что такое изолятор в химии
Изоляторы
Смотреть что такое «Изоляторы» в других словарях:
ИЗОЛЯТОРЫ — Дурные проводники электричества и потому употребляемые для изолирования проводников. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ИЗОЛЯТОРЫ ИЛИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕЛА вообще все тела, дурно проводящие… … Словарь иностранных слов русского языка
Изоляторы — (электр.). В первое время развития сведений обэлектричестве (XVII ст.) все тела, по отношению к электричеству, былиразделены на две большие группы: на тела идиоэлектрические, способныеэлектризоваться трением, и тела анэлектрические, не… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
Изоляторы — Изоляторы, в частности не проводящие электричества фарфоровые илистеклянные колпачки или ролики, по которым ведутся телеграфные провода ивообще проволоки для электрических токов … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
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, не… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Изоляторы — Изолятор это средство для изоляции (т.е. отделения, обособления, отграничения) чего либо от остальной среды. Изоляторами называют: Диэлектрик вещество, не проводящее электрический ток; Линейный изолятор изоляторы воздушных линий электропередачи;… … Википедия
ИЗОЛЯТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ — ИЗОЛЯТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, приборы или вещества, изолирующие электричество. Заряженное электричеством тело теряет, находясь в воздухе или газах, свой заряд, причем заряд уводится или через подставки или через воздух. Уведение заряда является,… … Большая медицинская энциклопедия
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, в отношении которых в качестве меры пресечения… … Финансовый словарь
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, к которым в качестве меры… … Юридический словарь
изоляторы для гирлянд промежуточных опор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN span wire insulators … Справочник технического переводчика
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, в отношении которых в качестве… … Энциклопедия юриста
Значение слова «изолятор»
1. Физ. Вещество, не проводящее электрического тока; диэлектрик.
2. Прибор из фарфора, пластических масс и т. д. для подвешивания проводов и кабелей или для ввода проводов в здание. Высоковольтные изоляторы. Подвесные изоляторы.
3. Особое помещение для больных или других лиц, нуждающихся в изоляции.
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
В электротехнике и радиотехнике:
Изолятор линейный — устройство для изоляции воздушных линий электропередачи, выполненное из диэлектрика. Один из видов электрического изолятора
Электроизоляционный материал — материал, не проводящий электрический ток, служащий для отделения одного проводника от другого
Изолятор оптический — средство гальванической развязки электрических цепей, основанное на преобразовании электрический сигнал — свет — электрический сигнал
Изолятор металлический — элемент, служащий для крепления проводников линии передачи и их электрической изоляции друг от друга на фиксированной частоте без применения электроизоляционных материалов
В социальной среде:
Изолятор медицинский — помещение для отграничения больного от среды здоровых людей
Изолятор следственный — помещение для ограничения свободы человека на время ведения следствия
ИЗОЛЯ’ТОР, а, м. 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 электр. проводов (тех.). 3. Помещение для заразных больных или буйных помешанных (мед.). 4. Место заключения лишенных свободы, тюрьма (нов. офиц.). И. специального назначения.
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
изоля́тор
1. техн. физ. то же, что диэлектрик; вещество, не проводящее электрический ток, служащее для отделения одного проводника от другого; изолирующий предмет, изолирующее вещество ◆ Натрий, служащий катодом, отделён от пористого угля или от какого-либо другого пористого проводника пластинкой пористого изолятора. Н. А. Капцов, «Яблочков — слава и гордость русской электротехники», 1948 г. (цитата из НКРЯ)
2. эл.-техн. выполненное из диэлектрика устройство для изоляции проводов от несущих конструкций ◆ Подвеска самих проводов производится обычным способом, т. е. на каждом столбе или кронштейне устанавливаются по два или четыре изолятора соответствующего типа, насаженные на железные крюки или штыри, ввинченные в зависимости от типа проводки в столбы или накладки кронштейнов. Спижевский, Грибов, «Линии для трансляции», 1929 г. // «Радио Всем» (цитата из НКРЯ)
3. мед. помещение для заразных больных или буйных помешанных ◆ В изолятор (которого, кстати сказать, не было в нашем зерносовхозе) полагалось отправить всех, с кем находился в контакте больной, и прежде всего самого больного, а я преспокойно положила его в одну палатку с двумя астматиками и мальчиком, сломавшим ключицу! В. А. Каверин, «Открытая книга», 1949–1956 г. (цитата из НКРЯ)
Разрушение идеальности: магнитные атомы в топологических изоляторах
Игорь Бурмистров,
доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН
«Коммерсантъ Наука» №6, сентябрь 2017
Поверхностные состояния электронов известны с 30-х годов прошлого века, косвенное обменное взаимодействие — с 50-х. В XXI веке два этих физических эффекта, объединенные в топологических изоляторах, приводят к совершенно новым свойствам и новым практическим применениям.
