Среднее профессиональное образование

ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

г.Усть-Каменогорск 2011

Составила:

Каракатова Нина Федоровна- преподаватель Усть-Каменогорского политехнического колледжа.

Учебное пособие предназначено для студентов и преподавателей энергетических специальностей.

В условиях роста энергетической промышленности все большее значение приобретает правильный выбор и использование новейших электротехнических материалов для успешного решения практических задач современного производства.

В учебном пособии в доступной форме описываются современные электротехнические материалы:проводниковые,электроизоляционные, полупроводниковые, магнитные.

Отдельным разделом выделены способы обработки металлов.

Отсутствие общей литературы по «Электроматериаловедению» для студентов энергетического профиля вызвало необходимость создания учебного пособия, которое составлено в соответствии с типовой программой по дисциплине «ЭТМ» данного профиля.

Учебное пособие содержит необходимые теоретические сведения о свойствах, способах обработки и промышленного применения материалов используемых в энергетике.

По отдельным темам приводятся справочные сведения. Данная систематизация учебного материала способствует интеграции с общепрофессиональными и спецдисциплинами. По роду своей будущей деятельности специалисты средних профессиональных учебных заведений являются потребителями, а не производителями материалов, поэтому после изучения дисциплины должны понимать природу и особенность основных групп конструкционных и электротехнических материалов.

Введение

Разработка новых материалов необходима для решения той или иной электротехнической задачи и непрерывное совершенствование уже известных материалов шла одновременно с общим развитием электротехники и расширение требований электропромышленности к качеству материалов.

Первым случаем практического применения материалов для создания сравнительно мощного источника электрической энергии можно считать изготовление большой батареи, электродвижущая сила которой создавалась за счет контактной разности потенциалов между дисками из разных металлов. Эта батарея была собрана в 1802г академиком В.В. Петровым.

В батарее Петрова было использовано 8400 медных и цинковых дисков с прокладками из бумаги, пропитанной электролитом. С помощью этой батареи он впервые в мире получил электрическую дугу.

В 1832г в своих опытах по созданию электромагнитного телеграфа русский деятель науки и техники П.А. Шиллинг использовал в качестве изоляции пленку, пропитанную воском, невулканизированный каучук и шелковую пряжу.

В 1873г изобретатель А.Н. Лодыгин создал первую лампу накаливания; инженер П.Н. Яблочков в 1876г изобрел электрическую «свечу», положившую начало широкому применению электрического освещения.

В этих изобретениях наших соотечественников были использованы основные классы электротехнических материалов: проводники, магнитные материалы и электрическая изоляция.

По мере развития электротехники все большее значение приобретал правильный выбор материалов, помогавший электрикам успешно разрешать возникающие перед ними задачи.

Быстрый рост электропромышленности во всем мире и во всех ее многочисленных отраслях сопровождается непрерывным увеличением номенклатуры применяемых материалов, совершенствованием технологии их изготовления и все более широким использованием новых, ранее не применявшихся в техники видов сырья.

В свое время Владимир Ильич Ленин дал замечательное определение: «Коммунизм - это есть Советская власть плюс электрификация всей страны»,тем самым подчеркнул особую важность развития электротехники.И сегодня энергетика играет важнейшую роль в развитии любого государства.

Рост электротехники и отечественной электропромышленности выдвинул на одно из первых мест проблему быстрейшего развития промышленности электротехнических материалов высокого качества, полностью отвечающих новейшим техническим требованиям и изготовляемых из отечественного сырья по самой совершенной технологии.

В наше время новые электротехнические материалы редко могут появляться в результате удачного опыта. Необходимо предварительное глубокое изучение физических, механических и химических характеристик таких веществ, которые могли бы быть использованы в качестве технических материалов.

Для понимания электрических и магнитных свойств, механической прочности, старения материалов и других их особенностей необходимо исследовать структуру и химический состав материалов.

Изучение и дальнейшая разработка нужных промышленности электрических материалов входят в тематику наших специализированных научно-исследовательских институтов.

Новейшая технология изготовления материалов разрабатывается в опытных цехах институтов и заводов.

Сочетание научно обоснованных требований с реальными возможностями производства создало в нашей стране те благоприятные условия, при которых промышленность электроматериалов в последние годы сумела достигнуть больших успехов.

Серьезное значение качества материалов для современной электротехники потребовало включение в программу подготовки энергетиков специального курса «Электротехнические материалы». Этот курс ставит перед собой следующие основные задачи:

1 Рассмотрение теоретических основ, из которых надо исходить при изучении и испытании материалов, применяемых в электротехнике.

