- •Міністерство освіти і науки україни криворізький технічний університет
- •Передмова
- •Розділ 1. Введення в предмет
- •1.1. Визначення матеріалу, матеріалознавства, електротехнічного матеріалознавства.
- •1.2. Роль матеріалів у сучасній техніці.
- •1.3. Класифікація матеріалів, застосовуваних в енергетиці й електротехніці.
- •Розділ 2. Електрофізичні характеристики матеріалів.
- •2.1. Електропровідність матеріалів.
- •2.1.1. Основне рівняння електропровідності.
- •2.1.2. Електропровідність металів
- •2.1.3. Електропровідність газів
- •2.1.4. Електропровідність твердих діелектриків.
- •2.1.5. Електропровідність рідин.
- •2.2. Діелектрична проникність.
- •2.2.1. Діелектрична проникність газів.
- •2.2.2. Діелектрична проникність твердих і рідких діелектриків.
- •2.3. Електрична міцність матеріалів.
- •2.4.Теплові характеристики матеріалів.
- •2.5.Механічні характеристики матеріалів.
- •2.6 Вологостні властивості діелектриків.
- •2.6.1. Загальні характеристики вологості повітря
- •2.6.2 Гігроскопічність діелектриків.
- •2.6.3. Вологопроникливість діелектриків.
- •Розділ 3. Різні види діелектричних матеріалів.
- •3.1. Загальні характеристики й застосування газоподібних діелектриків.
- •3.2. Загальні характеристики й застосування рідких діелектриків.
- •3.3. Використовувані й перспективні рідкі діелектрики.
- •3.3.1. Трансформаторне масло.
- •3.3.2. Основні фізико-хімічні властивості трансформаторного масла.
- •3.3.3. Конденсаторне й кабельне масла.
- •3.3.4. Синтетичні діелектричні рідини.
- •3.4. Тверді діелектрики.
- •3.4.1. Загальні характеристики твердих діелектриків.
- •3.4.2. Види діелектриків. Застосування твердих діелектриків в енергетиці.
- •3.4.3. Полімерні матеріали.
- •3.4.4. Папір і картон
- •3.4.5. Шаруваті пластики
- •3.4.6. Лакотканини
- •Розділ 4. Провідникові матеріали.
- •4.1. Матеріали для проводів. Мідь, алюміній.
- •4.2. Матеріали для контактів.
- •4.3. Металеві резистивні матеріали
- •4.4. Принципи надпровідності.
- •Список рекомендованої літератури.
2.1.4. Електропровідність твердих діелектриків.
Тут основними носіями заряду є електрони. Іони "вморожені" і практично не мають можливості руху, b ~10-23 м2/(В·с). Утворення вільних носіїв заряду відбувається внаслідок впливу іонізаційних випромінювань і нагрівання. Рекомбінація носіїв заряду у твердих тілах не утруднена. Електропровідність твердих діелектриків визначається наявністю домішок.
2.1.5. Електропровідність рідин.
Сучасні вистави про провідність діелектричних рідин полягають у наступному. Тут носіями заряду є іони, тому що електрони легко прилипають до нейтральних молекул рідини й не можуть існувати у вільному стані. Крім того, у рідині заряди можуть переноситися моліонами (групами молекул), частками й навіть пухирцями. Іонізація полегшена в порівнянні з газами. Рекомбінація носіїв заряду в рідині утруднена, оскільки заряди активно взаємодіють із більш щільним і рухливим середовищем.
Таким чином, у рідинах звичайно провідність більше, чим у газах і твердих тілах за рахунок полегшеної іонізації й утрудненої рекомбінації
З іншого боку, відсутність форми рідини, легкість очищення дають можливість зменшення електропровідності, що неможливо зробити із твердими діелектриками. У цей час існують кілька нових технологій очищення рідин, наприклад електродіаліз, завдяки яким деякі рідини очищали до провідності, не гірше кращих зразків твердих діелектриків.
2.2. Діелектрична проникність.
Однієї з найважливіших характеристик діелектриків, що має найважливіше значення для техніки є його відносна діелектрична проникність ε.
Ця величина являє собою відношення заряду Q, отриманого на конденсаторі, що містить даний діелектрик, до заряду Q0, який можна було б одержати в конденсаторі, якби між електродами перебував вакуум:
ε = Q/Q0
Із цього визначення випливає, що діелектрична проникність не залежить від вибору системи одиниць і її числове значення завжди більше одиниці.
Значення діелектричної проникності речовини вказує на його здатність накопичувати електричні заряди в порівнянні з вакуумом. Чим вище діелектрична проникність, тем більшу ємність, більшу електричну енергію буде мати конденсатор при тих же розмірах. Здатність діелектриків накопичувати електричний заряд практично обумовлена таким фізичним процесом як поляризація.
2.2.1. Діелектрична проникність газів.
Гази мають низьку щільність, більші міжмолекулярні відстані. Гази мають низьку здатність до поляризації, їх діелектрична проникність незначно перевершує одиницю. Наприклад для кисню ε = 1.00055. Залежність діелектричної проникності від тиску й температури визначається зміною числа молекул в одиниці об'єму газу. Тобто, з ростом тиску діелектрична проникність збільшується, а з ростом температури діелектрична проникність газу знижується. На значення діелектричної проникності повітря також виявляє певне значення його вологість. З ростом вологості діелектрична проникність повітря незначно збільшується.
2.2.2. Діелектрична проникність твердих і рідких діелектриків.
Значення діелектричної проникності твердих і рідких діелектриків суттєво залежить від їхньої фізико-хімічної природи: від розмірів і ступеня полярності молекул, тобто, від механізмів поляризації, властивих тому або іншій речовині. Діелектрична проникність у цьому випадку також залежить від температури. Однак на відміну від газів температурний коефіцієнт діелектричної проникності може мати нелінійний характер і ухвалювати позитивні значення. Для полярних речовин має місце й залежність діелектричної проникності від частоти прикладеного напруги. З ростом частоти діелектрична проникність полярних діелектриків знижується.
Значення діелектричної проникності твердих діелектриків змінюються в діапазоні від 2-3 до 7000-9000 (титанат барію).