Elektriese materiale, hul eienskappe en toepassings

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Doeltreffende en duursame werking van elektriese masjiene en installasies hang direk af van die toestand van isolasie, waarvoor elektriese materiale gebruik word. Hulle word gekenmerk deur 'n stel sekere eienskappe wanneer dit in 'n elektromagnetiese veld geplaas word, en word in toestelle geïnstalleer met inagneming van hierdie aanwysers.

Klassifikasie van elektriese materiale stel ons in staat om in afsonderlike groepe elektriese isolerende, halfgeleier-, geleier- en magnetiese materiale te verdeel, wat deur basiese produkte aangevul word: kapasitors, drade, isolators en voltooide halfgeleierelemente.

Materiale werk beide in aparte magnetiese of elektriese velde met sekere eienskappe, en word terselfdertyd aan verskeie stralings blootgestel. Magnetiese materiale word voorwaardelik verdeel in magnete en swak magnetiese stowwe. In elektriese ingenieurswese word hoogs magnetiese materiale die meeste gebruik.

Wetenskap vanmateriaal

'n Materiaal is 'n stof wat gekenmerk word deur 'n chemiese samestelling, eienskappe en struktuur van molekules en atome wat verskil van ander voorwerpe. Materie is in een van vier toestande: gasvormig, vaste stof, plasma of vloeistof. Elektriese en strukturele materiale verrig 'n verskeidenheid funksies in die installasie.

Geleidende materiale voer die transmissie van die elektronvloei uit, diëlektriese komponente verskaf isolasie. Die gebruik van weerstandselemente omskep elektriese energie in termiese energie, strukturele materiale behou die vorm van die produk, byvoorbeeld die geval. Elektriese en strukturele materiale verrig noodwendig nie een nie, maar verskeie verwante funksies, byvoorbeeld, die diëlektrikum in die werking van 'n elektriese installasie ervaar ladings, wat dit nader aan strukturele materiale bring.

Elektrotegniese materiaalwetenskap is 'n wetenskap wat handel oor die bepaling van eienskappe, die studie van die gedrag van 'n stof wanneer dit blootgestel word aan elektrisiteit, hitte, ryp, magnetiese veld, ens. Wetenskap bestudeer die spesifieke eienskappe wat nodig is om elektriese masjiene, toestelle en installasies.

Dirigente

Dit sluit elektriese materiale in, waarvan die hoofaanwyser die uitgesproke geleidingsvermoë van elektriese stroom is. Dit gebeur omdat elektrone voortdurend in die massa van materie teenwoordig is, swak aan die kern gebind en vrye ladingsdraers is. Hulle beweeg van die wentelbaan van een molekule na 'n ander en skep 'n stroom. Die hoofgeleiermateriale is koper, aluminium.

Geleiers sluit elemente in wat elektriese weerstand het ρ < 10^-5, terwyl 'n uitstekende geleier 'n materiaal is met 'n aanwyser van 10^{-8Ohmm. Alle metale gelei stroom goed, uit 105 elemente van die tabel is slegs 25 nie metale nie, en uit hierdie heterogene groep gelei 12 materiale elektriese stroom en word as halfgeleiers beskou.}

Die fisika van elektriese materiale laat hul gebruik as geleiers in die gas- en vloeibare toestand toe. As 'n vloeibare metaal met 'n normale temperatuur word slegs kwik gebruik, waarvoor dit 'n natuurlike toestand is. Die oorblywende metale word slegs as vloeistofgeleiers gebruik wanneer dit verhit word. Vir geleiers word geleidende vloeistowwe, soos elektroliet, ook gebruik. Belangrike eienskappe van geleiers, wat dit moontlik maak om hulle te onderskei deur die mate van elektriese geleiding, is die kenmerke van termiese geleiding en die vermoë om termiese opwekking.