2 Установление классификации электротехнических материалов по их назначению, составу и свойствам.

3 Изучение основных характеристик, служащих для оценки пригодности материалов при их использовании в электротехнике.

4 Изложение основных особенностей технологии электротехнических материалов.

5 Показ наиболее характерных, технически и экономически обоснованных случаев применения электротехнических материалов в практике.

Для дальнейшего развития электрификации и автоматизации промышленности требуются многие виды электротехнических материалов, а в первую очередь новейшие гибкие высокомолекулярные диэлектрики с нагревостойкостью до 600-650°С,надежные в эксплуатации полупроводниковые элементы, материалы с высокими магнитными характеристиками.

Обозначение основных величин, принятые в книге.

α -температурный коэффициент линейного расширения	ω- угловая частота
γ- удельная проводимость	В- магнитная индукция
γѕ- -удельная поверхностная проводимость	С- емкость конденсатора, теплоемкость
D- электрическая индукция	с- скорость света,удельная теплота
γr- -теплопроводимость	d- диаметр
δ- угол диэлектрических потерь	E- напряженность электрического поля модуль упругости
ε – диэлектрическая проницаемость	e – заряд электрона,основание натуральных логарифмов
η- динамическая вязкость	H- напряженность магнитного поля
Eпр- электрическая прочность	h- постоянная планка,высота, толщина, длина
λ- длина свободного пробега частицы,длина электромагнитной волны	I- сила тока
z-полное сопротивление переменного тока	i- мгновенный ток
f- частота	j- плотность тока
μ- дипольный момент молекулы,магнитная проницаемость коэффициент ослабления излучения	k- постоянная Больцмана
ν- молярная концентрация, кинематическая вязкость, коэффициент упругой связи	l- длина
ρ- плотность,удельное (объемно) сопротивление	M- молекулярная масса,момент сил
ρѕ- удельное поверхностное сопротивление	m- масса
ρτ-удельное тепловое сопротивление	N- число Авогадро, концентрация примеси
σ- поверхностная плотность заряда,механическая прочность	τ – время
n-показатель преломления объема концентрации носителей	P- мощность
φ- относительная влажность воздуха ,угол	n- число частиц в единице
p-давление,удельные потери мощности	p- концентрация дырок
ψ –влажность материала	Q-заряд конденсатора, добротность
g- ускорение силы тяжести	R- газовая постоянная,радиус сопротивления
q- заряд	Т- абсолютная температура, твердость
r- радиус сопротивления	ТКρ или αp-температурный коэффициент удельного сопротивления
S- поверхность,площадь	ТКε или αe – температурный коэффициент диэлектрической проницаемости
U-разность потенциала	u-подвижный носитель
t-температура С	υ-скорость
W-энергия	V-объем
w-энергия активации,ширина запрещенной зоны	Z- номер элемента в таблице Менделеева

Соотношения между единицами

некоторых физических величин.

Плотность:1кг/м³=0,001г/см³

Вес,сила:1Н=0,102кгс=0,1кгс

Давление и другие величины той же размерности (предел прочности при растяжении и т.п.):1Па=1Н/м²=10,2*10^-6 кгс/см² =10^-5 кгс/см²=10^-7 кгс/мм²=7,5*10^-3 мм рт.ст.

Ударная вязкость:1дж/м²=1,02*10^-3 *см/см²=10^-3 кгс*см/см²

Поверхностное натяжение:1Н/м=10³ дин/см

Динамическая вязкость:1Па*с=1Н*с/м² =10П=10³ сП

Кинематическая вязкость:1м² /с=10⁴ Ст

Теплопроводность:1Вт/(м*К)=2,4*10 ^-3кал/(см*с*К)

Удельная теплоемкость:1Дж/(кг*К)=2,4*10^-4 кал(г*К)

Удельное сопротивление:1Ом*м=100Ом*см=10⁶ Ом*мм² /м=10⁶ мкОм*м

Удельная проводимость:1См/м=0,01Ом^-1 *см^-1 =10^-6 м/(Ом*мм² )

Электрическая прочность напряженность электрического поля:1В/м=10^-6 кВ/мм=10^-5 кВ/см

Подвижность носителя заряда:1м² /(В*с)=10⁴ см² (В*с)

Напряженность магнитного поля:1А/м=0,01А/см=12,6*10^-3 Э

Магнитная индукция:1Т=10⁴ Гс