Прежде чем рассказывать, что интересного было сделано в недавней работе, написанной совместно со студентами кафедры проблем теоретической физики МФТИ Павлом и Владиславом Куриловичами и опубликованной в журнале Physical Review B, стоит напомнить, что такое двумерные топологические изоляторы, магнитные примеси и косвенное обменное взаимодействие.
Топологические изоляторы
Топологические изоляторы — это открытие физики XXI века. Их существование и свойства были сначала предсказаны теоретически, а затем, через несколько лет, открыты экспериментально. Слово изолятор в названии «топологический изолятор» означает, что соответствующий материал, если бы он не имел границы (занимал бы все пространство), был бы диэлектриком, то есть при низких температурах не пропускал бы электрический ток. В реальности любой материал имеет границу, поэтому говорят, что топологический изолятор имеет объемные диэлектрические свойства. Это проявляется в том, что заряженные частицы (электроны и дырки) внутри топологического изолятора, как и в обычных диэлектриках, не могут иметь произвольную энергию — как говорят, у изолятора существует запрещенная зона (см. рис. 1) — и не проводят электрический ток. Слово топологический означает, что у топологических изоляторов, в отличие от изоляторов обычных, на поверхности (в трехмерном случае) или на границе (в двумерном случае), существуют поверхностные / краевые состояния, энергия которых находится в объемной запрещенной зоне (см. рис. 1), но они проводят ток. Причем сами эти поверхностные / краевые состояния являются топологическими, то есть их существование не связано с какими-то специальными условиями на поверхности / границе материала.
Рис. 1. Схематическое изображение зависимости энергии от импульса в обычных (а) и топологических (б) изоляторах
Заметим, что существование поверхностных состояний в полупроводниках было известно с 30-х годов прошлого века — после работ Игоря Тамма и Уильяма Шокли (W. B. Shockley). Но в отличие от давно известных поверхностных состояний Тамма и Шокли, топологические поверхностные состояния нельзя уничтожить, изменяя свойства поверхности.
Поверхностные / краевые состояния в топологических изоляторах имеют ряд интересных свойств. Например, если к топологическому изолятору поднести электрический заряд, то на поверхности возникает такое распределение электрического тока, какое возникло бы при наличии магнитного монополя в объеме топологического изолятора. Огромный интерес к топологическим изоляторам связан с тем, что есть надежда использовать их необычные свойства для создания электронных схем с минимальными потерями на тепло, а также квантовых компьютеров.
Магнитный монополь
У магнита два полюса — северный и южный. Выглядит это так, как будто рядом расположены два противоположных «магнитных заряда». Но разделить их не удается: если магнит распилить, у половинок снова будет по два полюса. Идея об одиночном магнитном заряде — магнитном монополе — впервые умозрительно-математически была высказана Пьером Кюри еще в 1894 году. В 1931 году Поль Дирак предположил возможность существования реальной квантовой частицы с магнитным зарядом (ее называют монополем Дирака). Все попытки экспериментально обнаружить монополь Дирака пока безуспешны.
В настоящее время известно более 20 соединений, которые являются трехмерными топологическими изоляторами. Например, такими соединениями являются теллурид и селенид висмута. Примеров двумерных топологических изоляторов всего два. Наиболее исследованной экспериментально является структура на основе теллурида кадмия (CdTe) и теллурида ртути (HgTe). Эта структура называется квантовой ямой CdTe / HgTe / CdTe и показана на рис. 2. Из-за различия в свойствах теллурида кадмия и теллурида ртути, согласно законам квантовой механики, электроны оказываются заперты в тонком слое теллурида ртути (обычно около 10 нанометров) и могут свободно двигаться только по слою. О такой ситуации говорят, что электроны эффективно становятся двумерными. Если начать менять толщину слоя теллурида ртути и прикладывать напряжение в плоскости слоя, то при толщине ямы больше критической (около 6 нанометров) потечет электрический ток. Причем оказывается, что ток течет вдоль границы слоя теллурида ртути (см. рис. 2).
