Реферат на тему проводниковые материалы
Обновлено: 05.07.2024
В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. К проводниковым материалам в электротехнике относятся металлы, их сплавы, контактные металлокерамические композиции и электротехнический уголь. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы, характеризующиеся электронной проводимостью; основной параметр для них – удельное электрическое сопротивление в функции температуры.
Содержание
Введение
1. Проводниковые материалы
1. Общие сведения
2. Медь
3. Латуни
4. Проводниковые бронзы
5. Алюминий
2. Полупроводники. Полупроводниковые приборы
2.1. Общие сведения
2.2. Полупроводниковые диоды
2.3. Тиристоры
3. Электроизоляционные материалы
3.1. Основные определения и классификация диэлектриков
3.2. Характеристики электроизоляционных материалов
Заключение
Список литературы
Работа состоит из 1 файл
Документ Microsoft Word.doc
- Проводниковые материалы
- Общие сведения
- Медь
- Латуни
- Проводниковые бронзы
- Алюминий
2.1. Общие сведения
2.2. Полупроводниковые диоды
3.1. Основные определения и классификация диэлектриков
3.2. Характеристики электроизоляционных материалов
1. Проводниковые материалы
1.1. Общие сведения
В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. К проводниковым материалам в электротехнике относятся металлы, их сплавы, контактные металлокерамические композиции и электротехнический уголь. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы, характеризующиеся электронной проводимостью; основной параметр для них – удельное электрическое сопротивление в функции температуры.
По роду применения проводниковые материалы подразделяются на группы:
проводники с высокой проводимостью – металлы для проводов линий электропередачи и для изготовления кабелей, обмоточных и монтажных проводов для обмоток трансформаторов, электрических машин, аппаратуры и пр.;
конструкционные материалы – бронзы, латуни, алюминиевые сплавы и т.д., применяемые для изготовления различных токоведущих частей;
сплавы высокого сопротивления – предназначаемые для изготовления дополнительных сопротивлений к измерительным приборам, образцовых сопротивлений и магазинов сопротивлений, реостатов и элементов нагревательных приборов, а также сплавы для термопар, компенсационных проводов и т.п.;
контактные материалы – применяемые для пар неразъемных, разрывных и скользящих контактов;
материалы для пайки всех видов проводниковых материалов.
Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля; поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода.
Таблица 1.2. Основные характеристики проводниковых материалов
2. Полупроводники. Полупроводниковые приборы
2.1. Общие сведения
Полупроводниками называют вещества, удельная проводимость которых имеет промежуточное значение между удельными проводимостями металлов и диэлектриков. Полупроводники одновременно являются плохими проводниками и плохими диэлектриками. Граница между полупроводниками и диэлектриками условна, так как диэлектрики при высоких температурах могут вести себя как полупроводники, а чистые полупроводники при низких температурах ведут себя как диэлектрики. В металлах концентрация электронов практически не зависит от температуры, а в полупроводниках носители заряда возникают лишь при повышении температуры или при поглощении энергии от другого источника.
Типичными полупроводниками являются углерод (C), германий (Ge) и кремний (Si). Германий – это хрупкий серовато-белый элемент, открытый в 1886 году. Источником порошкообразной двуокиси германия, из которой получают твердый чистый германий, являются золы некоторых сортов угля.
Кремний был открыт в 1823 году. Он широко распространен в земной коре в виде кремнезема (двуокиси кремния), силикатов и алюмосиликатов. Двуокисью кремния богаты песок, кварц, агат и кремень. Из двуокиси кремния химическим путем получают чистый кремний. Кремний является наиболее широко используемым полупроводниковым материалом.
Рассмотрим подробнее образование электронов проводимости в полупроводниках на примере кремния. Атом кремния имеет порядковый номер Z=14 в периодической системе Д. И. Менделеева. Поэтому в состав его атома входят 14 электронов. Однако только 4 из них находятся на незаполненной внешней оболочке и являются слабо связанными. Эти электроны называются валентными и обуславливают четыре валентности кремния. Атомы кремния способны объединять свои валентные электроны с другими атомами кремния с помощью так называемой ковалентной связи (рис. 2.1). При ковалентной связи валентные электроны совместно используются различными атомами, что приводит к образованию кристалла.