Diëlektriese materiale

Anders as geleiers, bevat die massa diëlektrika 'n klein aantal vrye verlengde elektrone. Die hoofeienskap van 'n stof is sy vermoë om polariteit onder die invloed van 'n elektriese veld te verkry. Hierdie verskynsel word verklaar deur die feit dat onder die werking van elektrisiteit die gebonde ladings na die werkende kragte beweeg. Die verplasingsafstand is groter, hoe hoër die elektriese veldsterkte.

Isolerende elektriese materiale is hoe nader aan die ideaal, hoe minder'n aanduiding van spesifieke geleidingsvermoë, en hoe minder uitgesproke die mate van polarisasie, wat dit moontlik maak om die dissipasie en vrystelling van termiese energie te beoordeel. Die geleidingsvermoë van 'n diëlektrikum is gebaseer op die werking van 'n klein aantal vrye dipole wat in die rigting van die veld skuif. Na polarisasie vorm die diëlektrikum 'n stof met verskillende polariteit, dit wil sê, twee verskillende tekens van ladings word op die oppervlak gevorm.

Die gebruik van diëlektrika is die mees omvattende in elektriese ingenieurswese, aangesien die aktiewe en passiewe eienskappe van die element gebruik word.

Aktiewe materiale met hanteerbare eienskappe sluit in:

• pyroelektries;
• elektrofosfore;
• piezoelectrics;
• ferroelektries;
• elektrete;
• materiaal vir laserstralers.

Die belangrikste elektriese materiale - diëlektrika met passiewe eienskappe, word gebruik as isolerende materiale en kapasitors van die gewone tipe. Hulle is in staat om twee dele van die elektriese stroombaan van mekaar te skei en die vloei van elektriese ladings te voorkom. Met hul hulp word stroomdraende dele geïsoleer sodat elektriese energie nie in die grond of na die kas gaan nie.

Diëlektriese skeiding

Diëlektrika word in organiese en anorganiese materiale verdeel, afhangende van die chemiese samestelling. Anorganiese diëlektrika bevat nie koolstof in hul samestelling nie, terwyl organiese vorms koolstof as die hoofelement het. anorganiese stowwe soos keramiek,mika, het 'n hoë mate van verhitting.

Elektrotegniese materiale volgens die metode van verkryging word in natuurlike en kunsmatige diëlektrika verdeel. Die wydverspreide gebruik van sintetiese materiale is gebaseer op die feit dat vervaardiging jou in staat stel om die materiaal die verlangde eienskappe te gee.

Volgens die struktuur van molekules en die molekulêre rooster, word diëlektrika in polêr en nie-polêr verdeel. Laasgenoemde word ook neutraal genoem. Die verskil lê daarin dat atome en molekules óf 'n elektriese lading het of nie het nie, voordat die elektriese stroom daarop begin inwerk. Die neutrale groep sluit fluoroplastiese, poliëtileen, mika, kwarts, ens. Polêre diëlektrika bestaan uit molekules met 'n positiewe of negatiewe lading, 'n voorbeeld is polivinielchloried, bakeliet.

Eienskappe van diëlektrika

As diëlektrika word verdeel in gasvormig, vloeibaar en solied. Die mees gebruikte soliede elektriese materiale. Hul eienskappe en toepassings word geëvalueer deur gebruik te maak van aanwysers en kenmerke:

• volumeweerstand;
• diëlektriese konstante;
• oppervlakweerstand;
• termiese deurlaatbaarheidskoëffisiënt;
• diëlektriese verliese uitgedruk as raaklyn van hoek;
• sterkte van materiaal onder die werking van elektrisiteit.

Volumeweerstand hang af van die vermoë van 'n materiaal om die vloei van 'n konstante stroom daardeur te weerstaan. Die wederkerigheid van weerstand word volumespesifiek genoemgeleidingsvermoë.

Oppervlakweerstandigheid is die vermoë van 'n materiaal om gelykstroom wat oor sy oppervlak vloei, te weerstaan. Oppervlakgeleiding is die wederkerige van die vorige waarde.

