1. Загальна характеристика сфер застосування електротехнічних мате­ріалів.

Провідники мають значну питому електропровідність і використовуються в електротехнічних пристроях як провідники електричного струму (обмотки елект-ричних машин і апаратів, контактні вузли, струмопровідні елементи приладів, жили проводів, кабелів і т.п.), або потенціальні елементи електротехнічних конструкцій і виробів (електростатичні екрани, обкладинки конденсаторів тощо)

Діелектрики внаслідок поляризації збільшують ємність електротехнічних пристроїв, а тому часто використовуються як конденсаторні матеріали. Крім здатності поляризуватися діелектрики мають дуже малу питому електричну провідність, що дозволяє застосовувати їх як електроізоляційні матеріали, а нелінійні діелектрики крім того застосовуються як активні діелектричні матеріали для перетворення енергії та сигналів в електрофізиці та електронній техніці.

Напівпровідники за питомою електропровідністю займають проміжне місце між провідниками та діелектриками. Їх використовують для виготовлення активних елементів електронної техніки (напівпровідникові діоди, транзистори, тиристори, інтегральні схеми тощо), датчиків для перетворення неелектричних величин в електричні в приладобудуванні та автоматиці, а також для перетворення сонячної і теплової енергії в електричну.

Магнетики відрізняються властивістю підсилювати або послаблювати магнітне поле, в якому їх розміщують, в залежності від природи магнітного моменту речовини. Найширше використання в електротехніці знайшли феромагнетики, а в електронній техніці ферити. Ці матеріали мають велику відносну магнітну проникливість і використовуються в магнітних колах (магнітні осердя, магнітопроводи), а також для виготовлення постійних магнітів.

2. Зв’язок між видами хімічних зв’язків у молекулах і конденсованій речовині і властивостями електротехнічних мате­ріалів.

2. Будова і характер хімічного зв’язку в твердому тілі:

іонна будова:

- іонний – діелектрики, магнетики, оксидні і складні напівпровідники;

атомна будова:

- ковалентний – діелектрики, прості напівпровідники;

- донорно-акцепторний – напівпровідникові хімічні сполуки типу AnBm, діелектрики;

металева будова:

- металічний – провідники, магнетики;

молекулярна будова:

- молекулярний – діелектрики;

- водневий – діелектрики.

наявність кристалічної структури чи її відсутність (аморфний стан речовини) на класифікацію електротехнічних матеріалів впливає незначною мірою.

3. Основні положення зонної теорії твердих тіл і класифікація електротехнічних мате­ріалів в рамках цієї теорії.

Енергетичні зони в твердих тілах (рис. 2) утворюються в результаті розщеплення атомних електронних рівнів внаслідок міжатомної (міжмолекулярної) взаємодії. Зона, утворена з рівня, що відповідає найбільш віддаленому від ядра (валентному) електрону (електронам), називається валентною. Наступна зона, утворена з першого незаповненого енергетичного рівня в атомі, називається зоною провідності. Ця назва пов'язана з тим, що тільки в зоні провідності електрони можуть вільно переміщуватися. У заповненій валентній зоні вони локалізовані внаслідок відсутності вільних енергетичних рівнів, на які могли б переходити електрони при збільшенні енергії внаслідок прискорення в електричному полі. Ця обставина у поєднанні із принципом Паулі, відповідно до якого знаходження двох електронів у квантовому стані з однаковими значеннями енергії, а також імпульсу, моменту імпульсу й спіну заборонено, робить рух валентних електронів неможливим. Електрони в заповненій валентній зоні "несприйнятливі" до слабких зовнішніх силових впливів на відміну від електронів зони провідності, в якій є всі можливості для переходів на вищі енергетичні рівні при отриманні енергії від поля.

У металах валентна зона або заповнена наполовину або перекривається із зоною провідності, що забезпечує наявність вільних енергетичних рівнів, на які можуть переходити електрони при мінімальних енергетичних витратах, а тому метали є добрими електронними провідниками.

У напівпровідниках і діелектриках валентна зона й зона провідності розділені недоступною для електронів в стаціонарному стані забороненою зоною. Щоб електрон зміг взяти участь в електропровідності, йому необхідно за рахунок зовнішніх джерел або теплових флуктуацій енергії частинок у самому матеріалі надати енергію, що перевищує ширину забороненої зони, тим самим, перекинувши його із валентної зони в зону провідності.

Слід звернути увагу на те, що у рамках зонної моделі напівпровідники й діелектрики не відрізняються. Розходження між ними носить кількісний характер: речовини із забороненою зоною до 2-3 еВ відносять до напівпровідників, а з більш широкою - до діелектриків. Тому для більш глибокого вивчення контактних явищ і електропровідності з урахуванням сучасних уявлень про будову й властивості речовини варто звертатися за допомогою до літератури з фізики напівпровідників.

Кількісні критерії класифікації твердих тіл на провідники, діелектрики і напівпровідники згідно зонної теорії мають такі значення:

- ширина забороненої зони менша за 0,017 еВ при нормальних умовах – провідники;

- ширина забороненої зони більша за 0,017 еВ, але менша за 3 еВ – напівпровідники;

- ширина забороненої зони більша за 3 еВ – діелектрики.

Іншою ознакою для більш детальної класифікації електротехнічних матеріалів є їхнє призначення. Ця класифікація широко використовується при розгляді окремих класів електротехнічних матеріалів