عایق الکتریکی همان مواد نارسانا هستند که پیشتر درعلوم فناوری و برق با آن‌ها آشنا شده‌ایم. در این مقاله نیز قصد داریم علاوه بر آشنایی با این مواد، به‌طور دقیق‌تری به بررسی انواع عایق الکتریکی بپردازیم و اطلاعاتی را در مورد علت استفاده از این محصولات با شما به در میان بگذاریم.
رسانا و نارسانا چیست؟
به اجسامی که می‌توانند جریان الکتریکی را از خود عبور دهند، رسانا می‌گویند. یا در تعریفی دیگر می‌توان گفت به اجسامی که جریان الکتریکی از آن‌ها عبور می‌کند، رسانا یا هادی الکتریکی گفته می‌شود. اما به اجسامی که نمی‌توانند جریان الکتریکی را از خود عبور دهند یا جریان الکتریکی نمی‌تواند از آن‌ها عبور کند، نارسانا یا عایق الکتریکی می‌گویند.
عایق الکتریکی چیست؟
عایق الکتریکی همان جسم نارسانا است که جریان الکتریکی نمی‌تواند از آن عبور کند. اما عایق الکتریکی به شکل ۱۰۰ درصدی عایق نیست و در صورت قرار گرفتن در میدان الکتریکی، درصد کمی از انرژی الکتریکی را از خود عبور می‌دهد. اما شدت این بار بسیار کم و در حد میلی آمپر است؛ بنابراین یا آن را حس نمی‌کنید و یا به شکل خیلی ضعیف و بی‌خطر متوجه آن می‌شوید.
عاملی که موجب وجه تمایز عایق الکتریکی در مقایسه با هادی الکتریکی و مواد نیمه‌رسانا می‌شود، میزان مقاومت الکتریکی است. یعنی در اجسام نارسانا، میزان مقاومت الکتریکی بسیار بیشتر از اجسام دیگر است. به گونه‌ای دیگر می‌توان گفت میزان مقاومت الکتریکی مواد، با رسانا بودن آن‌ها رابطه‌ای معکوس دارد. هرچه میزان مقاومت الکتریکی یک شیء بیشتر باشد، درصد رسانا بودن کاهش یافته و هرچه قدرت رسانایی محصول بیشتر باشد، میزان مقاومت آن در برابر جریان الکتریکی کمتر خواهد بود.
قابلیت عایق الکتریکی
عایق الکتریکی این قابلیت را دارد که در روند جریان الکترون‌های در حال حرکت درون یک جسم، اختلال ایجاد کند و امکان جابه‌جایی آسان را از آن‌ها بگیرد. عایق‌های الکتریکی از موادی تشکیل می‌شوند که مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر جریان‌های الکتریکی دارند.
این مواد مانند سدی قوی، جلوی قوی‌ترین جریان‌های الکتریکی را می‌گیرند و یا به‌عنوان یک گزینه پیشگیرانه، در ساخت و تولید محصولات مختلف کاربرد دارند. از مهم‌ترین قابلیت‌های عایق الکتریکی می‌توان به پیشگیری از خطر برق گرفتگی اشاره کرد، به همین علت برای پوشش سیم‌ها و کابل‌های برق از این محصولات استفاده می‌شود.
عایق در چه مواقعی می‌تواند هادی الکتریسیته باشد؟
هیچ محصولی به خودی خود عایق کامل نیست و عایق الکتریکی هم درصد کمی از جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهد. اما این درصد آن قدر ناچیز است که یا حس نمی‌شود و یا به شکل خیلی کم و ضعیف حس می‌شود. اما درصورتی‌که ولتاژ کافی از الکترون‌ها اعمال شود، این میدان الکتریکی از مدار جدا شده و جسم نارسانا را به یک جسم رسانا تبدیل می‌کند.
چرا باید از عایق الکتریکی استفاده کنیم؟
همان‌طورکه پیشتر گفته شد، عایق الکتریکی در برابر جریان برق مقاومت فوق‌العاده‌ای دارد و مانند سدی قوی، جلوی این جریان را می‌گیرد؛ بنابراین در مواقعی که به انرژی الکتریکی نیاز نداریم می‌توانیم به واسطه این محصولات، جلوی جریان برق را بگیریم و از وقوع اتفاقات و حوادث تلخ جلوگیری کنیم. در واقع به کمک این محصولات می‌توان فضایی امن را در محیط‌های مختلف ایجاد کرد.