При повышении температуры кристалл а тепловые колебания решетки приводят к разрыву некоторых валентных связей. В результате этого часть электронов, ранее участвовавших в образовании валентных связей, отщепляется и становится электронами проводимости. При наличии электрического поля они перемещаются против поля и образуют электрический ток.
Наряду с переходами электронов из связанного состояния в свободное существуют обратные переходы, при которых электрон проводимости улавливается на одно из вакантных мест электронов связи. Этот процесс называют рекомбинацией электрона и дырки. В состоянии равновесия устанавливается такая концентрация электронов (и равная ей концентрация дырок), при которой число прямых и обратных переходов в единицу времени одинаково.
Рассмотренный процесс проводимости в чистых полупроводниках называется собственной проводимостью. Собственная проводимость быстро возрастает с повышением температуры, и в этом существенное отличие полупроводников от металлов, у которых с повышением температуры проводимость уменьшается. Все полупроводниковые материалы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.
Чистые полупроводники являются объектом, главным образом, теоретического интереса. Основные исследования полупроводников связаны с влиянием добавления примесей в чистые материалы. Без этих примесей не было бы большинства полупроводниковых приборов.
Чистые полупроводниковые материалы, такие как германий и кремний, содержат при комнатной температуре небольшое количество электронно-дырочных пар и поэтому могут проводить очень маленький ток. Для увеличения проводимости чистых материалов используется легирование.
Легирование – это добавление примесей в полупроводниковые материалы. Используются два типа примесей. Примеси первого типа – пятивалентные – состоят их атомов с пятью валентными электронами, например, мышьяк и сурьма. Примеси второго типа – трехвалентные – состоят из атомов с тремя валентными электронами, например, индий и галлий.
Когда чистый полупроводниковый материал легируется пятивалентным материалом, таким как мышьяк (As), то некоторые атомы полупроводника замещаются атомами мышьяка (рис. 2.2). Атом мышьяка вводит четыре своих валентных электрона в ковалентные связи с соседними атомами. Его пятый электрон слабо связан с ядром и легко может стать свободным. Атом мышьяка называется донорским, поскольку он отдает свой лишний электрон. В легированном полупроводниковом материале находится достаточное количество донорских атомов, а следовательно и свободных электронов, для поддержания тока.
При комнатной температуре количество дополнительных свободных электронов превышает количество электронно-дырочных пар. Это означает, что в материале больше электронов, чем дырок. Поэтому электроны называют основными носителями. Дырки называют неосновными носителями. Поскольку основные носители имеют отрицательный заряд, такой материал называется полупроводником n-типа.
Когда полупроводниковый материал легирован трехвалентными атомами, например атомами индия (In), то эти атомы разместят свои три валентных электрона среди трех соседних атомов (рис. 2.3). Это создаст в ковалентной связи дырку.
Наличие дополнительных дырок позволит электронам легко дрейфовать от одной ковалентной связи к другой. Так как дырки легко принимают электроны, атомы, которые вносят в полупроводник дополнительные дырки называются акцепторными.
При обычных условиях количество дырок в таком материале значительно превышает количество электронов. Следовательно, дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными. Поскольку основные носители имеют положительный заряд, материал называется полупроводникомp-типа.
Полупроводниковые материалы n- и p-типов имеют значительно более высокую проводимость, чем чистые полупроводники. Эта проводимость может быть увеличена или уменьшена путем изменения количества примесей. Чем сильнее полупроводниковый материал легирован, тем меньше его электрическое сопротивление.
Контакт двух полупроводников с различными типами проводимости называется p-n переходом и обладает очень важным свойством – его сопротивление зависит от направления тока. Отметим, что такой контакт нельзя получить, прижимая друг к другу два полупроводника. p-n переход создается в одной пластине полупроводника путем образования в ней областей с различными типами проводимости. Методы получения p-n переходов описаны ниже.
Итак, в куске монокристаллического полупроводника на границе между двумя слоями с различного рода проводимостями образуется p-n переход. На ней имеет место значительный перепад концентраций носителей зарядов. Концентрация электронов в n-области во много раз больше их концентрации в p-области. Вследствие этого электроны диффундируют в область их низкой концентрации (в p-область). Здесь они рекомбинируют с дырками и таким путем создают пространственный отрицательный заряд ионизированных атомов акцептора, не скомпенсированный положительным зарядом дырок.
