень натирают шелком, он становится положительным, а шелк — отрицательным, но при этом оба притягивают пыль. Есть ли у пыли третий тип заряда, который притягивается как к положительному, так и к отрицательному? Объяснять.
4. Почему автомобиль всегда притягивает пыль сразу после полировки? (Обратите внимание, автомобильный воск и автомобильные шины являются изоляторами.)
5. Опишите, как положительно заряженный объект можно использовать для придания другому объекту отрицательного заряда. Как называется этот процесс?
6. Что такое заземление? Как это действует на заряженный проводник? На заряженном изоляторе?

Задачи и упражнения

1. Предположим, пылинка в электрофильтре имеет 1.0000 × 10 ¹² протонов в нем и имеет чистый заряд –5,00 нКл (очень большой заряд для маленькой точки). Сколько в нем электронов?
2. Амеба имеет 1,00 × 10 ¹⁶ протонов и чистый заряд 0,300 пКл. а) На сколько электронов меньше, чем протонов? б) Если объединить их в пары, какая часть протонов не будет иметь электронов?
3. Шар из меди весом 50,0 г имеет чистый заряд 2,00 μ C. Какая часть электронов меди была удалена? (У каждого атома меди 29 протонов, а атомная масса меди 63.5.)
4. Какой чистый заряд вы поместите на 100-граммовый кусок серы, если поместите дополнительный электрон на 1 из 10 ¹² его атомов? (Сера имеет атомную массу 32,1.)
5. Сколько кулонов положительного заряда содержится в 4,00 кг плутония, учитывая его атомную массу 244 и каждый атом плутония имеет 94 протона?

Глоссарий

свободный электрон: электрон, который может свободно уходить со своей атомной орбиты

проводник: материал, позволяющий электронам двигаться отдельно от их атомных орбит.

.

изолятор: материал, который надежно удерживает электроны на их атомных орбитах.

заземлен: , когда проводник подключен к Земле, что позволяет заряду свободно течь в и из неограниченного резервуара Земли

индукция: процесс, при котором электрически заряженный объект, поднесенный к нейтральному объекту, создает заряд в этом объекте.

поляризация: небольшое смещение положительных и отрицательных зарядов на противоположные стороны атома или молекулы

электростатическое отталкивание: явление двух объектов с одинаковыми зарядами, отталкивающих друг друга

Избранные решения проблем и упражнения

1.1,03 × 10 ¹²

3. 9.09 × 10 ⁻¹³

5. 1,48 × 10 ⁸ С

Проводники и изоляторы

Электроны атомов разных типов имеют разную степень свободы передвижения. В некоторых типах материалов, таких как металлы, внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаются в пространстве между атомами этого материала не более чем под влиянием тепловой энергии комнатной температуры.Поскольку эти фактически несвязанные электроны могут свободно покидать свои соответствующие атомы и плавать в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободными электронами .

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень мало свободы передвижения. Хотя внешние силы, такие как физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть свои соответствующие атомы и перейти к атомам другого материала, они не очень легко перемещаются между атомами внутри этого материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электрическая проводимость . Электропроводность определяется типами атомов в материале (количество протонов в ядре каждого атома, определяющее его химическую идентичность) и тем, как атомы связаны друг с другом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками , в то время как материалы с низкой подвижностью электронов (мало или совсем нет свободных электронов) называются изоляторами .

Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:

Проводников:

• серебро
• медь
• золото
• алюминий
• утюг
• сталь
• латунь
• бронза
• ртуть
• графит
• грязная вода
• бетон

Изоляторы:

• стекло
• резина
• масло
• асфальт
• стекловолокно
• фарфор
• керамика
• кварц
• (сухое) хлопок
• (сухая) бумага
• (сухое) дерево
• пластик
• воздух
• алмаз
• чистая вода

Следует понимать, что не все проводящие материалы имеют одинаковый уровень проводимости, и не все изоляторы одинаково устойчивы к движению электронов.Электропроводность аналогична прозрачности некоторых материалов для света: материалы, которые легко «проводят» свет, называются «прозрачными», а те, которые этого не делают, — «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы одинаково светопроводят. Оконное стекло лучше, чем большинство пластиков, и, конечно, лучше, чем «прозрачное» стекловолокно. Так и с электрическими проводниками, одни лучше других.