Рис. 2. Схематическое изображение структуры квантовой ямы CdTe / HgTe / CdTe. Красными линиями изображены краевые состояния, которые переносят электрический ток по краю слоя HgTe
Эксперимент, подтверждающий такую картину, был проведен в 2007 году в группе Лоуренса Моленкампа (L. W. Molenkamp) в Университете Вюрцбурга (Германия). В России аналогичные эксперименты проводят в группе Зе Дон Квона в Институте физики полупроводников в Новосибирске.
Важным свойством краевых состояний в топологических изоляторах является то, что они идеально проводят электрический ток. Слово «идеально» в этом случае означает, что отношение приложенного напряжения к протекающему току равно кванту электрического сопротивления (постоянной фон Клитцинга). Напомним, что квант электрического сопротивления в системе единиц СИ равен 25812,807 Ом. Идеальное протекание электрического тока вдоль границы двумерного топологического изолятора нарушается в присутствии магнитных атомов или, как говорят, примесей. Такими примесями могут служить, например, атомы железа или марганца. Уединенный магнитный атом, расположенный у границы двумерного топологического изолятора, приводит к отражению краевых состояний назад, из-за чего при низких температурах отношение напряжения к току становится больше, чем квант сопротивления. Если же магнитных атомов много и они могут образовать упорядоченное состояние, то протекание электрического тока может быть полностью блокировано и отношение напряжения к току становится бесконечным.
Есть надежда использовать топологические изоляторы для создания электронных схем с минимальными потерями на тепло, а также квантовых компьютеров
Интересно, что полупроводники теллурид кадмия и теллурид ртути с небольшими концентрациями атомов марганца в начале 1980-х очень активно изучались во всем мире, как теоретически, так и экспериментально. У нас в стране этим активно занимались в лаборатории Исаака Цидильковского в Институте физики металлов в Екатеринбурге. Основной вопрос, который интересовал исследователей, — это поведение магнитных моментов примесных атомов при низких температурах. Например, упорядочиваются ли магнитные моменты, образуя ферромагнитное состояние, при понижении температуры, или нет.
Косвенное обменное взаимодействие
Возможность упорядочения магнитных моментов примесных атомов определяется характером взаимодействия между ними. Если концентрация примесных атомов невелика (доли процента), так что атомы расположены далеко друг от друга, то основное взаимодействие возникает из-за рассеяния свободных электронов на паре магнитных атомов. Можно сказать иначе — из-за взаимодействия магнитных атомов через посредство свободных электронов, косвенного обменного взаимодействия. В металлах такое взаимодействие носит название взаимодействия Рудермана — Киттеля — Касуи — Иосиды (Ruderman — Kittel — Kasuya — Yosida) в честь теоретиков, которые его впервые изучили еще в середине 50-х годов прошлого века. В полупроводниках косвенное обменное взаимодействие впервые теоретически исследовали Бломберген и Роуланд (Bloembergen, Rowland) в 1955 году. Большой вклад в изучение косвенного обмена внес также Алексей Абрикосов — советско-американский физик, нобелевский лауреат, занимавшийся фундаментальными вопросами физики твердого тела. Оказывается, что в металлах и полупроводниках косвенное обменное взаимодействие ведет себя по-разному с расстоянием между атомами. При низких температурах в металлах косвенное обменное взаимодействие убывает степенным образом, а в полупроводниках — быстрее, экспоненциально. В металлах при рассеянии на магнитной примеси электрон из-под уровня Ферми переходит в свободное состояние прямо над уровнем Ферми. В полупроводниках при рассеянии на магнитной примеси состояние из валентной зоны должно перейти в состояние в зоне проводимости, а это требует большей энергии, равной как минимум ширине запрещенной зоны.
Энергетические зоны в кристалле
В кристаллическом твердом теле электрон не может обладать произвольной энергией. Есть диапазоны разрешенных энергий (разрешенные зоны) и запрещенных энергий (запрещенные зоны). Самая верхняя из разрешенных зон, в которой еще могут находиться электроны, называется зоной проводимости. Предыдущая пред ней — валентная зона. Если в зоне проводимости есть достаточное количество электронов, то это металл, если она пуста — изолятор, промежуточный случай отвечает полупроводникам.