Одновременно происходит диффузия дырок в n-область. Здесь создается не скомпенсированный зарядом электронов пространственный положительный заряд ионов донора. Таким образом, на границе создается двойной слой пространственного заряда (рис. 2.4), обедненный основными носителями тока. В этом слое возникает контактное электрическое поле Eк, препятствующее дальнейшему переходу электронов и дырок из одной области в другую.
Контактное поле поддерживает состояние равновесия на определенном уровне. Но и в этом случае под действием тепла небольшая часть электронов и дырок будет продолжать проходить через потенциальный барьер, обусловленный пространственными зарядами, создавая ток диффузии. Однако одновременно с этим под действием контактного поля неосновные носители заряда p- и n-областей (электроны и дырки) создают небольшой ток проводимости. В состоянии равновесия эти токи взаимно компенсируются.
Если к p-n переходу подключить внешний источник тока, то напряжение указанной на рис. 2.5 обратной полярности приведет к появлению внешнего поля E, совпадающего по направлению с контактным полем Eк. В результате ширина двойного слоя увеличится, и тока за счет основных носителей практически не будет. В цепи возможен лишь незначительный ток за счет неосновных носителей (обратный ток Iобр).
При включении напряжения прямой полярности направление внешнего поля противоположно направлению контактного поля (рис. 2.6). Ширина двойного слоя уменьшится, и в цепи возникнет большой прямой ток Iпр. Таким образом, p-n переход обладает ярко выраженной односторонней проводимостью. Это выражает его вольтамперная характеристика (рис. 2.7).
Когда к p-n переходу приложено прямое напряжение, то ток быстро возрастает с ростом напряжения. Когда же кp-n переходу приложено обратное напряжение, ток очень мал, быстро достигает насыщения и не изменяется до некоторого предельного значения обратного напряженияUобр, после чего резко возрастает. Это так называемое напряжение пробоя, при котором наступает пробой p-nперехода и он разрушается. Следует отметить, что на рисунке 2.7 масштаб обратного тока в тысячу раз меньше масштаба прямого тока.
3. Электроизоляционные материалы
3.1. Основные определения и классификация диэлектриков
Электроизоляционными материалами или диэлектриками называются вещества, с помощью которых осуществляется изоляция элементов или частей электрооборудования, находящихся под разными электрическими потенциалами. По сравнению с проводниковыми материалами диэлектрики обладают значительно большим электрическим сопротивлением. Характерным свойством диэлектриков является возможность создания в них сильных электрических полей и накопления электрической энергии. Это свойство диэлектриков используется в электрических конденсаторах и других устройствах.
Согласно агрегатному состоянию диэлектрики делятся на газообразные, жидкие и твердые. Особенно большой является группа твердых диэлектриков (высокополимеры, пластмассы, керамика и др.).
Согласно химическому составу диэлектрики делятся на органические и неорганические. Основным элементом в молекулах всех органических диэлектриков является углерод. В неорганических диэлектриках углерода не содержится. Наибольшей нагревостойкостью обладают неорганические диэлектрики (слюда, керамика и др.).
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…..……………………………………………………………………….3
1 Классификация проводниковых материалов…………………..…….………..4
2 Характеристики и применение проводниковых материалов………………. 6
3 Классификация электроизоляционных материалов…………………………10
4 Характеристики электроизоляционных материалов………………………. 12
Заключение……………………………………………………………………….18
Список использованных источников…………………………………………. 19
Введение
Современную технику невозможно представить без проводниковых и электроизоляционных материалов.
Проводниковые материалы находят применение в качестве проводов и жил кабелей, термоэлементов, припоев, предохранителей, нагревателей, для изготовления резисторов.
Электрические устройства имеют надёжную изоляцию токонесущих проводов, проводников и корпусов электрооборудования. Основными задачами электроизоляционных материалов являются предотвращение утечки электрических зарядов, разделение токопроводящих элементов и электрических цепочек, а также обеспечение безопасных схем электроснабжения и условий работы технического персонала.
Целью данной работы являлось изучение классификации, характерных свойств и областей применения проводниковых и электроизоляционных материалов.