Die termiese deurlaatbaarheidskoëffisiënt weerspieël die mate van verandering in weerstand nadat die temperatuur van 'n stof verhoog is. Gewoonlik, soos die temperatuur toeneem, neem die weerstand af, daarom word die waarde van die koëffisiënt negatief.

Diëlektriese konstante bepaal die gebruik van elektriese materiale in ooreenstemming met die vermoë van die materiaal om elektriese kapasitansie te skep. Die aanwyser van die relatiewe deurlaatbaarheid van die diëlektrikum is ingesluit in die konsep van absolute deurlaatbaarheid. Die verandering in kapasitansie van die isolasie word getoon deur die vorige koëffisiënt van termiese deurlaatbaarheid, wat gelyktydig 'n toename of afname in kapasitansie met 'n verandering in temperatuur toon.

Die diëlektriese verlies raaklyn weerspieël die hoeveelheid kragverlies in 'n stroombaan relatief tot die diëlektriese materiaal wat aan 'n elektriese wisselstroom onderworpe is.

Elektriese materiale word gekenmerk deur 'n aanduiding van elektriese sterkte, wat die moontlikheid van vernietiging van 'n stof onder die invloed van spanning bepaal. Wanneer meganiese sterkte geïdentifiseer word, is daar 'n aantal toetse om 'n aanduiding van uiteindelike sterkte in kompressie, spanning, buiging, torsie, impak en splitsing vas te stel.

Fisiese en chemiese eienskappe van diëlektrika

Diëlektrika bevat 'n sekere getalvrygestelde sure. Die hoeveelheid bytende kalium in milligram wat nodig is om van onsuiwerhede in 1 g van 'n stof ontslae te raak, word die suurgetal genoem. Sure vernietig organiese materiale, het 'n negatiewe uitwerking op isolerende eienskappe.

Die kenmerk van elektriese materiale word aangevul deur 'n koëffisiënt van viskositeit of wrywing, wat die mate van vloeibaarheid van 'n stof aandui. Viskositeit word in voorwaardelik en kinematies verdeel.

Die graad van waterabsorpsie word bepaal na gelang van die massa water wat deur die element van die toetsgrootte geabsorbeer word na 'n dag van in water by 'n gegewe temperatuur. Hierdie eienskap dui die porositeit van die materiaal aan, die verhoging van die waarde verswak die isolerende eienskappe.

Magnetiese materiale

Aanwysers vir die evaluering van magnetiese eienskappe word magnetiese eienskappe genoem:

• magnetiese absolute deurlaatbaarheid;
• magnetiese relatiewe deurlaatbaarheid;
• termiese magnetiese deurlaatbaarheid;
• energie van maksimum magnetiese veld.

Magnetiese materiale word in hard en sag verdeel. Sagte elemente word gekenmerk deur klein verliese wanneer die grootte van die magnetisering van die liggaam agter die werkende magnetiese veld bly. Hulle is meer deurlaatbaar vir magnetiese golwe, het 'n klein dwingende krag en verhoogde induktiewe versadiging. Hulle word gebruik in die konstruksie van transformators, elektromagnetiese masjiene en meganismes, magnetiese skerms en ander toestelle waar magnetisering met lae energie vereis word.weglatings. Dit sluit in suiwer elektroliet-yster, yster - armco, permalloy, elektriese staalplate, nikkel-yster-legerings.

Soliede materiale word gekenmerk deur aansienlike verliese wanneer die mate van magnetisering agter 'n eksterne magneetveld bly. Nadat hulle een keer magnetiese impulse ontvang het, word sulke elektriese materiale en produkte gemagnetiseer en behou die opgehoopte energie vir 'n lang tyd. Hulle het 'n groot dwangkrag en 'n groot oorblywende induksiekapasiteit. Elemente met hierdie eienskappe word gebruik vir die vervaardiging van stilstaande magnete. Die elemente word verteenwoordig deur yster-gebaseerde legerings, aluminium, nikkel, kob alt, silikonkomponente.