Уровень энергии, соответствующий самым «верхним» электронам (при низкой температуре), называется уровнем Ферми. В металлах уровень Ферми совпадает с так называемым химическим потенциалом, в изоляторах химический потенциал попадает в запрещенную зону.
Косвенное обменное взаимодействие в топологических изоляторах теоретически изучалось с момента их экспериментального открытия в середине прошлого десятилетия. Однако при его изучении обычно учитывалось только рассеяние поверхностных (или краевых) состояний на магнитных примесях. Так как эти состояния похожи на состояния в металле, то и косвенное обменное взаимодействие получалось таким же, как в двумерном (или одномерном) металле. В нашей теоретической работе мы изучили, как на косвенное обменное взаимодействие между магнитными атомами в двумерном топологическом изоляторе влияет наличие не только краевых, но и объемных состояний. Тот факт, что краевые состояния ведут себя как металлические, а объемные — как диэлектрические, приводит к интересной особенности: в зависимости от расположения магнитных атомов они взаимодействуют по-разному (см. рис. 3). Если оба магнитных атома находятся вдали от границы, то косвенное обменное взаимодействие между ними такое же, как в обычном полупроводнике, в частности, оно на больших расстояниях спадает экспоненциально. Если же оба магнитных атома находятся у границы, то косвенное обменное взаимодействие устроено так же, как в металле, — на больших расстояниях убывает степенным образом. Оба этих результата были известны и до нашей работы.
Рис. 3. Схематическое изображение расположения магнитных атомов марганца (Mn) относительно краевых состояний в слое теллурида ртути (а, б, в). Иллюстрация переходов носителей при рассеянии на паре магнитных атомов при различном их расположении (г, д, е)
Напряжение управляет температурой перехода
В нашей работе мы нашли новый тип поведения косвенного обменного взаимодействия, когда оно, с одной стороны, имеет свойства, характерные для металлов, а с другой — свойства, типичные для полупроводников. Такой вид косвенного обменного взаимодействия реализуется в случае, когда один атом находится у края, а второй вдали от него. Такие гибридные свойства косвенного обменного взаимодействия определяются тем, что в этом случае при рассеянии на магнитной примеси краевое состояние переходит в объемное состояние в зоне проводимости. Такой переход требует энергии, меньшей объемной щели на величину химического потенциала краевых состояний (см. рис. 3). А химический потенциал краевых состояний зависит от приложенного напряжения. Получается, что характерная длина, на которой косвенное обменное взаимодействие затухает, зависит от приложенного напряжения. Такая зависимость косвенного обмена от напряжения является очень интересной. Потенциально она может приводить к тому, что температурой перехода в упорядоченное состояние для магнитных примесей, находящихся у границы двумерного топологического изолятора, можно будет управлять приложенным напряжением. Чтобы выяснить, так ли это, требуются дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования.
В заключение можно сказать, что изучение свойств топологических изоляторов — это новая, интересная и активно развивающаяся область современной физики конденсированного состояния, прогресс в которой однажды может привести к появлению новых микроэлектронных устройств.
Какие бывают электрические изоляторы и для чего они предназначены?
Обязательным условием для передачи электрической энергии является проводниковый материал, необходимый для протекания тока. Но для исключения возможности попадания потенциала на несущие конструкции и другие элементы устанавливаются электрические изоляторы. В современной электротехнике невозможно представить себе работу каких-либо силовых устройств без изоляторов.
Что из себя представляют электрические изоляторы?
Электрические изоляторы представляют собой диэлектрический элемент электроустановки, конструктивно выполняемый из изоляционного материала и армирующих деталей. Диэлектрик предназначен для электрического отделения, а металлические конструкции позволяют зафиксировать как сам изолятор, так и проводники на нем. В качестве диэлектрического материала используется стекло, полимер или керамика.
Назначение
Электрические изоляторы предназначены для крепления шин, проводов, тралеи и прочих токоведущих элементов к корпусу электроустановки, консолям опор и прочим конструкциям. Помимо этого они изолируют проводники при прохождении через стены, позволяют отделить электроустановки друг от друга и прочие несущие функции.
В зависимости от места установки их подразделяют на внутренней и наружной. Также немаловажное значение играет класс напряжения, на который рассчитан тот или иной изолятор. Из-за чего будет отличаться его конструктивное исполнение и определенные технические характеристики, определяющие возможность их применения в тех или иных электроустановках [ 1 ].