1 Классификация проводниковых материалов
По агрегатному состоянию проводниковые материалы длятся на газообразные, жидкие и твёрдые.
Газообразные проводниковые материалы при низких значения напряжённости электрического поля не являются проводниками. При высоких значениях напряжённости электрического поля, начинается ударная ионизация – носители заряда электроны и ионы. При сильной ионизации и равенстве в единице объеме электронной и ионов – плазма. Применение: газоразрядные приборы.
Жидкие проводниковые материалы
а) электролиты (водные растворы кислот, щёлочей, солей) – носители заряда ионы вещества, состав электролита постепенно изменяется, и на электродах выделяются продукты электролиза. Применение: электролитические конденсаторы, покрытие металлов слоем другого металла (гальваностегия), получение копий с предметов (гальванопластика), очистка металлов (рафинирование);
б) расплавленные металлы (имеют высокую температуру, ртуть Hg tплав Hg=-39 оС и галлий Ga tплав Ga=29,7 оС) – носители заряда электроны. Применение: в литейном производстве, ртутные лампы, галлий в полупроводниковой технике (легирующий элемент для германия), низкотемпературные припои.
Твёрдые проводниковые материалы
Металлы и сплавы – носители заряда электроны. Применение: токопроводящие части электрических машин, аппаратов и сетей.
По удельному электрическому сопротивлению различают:
- материалы высокой проводимости (удельное электрическое сопротивление ρ≤0,05 мкОм∙м): серебро Ag (применение: контакты, электроды конденсаторов, радиочастотные кабели); медь Cu (жилы проводов и кабелей); золото Au (контакты, электроды, фотоэлементы); алюминий Al (провода для ЛЭП, жилы проводов и кабелей); железо Fe (провода ЛЭП не большой мощности); металлический натрий Na (провода и кабели в полиэтиленовой оболочке);
- материалы высокого сопротивления (ρ≥0,3 мкОм∙м): манганин сплав Cu – Mn – Ni (применение: образцовые резисторы); константан сплав Cu – Ni – Mn (реостаты и электронагревательные приборы); сплавы на основе железа – нихромы Fe – Ni – Cr, фехрали Fe – Cr – Al (электронагревательные элементы);
- сверхпроводники (ρ=0) при температурах близких к абсолютному нулю по шкале Кельвина -273,15 оС (алюминий Al, олово Sn, свинец Pb);
- криопроводники (ρ≈0) при температурах ниже -173 оС, но не переходя в сверхпроводящее состояние (алюминий Al, медь Cu, бериллий Be).
Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты).
Классификация проводниковых материалов представлена на рис. 1.
Рисунок 1 – Классификация проводниковых материалов
2 Характеристики и применение проводниковых материалов
К электрическим характеристикам проводниковых материалов можно отнести: удельное сопротивление или обратную величину – удельную проводимость; контактную разность потенциалов и термоэлектродвижущую силу (термоЭДС); работу выхода электронов из металла.
Удельная проводимость выражается в сименсах на метр (См/м):
, (1)
где q – заряд электрона (1,6 ·10-19Кл); n0 – число свободных электронов в единице объема металла; λ – средняя длина свободного пробега электрона между двумя соударениями с узлами решетки; m – масса электрона; vт – средняя скорость теплового движения свободного электрона.
Удельное сопротивление проводников:
ρ = ρтепл + ρост, (2)
где ρтепл – удельное сопротивление, обусловленное в основном тепловыми колебаниями решетки; ρост – удельное сопротивление, вызванное наличием дефектов в кристаллической решетке.
Характерная для металлов зависимость удельного сопротивления от температуры приведена на рис.2. При температурах, превышающих температуру Дебая Θ, которая для металлов равна 400 – 800оС, удельное сопротивление возрастает линейно и обусловлено в основном усилением тепловых колебаний решетки. В области низких (криогенных) температур удельное сопротивление почти не зависит от температуры и определяется только сопротивлением ρост.
Рисунок 2 – Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры
Изменение удельного сопротивления металлических проводников с температурой принято характеризовать температурным коэффициентом удельного сопротивления ТК ρ или αρ (К-1). Если температура изменяется в узких пределах, то пользуются средним температурным коэффициентом удельного сопротивления:
(3)
где ρ0 – удельное сопротивление при температуре Т0, принятой за начальную; ρ1 – то же при температуре Т1.