Magnetodielectrics

Dit is gemengde materiale, wat 75-80% magnetiese poeier bevat, die res van die massa is gevul met 'n organiese hoë-polimeer diëlektrikum. Ferriete en magnetodielectrics het hoë waardes van volumeweerstand, klein wervelstroomverliese, wat dit moontlik maak om in hoëfrekwensietegnologie gebruik te word. Ferriete het stabiele werkverrigting in verskeie frekwensievelde.

Gebruiksveld van ferromagnete

Hulle word die doeltreffendste gebruik om die kerne van transformatorspoele te skep. Die gebruik van die materiaal laat jou toe om die magnetiese veld van die transformator aansienlik te verhoog, terwyl die huidige lesings nie verander word nie. Sulke insetsels gemaak van ferriete laat jou toe om elektrisiteitsverbruik te bespaar tydens die werking van die toestel. Elektriese materiale en toerusting na afskakel van die eksterne magnetiese effek behoumagnetiese aanwysers, en hou die veld in die aangrensende ruimte in stand.

Elementêre strome gaan nie verby nadat die magneet afgeskakel is nie, en skep dus 'n standaard permanente magneet wat doeltreffend in oorfone, telefone, meetinstrumente, passers, klankopnemers werk. Permanente magnete wat nie elektrisiteit gelei nie, is baie gewild in toepassing. Hulle word verkry deur ysteroksiede met verskeie ander oksiede te kombineer. Magnetiese ystererts is 'n ferriet.

Halfgeleiermateriaal

Hierdie is elemente wat 'n geleidingswaarde het wat binne die omvang van hierdie aanwyser vir geleiers en diëlektrika is. Die geleidingsvermoë van hierdie materiale hang direk af van die manifestasie van onsuiwerhede in die massa, eksterne impakrigtings en interne defekte.

Eienskappe van elektriese materiale van die halfgeleiergroep dui op 'n beduidende verskil tussen die elemente van mekaar in die strukturele rooster, samestelling, eienskappe. Afhangende van die gespesifiseerde parameters, word materiale in 4 tipes verdeel:

1. Elemente wat atome van dieselfde tipe bevat: silikon, fosfor, boor, selenium, indium, germanium, gallium, ens.
2. Materiale wat metaaloksiede bevat - koper, kadmiumoksied, sinkoksied, ens.
3. Materiale gekombineer in die antimoniedgroep.
4. Organiese materiale - naftaleen, antraseen, ens.

Afhangende van die kristalrooster, word halfgeleiers in polikristallyne en monokristallyne materiale verdeelelemente. Die kenmerk van elektriese materiale laat hulle in nie-magneties en swak magneties verdeel word. Onder die magnetiese komponente word halfgeleiers, geleiers en nie-geleidende elemente onderskei.’n Duidelike verspreiding is moeilik om te maak, aangesien baie materiale anders optree onder veranderende toestande. Byvoorbeeld, die werking van sommige halfgeleiers by lae temperature kan vergelyk word met die werking van isolators. Dieselfde diëlektrika werk soos halfgeleiers wanneer dit verhit word.

Saamgestelde materiale

Materiale wat nie deur funksie gedeel word nie, maar deur samestelling, word saamgestelde materiale genoem, dit is ook elektriese materiale. Hul eienskappe en toepassing is te danke aan die kombinasie van materiale wat in die vervaardiging gebruik word. Voorbeelde is plaatglasveselkomponente, veselglas, mengsels van elektries geleidende en vuurvaste metale. Die gebruik van ekwivalente mengsels laat jou toe om die sterk punte van die materiaal te identifiseer en toe te pas vir hul beoogde doel. Soms lei 'n kombinasie van samestellings tot 'n heeltemal nuwe element met verskillende eienskappe.

filmmateriaal

Films en bande as elektriese materiale het 'n groot toepassingsgebied in elektriese ingenieurswese gewen. Hul eienskappe verskil van ander diëlektrika in buigsaamheid, voldoende meganiese sterkte en uitstekende isolasie-eienskappe. Die dikte van produkte wissel na gelang van die materiaal:

• films word gemaak met 'n dikte van 6-255 mikron, bande word in 0.2-3.1 mm vervaardig;
• polistireenprodukte in die vorm van bande en films word vervaardig met 'n dikte van 20-110 mikron;
• poliëtileenbande word gemaak met 'n dikte van 35-200 mikron, 'n breedte van 250 tot 1500 mm;
• fluoroplastiese films word gemaak met 'n dikte van 5 tot 40 mikron, 'n breedte van 10-210 mm.