علاوه بر آن عایق الکتریکی در برابر دمای بالا و حرارت نیز به خوبی مقاومت می‌کند و تغییر شکل نمی‌دهد؛ بنابراین گزینه‌ای مناسب برای استفاده در قطعات الکتریکی، خازن‌ها و لحیم کاری و… محسوب می‌شود.
چه مواردی می‌تواند بر طول عمر مفید عایق الکتریکی تاثیرگذار باشد؟
موارد متعددی می‌توانند بر طول عمر مفید عایق الکتریکی تاثیرگذار باشند که از جمله آن‌ها می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم.
میزان فشار و بار الکتریکی
عایق الکتریکی انواع مختلفی دارد و هر نوع آن به لحاظ ساختار، ظاهر و مشخصات با نوع دیگر متفاوت است؛ بنابراین هر عایقی می‌تواند میزان فشار و بار الکتریکی متفاوتی را تحمل کند و نمی‌توانیم از همه عایق‌ها انتظار داشته باشیم که یک میزان مقاومت در برابر بارها و فشارهای الکتریکی از خود نشان دهند. بنابراین یکی از مواردی که می‌تواند بر طول عمر مفید عایق الکتریکی تاثیر گذاشته باشد استفاده درست از عایق‌ها به تناسب میزان مقاومت آن‌ها در برابر بارهای الکتریکی است.
نصب در محیط امن
برای اینکه طول عمر مفید عایق الکتریکی را افزایش دهیم، باید آن را در محیط‌های امن و به دور از آسیب‌های مکانیکی، ضربه، فشار و… نصب کنیم.
انتخاب به تناسب شرایط محیط
عایق الکتریکی را باید به تناسب شرایط محیطی انتخاب و استفاده کنید. به‌طور مثال اگر قرار است این محصول در محیطی شیمیایی نصب شود، باید بتواند در برابر این مواد آسیب‌زا مقاومت کند و دوام بیاورد.
دوری از رطوبت
نم و رطوبت یکی از عواملی است که باعث کاهش طول عمر مفید عایق الکتریکی می‌شود؛ بنابراین برای افزایش طول عمر مفید عایق الکتریکی باید این محصول را از شرایط مرطوب و تماس با نم دور نگه دارید.
دمای مناسب
یکی دیگر از عوامل بسیار مهم و تاثیرگذار در افزایش طول عمر عایق الکتریکی میزان دمای محیط است. اگرچه گفتیم این محصولات در برابر دمای بالا مقاوم هستند اما میزان توان و تحمل عایق‌های الکتریکی تا حد خاصی است و بیش از یک حد مشخص نمی‌توانند در برابر حرارت مقاومت کنند و به این شکل آسیب می‌بینند.
انواع عایق الکتریکی بر اساس شکل
از جمله عایق‌های الکتریکی جامد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
چوب
چوب ماده‌ای نارسانا است که الکترون‌های آن فعالیت بسیار کمی دارند و انرژی الکتریکی از آن‌ها عبور نمی‌کند. اما چوبی که خیس شده باشد، می‌تواند به‌عنوان یک رسانای هرچند ضعیف عمل کند؛ چراکه آب یک ماده رسانا محسوب می‌شود. از طرفی چوب سوخته و به اصطلاح ذغال نیز یک ماده رسانا به‌شمار می‌رود و جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند.
پلاستیک
در میان انواع عایق‌های الکتریکی، پلاستیک یکی از بهترین گزینه‌ها محسوب می‌شود. این محصول به‌طور گسترده در تولید سیم و کابل‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به خوبی می‌تواند جریان الکتریکی موجود در سیم‌های مسی را به طور کامل پوشش دهد.
سرامیک
از دیگر عایق‌های الکتریکی بسیار قوی می‌توانیم به سرامیک‌ها اشاره کنیم. این محصولات اغلب در محیط‌هایی با جریان الکتریکی فشار قوی مورد استفاده قرار می‌گیرند و به خوبی جریان الکتریکی را خنثی می‌کنند.