Для металлов αρ составляет 4·10-3К-1, а для сплавов значительно меньше – 10-4 – 10-6 К-1. Основные характеристики проводниковых материалов представлены в табл. 1.
Металлы и сплавы высокой проводимости должны иметь достаточную прочность, пластичность, коррозионную стойкость, хорошо свариваться и подвергаться пайке. Практическое применение имеют химически чистые металлы: медь, алюминий, серебро.
Медь обладает рядом ценных свойств: малым удельным сопротивлением; достаточно высокой механической прочностью; удовлетворительной стойкостью к коррозии; хорошей обрабатываемостью давлением; хорошей способностью к пайке и сварке. Для изделий с большей прочностью используют латуни и бронзы с кадмием и бериллием.
Таблица 1 – Основные характеристики проводниковых материалов
Алюминий окисляется на воздухе, покрываясь прочной оксидной пленкой, которая защищает металл от дальнейшего окисления и обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Удельное электрическое сопротивление алюминия не должно превышать 0,028 мкОм·м, обладает высокой пластичностью.
Серебро обладает минимальным удельным сопротивлением 0,016 мкОм·м; невысокие прочность и твердость, но хорошая пластичность. По сравнению с другими благородными металлами (золотом, платиной) серебро имеет пониженную химическую стойкость, тенденцию диффундировать в материал подложки.
Припои – сплавы, используемые при пайке металлов. Кроме высокой проводимости должны обеспечивать небольшое переходное сопротивление (сопротивление контакта). Различают два типа припоев: для низкотемпературной пайки с температурой плавления до 400оС и для высокотемпературной пайки. Используют припои на основе олова, свинца, цинка, серебра, имеющие хорошую проводимость и сопротивление которых мало отличается от сопротивления металлов, образующих сплав.
Материалы с большим удельным сопротивлением широко применяются при изготовлении различных электроизмерительных и электронагревательных приборов, образцовых сопротивлений, реостатов и т.д.
Для изготовления электроизмерительных приборов, образцовых сопротивлений и реостатов применяются, как правило, сплавы, отличающиеся высокой стабильностью удельного сопротивления во времени и малым температурным коэффициентом сопротивления. К числу таких материалов относятся манганин, константан и нихром. Среди сплавов с высоким сопротивлением, которые (кроме нихрома) широко используются для изготовления различных нагревательных элементов, необходимо отметить жаростойкие сплавы фехрали и хромали. Эти сплавы отличаются высокой стойкостью к химическому разрушению поверхности под воздействием различных газообразных сред при высоких температурах.
Сверхпроводники (чистые металлы) по физико-химическим свойствам делятся на мягкие (Hg, Sn, Pb, In) и жесткие (Та, Ti, Zr, Nb). Для мягких сверхпроводников характерны низкие температуры плавления, отсутствие внутренних механических напряжений, жесткие – имеют значительные внутренние напряжения. Сверхпроводники используют для создания сверхсильных магнитных полей в достаточно большой области пространства; изготовления обмоток электрических машин и трансформаторов малой массы, но с очень высоким КПД и др.
Криопроводники при сильном охлаждении (ниже -173°С) приобретают высокую электрическую проводимость, но не переходят в сверхпроводящее состояние. Минимальным сопротивлением при температуре жидкого азота обладает бериллий, однако он отличается плохой технологичностью, дорог и высокотоксичен. Более доступен и технологичен алюминий марки А999, при температуре жидкого гелия имеет удельное сопротивление не более 1…2·10-6мкОм·м).
3 Классификация электроизоляционных материалов
Электроизоляционные материалы – класс электротехнических материалов, предназначенных для электрической изоляции, являющейся неотъемлемой частью электрической цепи и необходимой для того, чтобы не пропускать ток по не предусмотренным электрической схемой путям.
