17.Вопрос: Рассказать о полупроводниковых материалах.
Ответ: Полупроводники – это такие материалы, которые занимают промежуточное место по значению удельной проводимости между проводниками и диэлектриками.
Отличительной особенностью данных материалов является резкое изменение проводимости под действием температуры, освещенности, напряженности электрического поля.
К полупроводникам относятся как чистые элементы (Cr, Se, Ge), так и химические соединения (Cu2O, TiC, GaSb, AsSb, AlSb, InAs).
К настоящему времени существует около 12 полупроводниковых материалов.
Кристаллическая решетка построена по типу ковалентной связи, т.е. атомы имеют общие электроны.
Объяснение электропроводности полупроводников дает зонная теория твердых тел. Ее суть: в твердых телах электронные уровни существуют не по одному, а совокупностями или зонами энергетических уровней.
В любом электротехническом материале существует зона валентных электронов, которые связаны с атомами и зона проводимости, где электроны становятся свободными, не связанными с атомами и следовательно являются проводниками электрического тока.
В полупроводниках ток возникает тогда, когда часть электронов валентной зоны проходит в зону проводимости. Однако, чтобы такой переход осуществился, электроны должны преодолеть какой-то энергетический барьер ΔЕ, для чего электрону надо сообщить дополнительную энергию.
Запрещенная зона характеризуется количеством энергии, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он из валентной зоны перешел в зону проводимости.
Рассмотрим энергетические диаграммы для проводников, полупроводников, диэлектриков.
Запрещенная зона у полупроводников меньше, чем у диэлектриков, и на ее преодоление необходимо меньше энергии. Запрещенная зона у проводников практически отсутствует, поэтому электроны из валентной зоны легко переходят в зону проводимости и ограниченно передвигаются в пределах проводника, создавая электронную проводимость.
Электрон, получивший достаточную энергию для преодоления запрещенной зоны, переходит в зону проводимости и образует в валентной зоне дырку.
Если эта дырка будет занята другим электроном валентной зоны, то на листе, где был этот электрон образуется новая дырка. Происходит перемещение дырок эквивалентно перемещению полного заряда. Образуется дырочная проводимость.
Полупроводники, у которых электроны в зону проводимости поставляются только из валентной зоны, называются собственными проводниками.
Для увеличения электронной или дырочной проводимости в полупроводники вводят специальные примеси – инородные атомы.
Энергетические уровни примесных атомов располагаются в запрещенной зоне основного полупроводника.
18. Вопрос: Рассказать о диэлектрических материалах.
Ответ: Диэлектриками называются вещества, основным электрическим свойством которых является способность поляризоваться в электрическом поле.
Электроизоляционными материалами называют диэлектрические материалы, предназначенные для создания электрической изоляции токоведущих частей электротехнических установок.
Диэлектрические материалы: газообразные, жидкие и твердые.
ГАЗООБРАЗНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
К газообразным диэлектрикам относятся: воздух, азот, водород, углекислый газ, элегаз, хладон (фреон), аргон, неон, гелий и др. Они используются при изготовлении электрических аппаратов (воздушные и элегазовые выключатели, разрядники)
ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
Жидкие диэлектрики предназначены для отвода теплоты от обмоток и магнитопроводов в трансформаторах, гашение дуги в масляных выключателях, усиление твердой изоляции в трансформаторах, маслонаполненых вводах, конденсаторах, маслопропитанных и маслонаполненных кабелях.
ТВЕРДЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
Электротехнический картон используется в качестве диэлектрических дистанцирующих прокладок, шайб, распорок, в качестве изоляции магнитопроводов, пазовой изоляции вращающихся машин и т.п.
Электротехнический фарфор является искусственным минералом, образованным из глинистых минералов, полевого шпата и кварца в результате термообработки по керамической технологии.
Электротехническое стекло в качестве материала для изоляторов имеет некоторые преимущества перед фарфором.
Слюда является основой большой группы электроизоляционных изделий. Главное достоинство слюды - высокая термостойкость наряду с достаточно высокими электроизоляционными характеристиками.