شیشه
این عایق در سیستم‌های تلگراف به شکل گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
لاستیک
امروزه استفاده از لاستیک بسیار کمتر شده است و پلاستیک‌ها توانسته‌اند جای آن‌ها را بگیرند.
علاوه بر مواد جامد، عایق‌های الکتریکی از نوع مایع هم وجود دارند که از جمله آن‌ها می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم.
روغن ترانسفورماتور
این روغن یکی از بهترین عایق‌های الکتریکی به‌شمار می‌رود. به جرئت می‌توان گفت روغن ترانسفورماتور به قدری خوب عمل می‌کند که تا به حال هیچ عایقی نتوانسته جای این محصول را بگیرد. این محصول در ساخت ترانس‌ها، در حوزه برق و قدرت و تولیدی برخی خازن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اما دسته‌ای دیگر از عایق‌های الکتریکی وجود دارند که به شکل گاز هستند. از جمله عایق‌های الکتریکی گازی می‌توان موارد زیر را بیان کرد.
هوا
هوا یکی از عایق‌های الکتریکی گازی شکل است که مقاومت نسبتا خوبی در برابر بارهای الکتریکی از خود نشان می‌دهد. از این نوع عایق بیشتر در صنعت برق استفاده می‌شود؛ چراکه یک عایق بی‌قیمت و همیشه در دسترس است.
هگزا فلوراید گوگرد
از دیگر عایق‌های گازی که بهتر از هوا عمل می‌کنند، می‌توان به هگزا فلوارید گوگرد اشاره کرد. از این عایق در خنک کننده‌ها، ترانسفورماتورها و برق ولتاژ بالا و… استفاده می‌کنند.
عایق‌بندی سیم و کابل‌ها
سیم‌ها و کابل‌های برق با استفاده از یک پوشش نازک از عایق الکتریکی ایزوله می‌شوند که این پوشش روی هادی‌ها را پوشش می‌دهد. از جمله موادی که در عایق‌بندی سیم و کابل مورد استفاده هستند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
پلی اتیلن
پلی اتیلن یکی از مرسوم‌ترین مواد پلاستیکی است که به‌عنوان عایق الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصول پلیمری علاوه بر اینکه به‌عنوان روکش سیم و کابل کاربرد دارد، در تولید پلاستیک فریزر، بطری آب، روکش کابل و… استفاده می‌شود.
پی وی سی
بیشتر نام پی وی سی را در حوزه ساخت درب و پنجره شنیده ایم. پی وی سی علاوه بر اینکه در برابر جریان الکتریکی مقاوم است می‌تواند در مقابل آب و رطوبت نیز به خوبی مقاومت کند.
کاغذ روغنی
جالب است بدانید که کاغذ باتوجه به اینکه با چوب تهیه می‌شود، نوعی عایق الکتریکی است. حال اگر کاغذ به روغن آغشته شود، میران مقاومت آن در برابر جریان الکتریکی به شکل ویژه‌ای افزایش پیدا می‌کند. کاغذ روغنی به‌عنوان یک عایق الکتریکی در صنایعی نظیر برق و قدرت، ترانسفورماتورها و روکش کابل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در مناطق خطوط برق فشار قوی از کدام عایق استفاده می‌شود؟
در مناطق خطوط برق فشار قوی که میزان ولتاژ برق بسیار بالا است، امکان استفاده از عایق‌های الکتریکی وجود ندارد؛ چراکه عایق‌های جامد توان مقاومت در مقابل این میزان فشار برق را ندارند؛ بنابراین در چنین شرایطی تنها می‌توان از هوا به‌عنوان عایق استفاده کرد و هیچ رابط دیگری بین سیم‌های برق وجود ندارد. به همین علت توصیه می‌کنیم از رفتن به مکان‌هایی که برق فشار قوی در آن‌ها وجود دارد، بپرهیزید؛ چراکه این کار ممکن است حوادث تلخ و آسیب‌های جدی به همراه داشته باشد. اما در برخی مناطق که میزان فشار برق متوسط باشد، از عایق‌های پلاستیکی استفاده می‌کنند.
تعریف عایق الکتریکی
عایق‌های الکتریکی اجسامی هستند که نمی‌توانند جریان الکتریکی را از خود عبور دهند و یا جریان الکتریکی از آن‌ها عبور نمی‌کند. این مواد انواع مختلفی دارند و به‌صورت جامد، مایع و گاز موجود هستند. عایق‌های الکتریکی به‌طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند و شرایطی امن را در هر محیطی فراهم می‌کنند.