Электроизоляционные материалы классифицируют:
• по агрегатному состоянию: газообразные (воздух, азот, вакуум), жидкие (нефтяные и природные масла, синтетические жидкости), твердые (бумага, фибра, гетинакс, фарфор, слюда, стекло) и твердеющие (канифоль, поливинилхлорид, винипласт, парафин). К группе твердых также относят твердеющие материалы, которые вводятся в электрическую изоляцию в жидком или пластичном состоянии, но в работающей изоляции являются твердыми;
• по структуре твердые электроизоляционные материалы можно классифицировать как кристаллические и аморфные;
• по химическому составу электроизоляционные материалы делятся на органические и неорганические;
• по электрическому состоянию молекул электроизоляционные материалы подразделяют на неполярные и полярные. Диэлектрики подразделяются также на гетерополярные (ионные), молекулы которых сравнительно легко диссоциируют, и гомеополярные, для которых диссоциация на ионы не характерна;
• по происхождению: природные, применяемые без химической переработки; искусственные, получаемые путем химической переработки природного сырья; синтетические, получаемые методом химического синтеза.
Классификация электроизоляционных материалов представлена на рис. 3.
Рисунок 3 – Классификация электроизоляционных материалов
4 Характеристики электроизоляционных материалов
В современной технике широко применяют разнообразные изоляционные материалы. Все они отличаются друг от друга электрическими, механическими и химическими свойствами. Важнейшими электрическими характеристиками электроизоляционных материалов являются электрическая прочность, удельное электрическое сопротивление (объемное и поверхностное), диэлектрическая проницаемость и значение диэлектрических потерь. Однако для практических целей немаловажное значение имеют и другие характеристики этих материалов: механическая прочность, гибкость и эластичность, нагревостойкость, морозостойкость, гигроскопичность, химическая стойкость и т. п.
Газообразные материалы широко применяются при изготовлении аппаратов высокого напряжения (выключатели, разрядники и т.п.), кроме того, воздух окружает большинство электротехнических установок, а на ЛЭП является основной изолирующей средой. Оценивая свойства газообразных диэлектриков (табл. 2), следует отметить малую диэлектрическую проницаемость εr (при расчетах принимается равной 1), высокое удельное сопротивление ρ и особенно очень малое значение tgδ. Однако большинство газов при атмосферном давлении имеют невысокую электрическую прочность Епр. Достоинствами газообразных диэлектриков являются восстановление ими электрической прочности после пробоя и отсутствие старения.
Жидкие материалы используют для заполнения внутреннего пространства силовых трансформаторов, реакторов, кабелей, масляных выключателей, конденсаторов и др. Они хорошо пропитывают пористую изоляцию, картоны, бумаги, существенно повышая при этом электрическую прочность изоляции и улучшая теплоотвод. Наиболее широкое применение получили нефтяные электроизоляционные масла, являющиеся смесью различных углеводородов. Достоинства нефтяных масел: хорошие изолирующие свойства, доступность, дешевизна и достаточная химическая стойкость, недостатки – малый интервал рабочих температур, пожаро- и взрывоопасность.
Таблица 2 – Основные характеристики газообразных диэлектриков
Наиболее простым распространенным твердым полимером является полиэтилен (табл. 3) – термопластичный материал, химически стойкий, обладает водоотталкивающими свойствами, гибкостью, стойкостью к растворителям (до температур 100 - 120 °С). Недостатки – невысокая нагревостойкость. Применение: для изоляции проводов и кабелей, при изготовлении изоляционных шлангов, трубок, липких лент, каркасы катушек, платы.
Поливинилхлоридный пластикат широко применяют в качестве основной изоляции монтажных проводов, для изготовления защитных оболочек кабелей, гибких изоляционных трубок и липкой изоляционной ленты.
Эпоксидные смолы являются термопластичными материалами, могут равномерно отверждаться в весьма толстом слое, образуя при этом монолитную, водонепроницаемую, термореактивную изоляцию. Применяют для изготовления клеев, лаков, заливочных компаундов, герметиков и т.д.
Резину широко применяют для изоляции установочных и монтажных проводов, гибких проводов и кабелей, электроизоляционных лент и т.п.
Большое значение в электротехнике имеют лаки и эмали. По назначению различают лаки пропиточные, покровные и клеящие.
Таблица 3 – Основные характеристики электроизоляционных материалов
Электроизоляционные бумаги делятся на кабельные, конденсаторные, пропиточные, намоточные, микалентные, крепированные.
Лакоткани представляют собой гибкие рулонные материалы, тканевая основа которых пропитана электроизоляционным лаком.