Например, серебро — лучший проводник в списке «проводников», предлагая более легкий проход для электронов, чем любой другой упомянутый материал.Грязная вода и бетон также считаются проводниками, но эти материалы обладают значительно меньшей проводимостью, чем любой металл.

Физический размер также влияет на проводимость. Например, если мы возьмем две полосы из одного и того же проводящего материала — одну тонкую, а другую толстую, — толстая полоса окажется лучшим проводником, чем тонкая при той же длине. Если мы возьмем другую пару полосок — на этот раз одинаковой толщины, но одна короче другой — более короткая будет обеспечивать более легкий проход электронам, чем длинная.Это аналогично течению воды в трубе: толстая труба предлагает более легкий проход, чем тонкая труба, а короткая труба легче проходит воде, чем длинная, при прочих равных размерах.

Также следует понимать, что некоторые материалы изменяют свои электрические свойства в различных условиях. Например, стекло является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но становится проводником при нагревании до очень высокой температуры. Такие газы, как воздух, обычно изолирующие материалы, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур.Большинство металлов при нагревании становятся хуже проводниками, а при охлаждении — лучше. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимостью , ) при чрезвычайно низких температурах.

В то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без определенного направления или скорости, электроны могут перемещаться согласованным образом через проводящий материал. Это равномерное движение электронов мы называем электричеством или электрическим током .Чтобы быть более точным, его можно было бы назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества , которое представляет собой неподвижное накопление электрического заряда. Так же, как вода, текущая через пустоту трубы, электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника. На наш взгляд проводник может показаться твердым, но любой материал, состоящий из атомов, по большей части представляет собой пустое пространство! Аналогия с потоком жидкости настолько уместна, что движение электронов через проводник часто называют «потоком».»

Здесь можно сделать примечательное наблюдение. Поскольку каждый электрон равномерно движется через проводник, он толкает проводник впереди, так что все электроны движутся вместе как группа. Начало и остановка потока электронов по длине проводящего пути происходит практически мгновенно от одного конца проводника к другому, даже если движение каждого электрона может быть очень медленным. Примерная аналогия — трубка, заполненная встык мрамором:

Трубка полна шариков, так же как проводник полон свободных электронов, готовых к перемещению под действием внешнего воздействия.Если один шарик внезапно вставляется в эту полную трубку с левой стороны, другой шарик немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел лишь небольшое расстояние, передача движения через трубку происходит практически мгновенно от левого конца к правому концу, независимо от длины трубки. С электричеством общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света: быстрые 186 000 миль в секунду !!! Однако каждый отдельный электрон проходит через проводник на , намного медленнее.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении в определенное место, мы должны обеспечить им правильный путь, точно так же, как водопроводчик должен установить трубопровод, чтобы вода текла туда, где он или она хочет, чтобы она текла. Чтобы облегчить это, провода изготовлены из металлов с высокой проводимостью, таких как медь или алюминий, самых разных размеров.

Помните, что электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала.Это означает, что электрический ток может присутствовать только там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающий канал для прохождения электронов. В аналогии с мрамором шарики могут течь в левую сторону трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда трубка открыта с правой стороны, чтобы шарики могли вытекать. Если трубка заблокирована с правой стороны, шарики будут просто «скапливаться» внутри трубки, и мраморный «поток» не произойдет.То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, позволяющего этот поток. Давайте посмотрим на диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкая сплошная линия (как показано выше) является условным обозначением непрерывного отрезка проволоки. Поскольку проволока сделана из проводящего материала, такого как медь, составляющие ее атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проволоке. Однако в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если им не будет откуда взяться и куда идти.Добавим гипотетические «Источник» и «Назначение» электрона:

Теперь, когда Источник электронов проталкивает новые электроны в провод слева, поток электронов через провод может возникать (на что указывают стрелки, указывающие слева направо). Однако поток будет прерван, если токопроводящий путь, образованный проводом, будет нарушен:

Поскольку воздух является изолирующим материалом, а два куска провода разделяет воздушный зазор, некогда непрерывный путь прерван, и электроны не могут течь от источника к месту назначения.Это похоже на разрезание водопроводной трубы на две части и закрытие ее сломанных концов: вода не может течь, если нет выхода из трубы. С точки зрения электричества, у нас было состояние электрической цепи , , когда провод был цельным, а теперь эта непрерывность прервана из-за того, что провод был разрезан и отделен.