Klassifikasie van elektriese materiale uit die film stel ons in staat om twee tipes te onderskei: georiënteerde en nie-georiënteerde films. Die eerste materiaal word die meeste gebruik.

Vernis en emalje vir elektriese isolasie

Oplossings van stowwe wat 'n film tydens stolling vorm, is moderne elektriese materiale. Hierdie groep sluit bitumen, drogende olies, harse, sellulose-eters of verbindings en kombinasies van hierdie komponente in. Die transformasie van 'n viskose komponent in 'n isolator vind plaas na verdamping van die massa van die toegepaste oplosmiddel, en die vorming van 'n digte film. Volgens die metode van toediening word films verdeel in gom, bevrugting en coating.

Impregneervernis word gebruik vir windings van elektriese installasies om die koëffisiënt van termiese geleidingsvermoë en weerstand teen vog te verhoog. Coating vernis skep 'n boonste beskermende laag teen vog, ryp, olie vir die oppervlak van die windings, plastiek, isolasie. Gomkomponente is in staat om mikaplate aan ander materiale te bind.

Verbindings vir elektriese isolasie

Hierdie materiale word as 'n vloeibare oplossing aangebied ten tye van gebruik, gevolg deur stolling en verharding. Stowwe word gekenmerk deur die feit dat hulle nie oplosmiddels bevat nie. Verbindings behoort ook tot die groep "elektrotegniese materiale". Hulle tipes is vullend en bevrugtend. Die eerste tipe word gebruik om holtes in kabelhulse te vul, en die tweede groep word gebruik om motorwikkelings te bevrug.

Verbindings word termoplasties vervaardig, dit versag na stygende temperature, en termohard, wat die vorm van verharding stewig behou.

Veselagtige nie-geïmpregneerde elektriese isolasiemateriaal

Vir die vervaardiging van sulke materiale word organiese vesels en kunsmatig geskepte komponente gebruik. Natuurlike plantvesels van natuurlike sy, linne, hout word omgeskakel in materiale van organiese oorsprong (vesel, materiaal, karton). Die humiditeit van sulke isolators wissel van 6-10%.

Organiese sintetiese materiale (kapron) bevat vog slegs van 3 tot 5%, dieselfde versadiging met vog en anorganiese vesels (glasvesel). Anorganiese materiale word gekenmerk deur hul onvermoë om te ontbrand wanneer dit aansienlik verhit word. As die materiaal met emalje of vernis geïmpregneer is, neem die brandbaarheid toe. Die verskaffing van elektriese materiaal word aan 'n onderneming gemaak vir die vervaardiging van elektriese masjiene en toestelle.

Letheroid

Dun vesel word in velle vervaardig en in 'n rol gerol vir vervoer. Dit word gebruik as 'n materiaal vir die vervaardiging van isolasie-pakkings, gevormde diëlektrika, wassers. Asbes-geïmpregneerde papier en asbeskarton word van chrisoliet-asbes gemaak, wat dit in vesels verdeel. Asbes is bestand teen alkaliese omgewings, maar word in suur omgewings vernietig.

Ten slotte moet daarop gelet word dat met die gebruik van moderne materiale vir die isolasie van elektriese toestelle, hul lewensduur aansienlik toegeneem het. Materiale met geselekteerde eienskappe word vir die liggame van die installasies gebruik, wat dit moontlik maak om nuwe funksionele toerusting met verbeterde werkverrigting te vervaardig.