МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КУРС ЛЕКЦІЙ

з дисципліни

„Електротехнічні матеріали”

(для студентів спеціальностей 6.090601 – „Електричні станції”, 6.090602 „Електричні системи і мережі”, 6.090603 „Електротехнічні системи електроспоживання”)

Розглянуто на засіданні кафедри

„Електропостачання промислових

підприємств та міст”

Протокол № від

Затверджено на засіданні

учбово-видавничої ради ДонНТУ

Протокол № від

Донецьк – ДонНТУ – 2006

УДК 621.38.002.3 (075.8)

С.В. Шлепньов. Лекції за курсом „Електротехнічні матеріали”. – Донецьк, ДонНТУ, 2006. – 96 с.

У курсі лекцій розглянуті основні питання дисципліни „Електротехнічні матеріали”. Наведені відомості про діелектрики, провідники, напівпровідники і магнітні матеріали. Описані останні досягнення науки і техніки в галузі електротехнічних матеріалів і електроматеріалознавства, наприклад явище зверхтемпературної надпровідності, нові способи отримання особо чистих напівпровідникових матеріалів та інше.

Лекції призначені для студентів спеціальностей 6.090601 „Електричні станції”, 6.090602 „Електричні системи і мережі”, 6.090603 „Електротехнічні системи електроспоживання”.

Укладач доц. С.В. Шлепньов

Рецензент проф. А.М. Бурковьский

Общие сведения об этм

ЭТМ называются материалы, которые обладают определенными свойствами и характеристиками по отношению к электромагнитному полю и используются в электротехнике с учетом этих свойств и характеристик.

Материаловедением или молекулярной технологией, называется наука о структуре и свойствах материалов.

В широком смысле электротехническими материалами считаются материалы, которые используются в производстве электротехнических изделий. В узком смысле электротехническими считаются материалы, которые обладают особыми свойствами по отношению к действию электромагнитного поля.

Материалы, которые обладают вспомогательными свойствами и на которые либо слабо действует, либо вообще не действует электромагнитное поле, называются вспомогательными или конструкционными.

Критерии систематизации ЭТМ:

1.Область применения.

2.Химический состав.

3.Агрегатное состояние.

4.Структура.

5.Происхождение.

Виды связей молекул веществ

Большинство веществ состоит из атомов, ионов и молекул. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов и имеет положительный заряд. Вокруг ядра располагается(ются) электронная(ые) оболочка(и) (орбиталь(и)), на которой(ых) находятся электрон или электроны (это зависит от порядкового номера химического элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева). Размеры атомов составляют в среднем 0.1 нм. Если атом лишается части электронов, его размер уменьшается и он становится положительно заряженным ионом. Если атом присоединяет к себе электрон, он становится отрицательно заряженным ионом и увеличивается в размерах.

Существует четыре вида связи молекул:

1. Ковалентная связь.

2. Ионная связь.

3. Металлическая связь.

4. Молекулярная связь (ковалентная внутримолякулярная, связь ван дер Ваальса).

Ковалентная связь образуется при обобществлении электронов двумя соседними атомами. Может наблюдаться в таких соединениях: O₂, Н₂, Cl_2,СО (рис. 1).

Молекулы, у которых центры одинаковых по величине положительных и отрицательных зарядов совпадают, называются неполярными или нейтральными.

Рисунок 1 – Схематическое изображение двухатомной молекулы с ковалентной связью

Рисунок 2 – Структура и плотная упаковка ионов хлористого натрия (а) и неплотная упаковка хлористого цезия (б)

Молекулы, у которых центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают и находятся на некотором расстоянии друг от друга, называются полярными или дипольными. Они характеризуются дипольным моментом:

, ,

где q – заряд, Кл;

l – расстояние между центрами положительного и отрицательного зарядов.

Ковалентная связь может быть как в молекулах (в трех агрегатных состояниях), так и между атомами, которые образуют кристаллическую решетку кристалла, например в алмазе, германии, кремнии. Ковалентной связью могут удерживаться не только одинаковые атомы

C l-Cl, C C ,

но и различные

С H,

Si C .

Ионная связь обусловлена силами притяжения между положительными и отрицательными ионами. Твердые тела ионной структуры характеризуются высокой температурой плавления и повышенной механической прочностью. Плотную упаковку ионов имеет решетка NaCl, неплотную – CsCl (рис. 2).

Металлическая связь приводит к образованию твердых кристаллических тел. Металлы можно рассматривать как системы, в узлах кристаллических решеток которых располагаются положительные ионы (положительные остовы), а между узлами расположены свободные коллективизированные электроны (электронный газ) (см. рис. 3). Силы притяжения между положительными остовами и электронами обуславливают монолитность металла, высокие значения механической прочности и температуры плавления. Скольжение отдельных слоев атомных остовов объясняет хорошую ковкость металла. Наличие электронов в металле объясняет высокую электропроводность и теплопроводность металла, а также его блеск.

Молекулярная связь (ковалентная внутримолекулярная) или связь ван дер Ваальса.

Такой вид связи наблюдается в некоторых веществах между молекулами с внутримолекулярными ковалентными связями. В этом случае притяжение между молекулами объясняется согласованным движением валентных электронов в них. Причем эти электроны всегда максимально удалены друг от друга и максимально приближены к положительным зарядам. Поэтому сила притяжения между ядрами и электронами больше, чем сила взаимного отталкивания между электронами (рис. 4). Такой вид связи непрочен, наблюдается, например, у парафина, который имеет низкую температуру плавления.

Рисунок 3 – Схема строения метал-

лического проводника

Рисунок 4 – Схематическое

изображение двух взаимодействующих

молекул (связь ван дер Ваальса)