Если бы мы возьмем другой кусок провода, ведущего к Пункту назначения, и просто вступим в физический контакт с проводом, ведущим к Источнику, у нас снова будет непрерывный путь для движения электронов.Две точки на схеме обозначают физический контакт (металл-металл) между кусочками провода:

Итак, у нас есть непрерывность от Источника до вновь созданного соединения, вниз, вправо и вверх до Назначения. Это аналогично установке тройника в одну из закрытых труб и направлению воды через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание, что через сломанный сегмент провода с правой стороны не проходят электроны, потому что он больше не является частью полного пути от Источника к Пункту назначения.

Интересно отметить, что из-за этого электрического тока внутри проводов не происходит «износа», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге подвергаются коррозии и изнашиваются при длительных потоках. Однако при движении электроны сталкиваются с некоторым трением, и это трение может генерировать тепло в проводнике. Это тема, которую мы рассмотрим более подробно позже.

ОБЗОР:

• В проводящих материалах внешние электроны в каждом атоме могут легко приходить или уходить и называются свободными электронами .
• В изоляционных материалах внешние электроны не так свободно перемещаются.
• Все металлы электропроводны.
• Динамическое электричество , или электрический ток , представляет собой равномерное движение электронов по проводнику. Статическое электричество — это неподвижный накопленный заряд, образованный избытком или недостатком электронов в объекте.
• Для того, чтобы электроны могли непрерывно (бесконечно) течь через проводник, должен быть полный, непрерывный путь, по которому они могут двигаться как внутрь, так и из этого проводника.

---

Уроки в электрических цепях , авторское право (C) 2000-2002 Тони Р. Купхальдт, в соответствии с условиями лицензии на научный дизайн.

Изоляторы — обзор | Темы ScienceDirect

8.1 Введение

Изоляторы используются во многих приложениях, которые требуют, чтобы они выдерживали значительные перепады напряжения при воздействии вакуума. Способность удерживать напряжение у твердого изолятора в вакууме обычно меньше, чем у вакуумного зазора аналогичных размеров, и зависит от многих параметров.К ним относятся: (а) свойства самого изолятора — материал, геометрия, обработка поверхности, крепление к электродам; (b) форма волны приложенного напряжения — длительность, одиночный или повторяющийся импульс и (c) история обработки изолятора — рабочая среда, характер предыдущих приложений напряжения.

На практике уязвимой областью является поверхность изолятора, поскольку его способность удерживать объемное напряжение обычно лучше, чем у вакуумного зазора аналогичного размера. Соответственно, в этом обзоре основное внимание будет уделено экспериментальным результатам, относящимся к пробою напряжения вдоль поверхности изолятора в вакууме (поверхностный пробой).Для заинтересованного читателя было опубликовано несколько предыдущих обзоров электрического поведения изоляторов в вакууме [1–4].

Содержание этой главы в общих чертах разделено на три раздела, охватывающих теоретические, экспериментальные и дискуссионные аспекты предмета. Соответственно, во вводном разделе «Теория» рассматриваются установленные модели, которые были разработаны для объяснения явления поверхностного перекрытия, с особым акцентом на физических механизмах, ответственных за возникновение, развитие и окончательный рост разряда.Подробное обсуждение более поздних теорий поверхностного перекрытия, основанных на эффектах зарядки изолятора, можно найти в главе 9. Экспериментальный раздел представляет и обсуждает некоторые экспериментальные результаты, относящиеся к поверхностному перекрытию. Затем в разделе «Обсуждение» представлены некоторые выводы теории и экспериментов для практического применения изоляторов, где перекрытие поверхности представляет собой потенциальную угрозу.