Основные технические характеристики
В соответствии с требованиями нормативных документов, для электрических изоляторов регламентируются такие характеристики:
При таком потоке струй под углом 45°, которые обозначены на рисунке 2 буквой А, обеспечивается максимальное обтекание поверхности Б, и, как следствие, обеспечивается минимальное сопротивление электрическому току – от 9,5 до 10,5 кОм*см. Этот параметр всегда ниже сухоразрядного.
Проверка технических характеристик.
Следует отметить, что испытательные процедуры не являются обязательными для всех изоляторов, выпускаемых на заводе. Электрическим, термическим и механическим воздействиям подвергаются только 0,5% от партии. Обязательной для всех изоляторов является проверка напряжением перекрытия в течении трех минут, при котором на изоляторе возникают искровые разряды.
У подвесных изоляторов обязательно проверяется механическая характеристика. Для этого в течении минуты к нему прикладывается механическая нагрузка, которую регламентируют заводские или государственные нормы.
Такие испытания обеспечивают нормальную работу электрических изоляторов при номинальных токах и номинальных напряжениях в сети. А также, достаточный уровень надежности. Кроме этого, некоторые модели подвергаются периодической проверке в ходе эксплуатации. По результатам периодических осмотров и испытаний они могут проходить очистку, выбраковку и замену.
Типовая конструкция
Для начала разберем пример типовой конструкции на эскизе штыревого изолятора.
Рис. 3. Изолятор в разрезе
Как видите на рисунке 3, в конструкции предусмотрены ребра А и Б. Которые позволяют увеличить электрическую прочность за счет удлинения пути для тока утечки по поверхности. В связи с различными углами уклона ребер обеспечивается возможность защиты от выпадающих осадков. Так ребра А имеют меньший уклон, поэтому они наиболее актуальны для твердых осадков – снега, грязи и т.д. Потому что влага может подлизываться под низ и значительно сокращать величину разрядного напряжения.
В отличии от них, юбки Б позволяют полностью исключить возможность попадания влаги при дождливой погоде. Это обеспечивает постоянный запас сопротивления, которое и гарантирует величину напряжения пробоя. Помимо этого, юбки Б не боятся намерзания гололеда и могут обеспечивать нормальную работу высоковольтных линий в случае сложной метеорологической ситуации.
Для крепления головки стержня предусмотрена резьба В, которая позволяет закрепить конструкцию на консоли или армирующих крюках. В верхней части находится желоб Г для фиксации провода. Дополнительно провод увязывается проволокой для более надежного крепления воздушных ЛЭП.
Рис. 4. Конструкция проходного изолятора
Проходной изолятор имеет немного иную конструкцию, так как его задача не только изолировать токоведущую шину от стены, но и обеспечить нормальное протекание тока внутри самого изолятора. Посмотрите, шина обжимается с обеих сторон алюминиевой крышкой для ее надежного закрепления снаружи. Внутри механическое крепление осуществляется за счет герметика, который помимо этого предотвращает попадание загрязнителей и агрессивных веществ. Также для удобства крепления проводов или шин может устанавливаться дополнительный лепесток на самой крышке, как показано на рисунке 4.
Защитная оболочка из кремнийорганической резины препятствует электрическому пробою по поверхности от шины до фланца. Изоляция от пробоя внутренних элементов выполняется посредством стеклопластиковой трубы, которая помещается внутрь ребристой рубашки. Более детальную информацию о параметрах можно почерпнуть из обозначения модели.
Обозначения изоляторов
В маркировке каждого изделия содержится информация о его типе, материале и прочих характеристиках. Посмотрите пример маркировки для изолятора НСПКр 120 – 3/0,6 – Б.
Классификация
Для обеспечения надежного электроснабжения и соблюдения максимального уровня безопасности в каждом конкретном случае в электроустановках должны применяться изоляторы соответствующего типа и конструкции. В зависимости от критерия выделяют несколько параметров их классификации.
По назначению
В зависимости от назначения выделяют такие виды изоляторов:
По материалу исполнения
В зависимости от применяемого диэлектрика выделяют такие виды изоляторов:
По способу крепления на опоре
В зависимости от способа крепления бывают:
Видео в дополнение темы
Обзор электрических изоляторов типа «ПС»: