Целебровский Ю.В.

Материаловедение для электриков

в вопросах и ответах

для студентов очной и заочной форм обучения факультетов

Энергетики,

Мехатроники и автоматизации

Новосибирск, 2009 г

УДК 621.315.5/61(076)+620.22(076)

Автор Целебровский Ю.В.

Рецензенты: канд. техн. наук доц. А.М.Погорельский (НГТУ)

д-р техн. наук проф. А.Ф.Бернацкий (НГАСУ-Сибстрин)

Работа подготовлена в учебно-научной лаборатории Электротехнического материаловедения для студентов II курса направлений 149200, 140 600 и специальности 280101 ФЭН и ФМА (очная и заочная формы обучения)

Ю.В.Целебровский. Материаловедение для электриков в вопросах и ответах: Учебное пособие – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. – 100 с.

Учебное пособие в краткой форме поясняет основные понятия электротехнического материаловедения, даёт определения основным тепловым, электрическим и механическим параметрам материалов, описывает основные классы материалов, применяемых в электроэнергетике и электротехнике. В пособии также приводятся числовые характеристики свойств различных материалов, рассматриваются вопросы их долговечности. Форма изложения позволяет продуктивно готовиться к зачёту по курсу и вспомнить основные понятия, изученные ранее в курсах физики и химии.

Содержание

	Стр.
Введение....................................................................................................	4
1 Строение и основные свойства материалов……………………...	6
1.1Основные сведения о строении вещества………………………	6
1.2 Тепловые свойства материалов…………………………………	11
1.3 Основные электромагнитные свойства материалов…………..	13
1.3.1 Удельное электрическое сопротивление………………..	13
1.3.2 Диэлектрическая проницаемость…………………………	16
1.3.3 Магнитная проницаемость………………………………..	21
1.4 Основные механические свойства материалов………………..	27
2 Характеристики различных классов материалов, применяемых в электроэнергетике и электротехнике…………………….	33
2.1 Материалы для механических конструкций…………………...	33
2.1.1 Сталь и чугун………………………………………………	33
2.1.2 Бетон………………………………………………………..	36
2.1.3 Титан………………………………………………………..	38
2.2 Диэлектрики (электроизоляционные материалы)……………..	39
2.2.1 Общая характеристика диэлектриков……………………	39
2.2.2 Диэлектрические потери………………………………….	40
2.2.3. Электрическая прочность диэлектриков………………..	42
2.2.3.1 Общие положения…………………………………….	42
2.2.3.2.Механизм электрического пробоя газов…………….	43
2.2.3.3 Механизм электрического пробоя жидкостей………	45
2.2.3.4 Механизм электрического пробоя твёрдых тел……..	47
2.3 Полупроводники (слабопроводящие материалы)……………..	49
2.3.1 Общие свойства полупроводников……………………….	49
2.3.2 Полупроводящие материалы, применяемые в электроэнергетике………………………………………………….	51
2.4. Магнитные материалы………………………………………….	53
2.4.1 Свойства магнитных материалов…………………………	53
2.4.2 Виды магнитных материалов……………………………..	58
2.5 Проводниковые материалы …………………………………….	60
2.6 Сверхпроводники………………………………………………..	64
3 Долговечность материалов…………………………………………	66
3.1 Понятие о старении материалов………………………………..	66
3.2 Коррозия материалов……………………………………………	66
Заключение..............................................................................................	69
Список литературы……………………………………………………...	71
Словарь основных терминов................................................................	73

Введение

Материаловедение – это обширнейшая наука, без результатов которой невозможен технический прогресс. В кратком учебном пособии невозможно даже охватить все проблемы, понятия и методы материаловедения. Автор поставил перед собой весьма узкую задачу – дать студентам-электрикам основные понятия, касающиеся тех классов материалов, которые применяются в электроэнергетике и электротехнике. Это материалы для генераторов и двигателей, линий электропередачи и контактной сети, трансформаторов, выключателей, ограничителей перенапряжений и множества других электрических аппаратов и устройств. Особенность применения материалов в названных областях состоит в том, что эти материалы одновременно испытывают воздействие сильных электромагнитных полей, тепла и существенных механических нагрузок.

При таком комплексном воздействии поведение материалов определяется комплексом их тепловых, электрических и механических свойств, что, в свою очередь, сказывается на надёжности и долговечности устройств и конструкций. Все аварии в энергосистемах, все повреждения оборудования происходят в основном из-за того, что материалы не выдержали тех или иных воздействий. Зачастую это происходит и потому, что специалисты, проектирующие, сооружающие и эксплуатирующие эти устройства и конструкции, недостаточно глубоко и комплексно владеют необходимыми для этого знаниями.

Опыт автора в преподавании материаловедения для электроэнергетиков и электротехников показывает, что зачастую, приступая к изучению материаловедения, студент не владеет в должной мере основными понятиями и законами физики и химии. Материаловедение – это первый общеинженерный предмет, и его освоение невозможно без базы, которая закладывается при изучении общеобразовательных дисциплин. Исходя из этого, в настоящем пособии предложены такие форма и содержание материала, которые позволяют вспомнить и основные понятия фундаментальных дисциплин.

Пособие не претендует на глубину и полноту изложения электротехнического материаловедения. Дополнением к нему служат пособия по практическим заданиям [1] и лабораторным работам [2]. Однако основные знания можно получить из учебников и справочников, представленных в списке литературы [3- 9].

Учебное пособие состоит из двух частей. В первой (основной) части материал излагается систематически, в соответствии с программой курса. Вторая часть – это словарь основных терминов и понятий, которые в тексте основной части выделены курсивом. При составлении словаря использовались справочники, словари и энциклопедии [10- 14], куда автор рекомендует заглядывать и студентам.