عایق‌های سیم
برای عایق‌بندی سیم و کابل به‌طور معمول از مواد پلاستیکی استفاده می‌شود. همان‌طور که گفتیم پلاستیک‌ها از بهترین نوع عایق‌ها هستند که می‌توانند جریان الکتریکی را به خوبی ایزوله کنند. از دیگر مواد مورد استفاده در عایق‌بندی سیم و کابل می‌توان به مواد پی وی سی، پلی اتیلن، نوار کریپتون، سیلیکون، پی وی سی و… اشاره کرد. هر کدام از عایق‌های پلاستیکی مناسب برای سیم و کابل، ویژگی‌ها و مشخصات خاص خود را دارند و برای استفاده در شرایط مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
هادی برق چیست؟
هادی برق ماده‌ای است که به‌دلیل داشتن تعداد زیادی الکترون آزاد به راحتی می‌تواند جریان الکتریکی را از خود عبور دهد. هادی‌ها انواع مختلفی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به بدن انسان، زمین، انواع فلزات و… اشاره کرد. در میان انواع هادی‌های موجود در طبیعت، فلزات و در راس آن‌ها مس از بهترین و قوی ترین‌ها محسوب می‌شود و به همین دلیل در تولید انواع سیم و کابل از این فلز استفاده می‌کنند.
انواع هادی الکتریکی
هادی‌های فلزی از جمله کابل‌ها و سیم‌ها از جمله مهم‌ترین محصولاتی هستند که جریان برق را از خود عبور می‌دهند. بیشتر هادی‌ها را با استفاده از آلومینیوم و مس می‌سازند؛ چراکه مس بیشترین رسانایی را دارد. این درحالی است که آلومینیوم هم به لحاظ وزنی سبک‌تر و هم به لحاظ قیمت کاملا به صرفه است. از جمله انواع هادی الکتریکی می‌توان به هادی تکی، هادی چندتایی، هادی AAC، هادی AAAC، هادی تقویت شده با فولاد، هادی با تلفات کم و هادی فولادی با روکش آلومینیومی اشاره کرد.
عوامل موثر بر میزان هدایت
عوامل مختلفی بر میزان هدایت جریان الکتریکی تاثیر می‌گذارند که این عوامل عبارتند از:
- ناخالصی ها: هرچه درصد خلوص رسانا بیشتر باشد میزان هدایت جریان الکتریکی افزایش پیدا می‌کند.
- تغییرات دما: گرما و سرما نیز می‌توانند بر میزان هدایت جریان الکتریکی تاثیرگذار باشند. گرما باعث کاهش جریان الکتریکی و افزایش مقاومت می‌شود. اما سرما جریان الکتریکی را افزایش داده و مقاومت را پایین می‌آورد.
- ساختار کریستالی مواد و میدان‌های الکترومغناطیسی نیز می‌توانند از عوامل موثر بر میزان هدایت جریان الکتریکی باشند.
نیمه هادی چیست؟
نیمه هادی‌ها را نه می‌شود آن‌ها را در دسته رساناها قرار داد و نه می‌توان گفت که این مواد نارسانا هستند. جالب است بدانید که وجه تمایز مواد نیمه رسانا قابلیت کنترل میزان رسانایی آن‌ها توسط انسان‌ها است. یعنی می‌توان با افزودن یکسری مواد به آن‌ها و ایجاد تغییر در ساختارشان، میزان رسانایی آن‌ها را کم یا زیاد کرد.
انواع نیمه هادی
نیمه هادی‌ها یا نیمه رساناها انواع مختلفی دارند و به‌طورکلی در دو دسته ذاتی و غیرذاتی قرار می‌گیرند.
- نیمه هادی ذاتی: این نوع از نیمه هادی‌ها با استفاده از مواد شیمیایی به تولید می‌رسند و ساختار آن‌ها تنها از یک عنصر تشکیل شده است.
- نیمه هادی غیر ذاتی: با افزودن یکسری اتم‌های جایگزین به نیمه هادی ذاتی و خالص، نیمه هادی‌های غیر ذاتی به دست می‌آیند. این محصولات در دو نوع P و N قرار می‌گیرند.
