59

3.4. Исследование и применение электротехнических материалов

Развитие электроэнергетики, изготовление источников электрической энергии, всевозможных устройств для ее использования и передачи на большие расстояния, расширение области их практического применения требовало разработки и создания различных электротехнических материалов.

Все исследователи, изобретатели, электротехники понимали – для того, чтобы осуществить свои идеи – надо их материализовать, а для этого нужны материалы с определенными свойствами.

В.В. Петров создал одну из лучших в мире лабораторию, в которой насчитывалось более 630-ти приборов. Большинство этих приборов изготовил он сам. В этой лаборатории работали замечательные ученые Э.Х. Ленц, Б.С. Якоби и др.

Всвоей лаборатории В.В. Петров испытывал электропроводность различных твердых и жидких материалов, составлял справочные таблицы их свойств.

Материалы стали разделять на проводящие и изолирующие. Ток должен протекать по материалам с высокой электропроводностью, но

вто же время эти каналы проводимости должны быть изолированы друг от друга.

Петров одним из первых стал изолировать проводники тока шелком, пропитанным смолой или маслом. Затем он делал изоляцию с помощью расплавленного сургуча.

В1812 г. русский изобретатель П.Л. Шиллинг предложил гуттаперчивую изоляцию для проводов, прокладываемых под водой – подводный электрический кабель. В 1832 г. для электромагнитного телеграфа П.Л. Шиллинг применил каучук и пленку, пропитанную воском. В 1837 г. он создал подводную телеграфную линию с резиновой изоляцией между Петербургом и Кронштадтом.

В1839 г. Б.С. Якоби изобрел пишущий электромагнитный телеграф, провода которого изолировал резиной и поместил их в свинцовую трубку.

Первые подземные телеграфные кабели предложили П.Л. Шиллинг и Б.С. Якоби. Кабель с изоляцией пропускался через стеклянные или стальные трубки, которые в свою очередь укладывались в деревянные желоба, помещаемые в траншеи.

При введении серы в каучук получали резину. Если содержание серы в каучуке увеличивали, то получался эбонит – твердое вещество

60

для изготовления электроприборов. В начале 40-х годов XIX в. начинают широко применять резину и гуттаперчу.

В1847 году В. Сименс (Германия) применил резиновую изоляцию проводов и кабелей.

С 1879 г. изолированный провод стали покрывать свинцовой оболочкой. В 1879 г. Ф. Борель (Швейцария) разработал технологию изготовления кабелей со свинцовой оболочкой. С 1890 г. начинают внедрять пропитанную маслом бумажную изоляцию.

Развитие электрических машин, генераторов вызвало необходимость разработки теплостойкой изоляции. Создаются теплостойкие пропиточные составы и покрытия, композиционные составы для изоляции пластин коллектора машин. В качестве изоляции стали использовать природную слюду (мусковит и флогопит), затем миканиты, микаленты, микафолии, микалексы.

Вконце XIX и начале ХХ в.в. создаются новые материалы – синтетические высокомолекулярные соединения с хорошими изоляционными свойствами – полиэтилен, полистирол, винипласт, поливинилхлорид, полиметилметакрилат и др. Позже создаются высокотемпературные полимеры, такие как фторопласты и элементоорганические соединения, сшитый и облученный полиэтилены и др.

Вконце 1906 г. были изобретены проходные, опорные, подвесные изоляторы на основе керамики, покрытой глазурью, позже эти изоляторы стали изготавливать из электротехнических стекол и специальных пластмасс.

Применение таких изоляторов было необходимо для передачи электрического тока по воздуху на большие расстояния, когда требовалось увеличение напряжения до сотен и тысяч киловольт.

Позднее возникает проблема передачи больших токов при относительно малых рабочих напряжениях. Для разрешения этих вопросов надо было уменьшать сопротивление линий электропередачи.

Существенно снизить сопротивление проводников можно путем их глубокого охлаждения. Такие проводники получили название гиперпроводников.

В1911 г. голландский физик Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости, когда электрическое сопротивление проводников становится равным нулю (обычно при 1…8 К). Несколько десятков лет сверхпроводники не могли применяться на практике, так как нужно было создавать очень низкие температуры для перевода их в сверхпроводящее состояние.

61

После 50-х гг. ХХ в. были открыты сплавы (например, ниобия с оловом), которые переходили в состояние сверхпроводимости при более высоких температурах.

В настоящее время разрабатываются высокотемпературные сверхпроводники. В 1986 году А. Мюллер (США) и Г. Беднорц (Швейцария) открывают высокотемпературную сверхпроводимость керамических материалов на основе трехвалентной меди с температурой перехода в сверхпроводящее состояние 35 К и 78 К.

Совершенствование электрических генераторов, двигателей, трансформаторов требовало изучения свойств металлов, магнитных материалов и создания сплавов с высокими ферромагнитными свойствами. Решению этих задач способствовали работы П. Кюри, А. Г. Столетова, братьев Гопкинсонов, Т. Эдисона и др.

Вопросы для самопроверки

1.Исследования и работы каких авторов послужили созданию первых электрических машин?

2.Проследите основные этапы создания электродвигателей и назовите авторов разработок.

3.Для каких целей использовались первые электродвигатели и кем?

4.Назовите первых создателей электрических генераторов.

5.Какие конструкции электрогенераторов предлагались изобретателями?

6.Создание каких генераторов позволило передавать электрическую энергию на большие расстояния?

7.Кто разрабатывал многофазные системы переменных токов, какие из них получили широкое распространение?

8.Опишите путь создания трансформаторов разных типов и назовите их авторов.

9.Кто участвовал в разработке и создании электротехнических материалов?

10.Какие материалы использовались в качестве проводников, а какие в качестве изоляторов при изготовлении электроизделий и линий передач?