По назначению керамические материалы разделяют на пять основных групп – изоляторная, конденсаторная, сегнетоэлектрическая, полупроводниковая и магнитная керамика. Одним из широко применяемых электрокерамических материалов является электротехнический фарфор (применяется для изготовления различных электрических изоляторов и покрышек высоковольтных вводов).
Стекла – неорганические вещества. Электротехнические стекла по назначению бывают конденсаторные, установочные, ламповые.
Заключение
Электротехнические материалы имеют существенное значение в конструкциях самых разнообразных электротехнических и радиотехнических устройств и аппаратов.
Учитывая тенденцию в современной электротехнике к увеличению напряжений и мощностей, уменьшению габаритов и веса отдельных машин и аппаратов и повышению их надежности, роль электроматериалов становится более значительной.
В данной работе были изучены различные виды проводниковых и электроизоляционных материалов, их свойства и назначение.
Список использованных источников
1. Богородицкий Н. П. Электротехнические материалы/ Н. П. Богородицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев - Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 304 с.
2. Тареев Б. М. Физика диэлектрических материалов. - М.: Энергия, 1982. – 320 с.
3. Справочник по электротехническим материалам: Справ. / Под ред. Ю. В. Корицкого и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - Т. 1-3.
4. Конструкционные и электротехнические материалы / В. Н. Бородулин, А. С. Воробьев, С. Я. Попов и др. Под ред. В. А Филикова. - М.: Выш. шк., 1990. – 226 с.
5. Электротехнический справочник: Справ. Т.1 / Под общ. ред. профессоров МЭИ. - М.: Энергоатомиздат, 1985. – 448 с.
6. Арзамасов Б. Н., Сидорин И. И., Косолапов Г. Ф. и др. Материаловедение: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1986 – 384 с.
7. Конструкционные и электротехнические материалы / В. Н. Бородулин, А. С. Воробьев, С. Я. Попов и др.; под ред. В. А. Филикова. – М.: Высшая школа, 1990 – 296 с.
8.Корицкий Ю.В. Электротехнические материалы. 3-е изд.- М.: Высшая школа, 1990.-306 с.
9.Новиков, Ю.Н. Электротехническое материаловедение: Учебное пособие / Ю.Н. Новиков. - СПб.: Лань, 2016. - 200 c.
10.Электротехнические и конструкционные материалы. / Под общ. ред. В. А. Филикова. М.: Академия, 2009. – 385 с.Нет нужной работы в каталоге?
![]()
Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.
Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов
Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит
Бесплатные доработки и консультации
Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки
Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа
Техподдержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему
Строгий отбор экспертов
![computer]()
Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы![]()
![]()
Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован
Файлы: 1 файл
Реферат по физике.docx
Калининградский рыбопромышленный колледж
Самостоятельная работа по физике
Курсанта: Фёдорова Н.А.
Преподаватель: Усейнова Д.В.
Калининград 2015-2016 год.
1. Проводниковые материалы
1.1. Общие сведения
В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. К проводниковым материалам в электротехнике относятся металлы, их сплавы, контактные металлокерамические композиции и электротехнический уголь. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы, характеризующиеся электронной проводимостью; основной параметр для них – удельное электрическое сопротивление в функции температуры.
Диапазон удельных сопротивлений металлических проводников весьма узок и составляет от 0,016 мкОм٠м для серебра до 1,6 мкОм٠м для жаростойких железохромоалюминиевых сплавов. Электрическое сопротивление графита с увеличением температуры проходит через минимум с последующим постепенным повышением.
По роду применения проводниковые материалы подразделяются на группы:
проводники с высокой проводимостью – металлы для проводов линий электропередачи и для изготовления кабелей, обмоточных и монтажных проводов для обмоток трансформаторов, электрических машин, аппаратуры и пр.;
конструкционные материалы – бронзы, латуни, алюминиевые сплавы и т.д., применяемые для изготовления различных токоведущих частей;
сплавы высокого сопротивления – предназначаемые для изготовления дополнительных сопротивлений к измерительным приборам, образцовых сопротивлений и магазинов сопротивлений, реостатов и элементов нагревательных приборов, а также сплавы для термопар, компенсационных проводов и т.п.;
контактные материалы – применяемые для пар неразъемных, разрывных и скользящих контактов;
материалы для пайки всех видов проводниковых материалов.
Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля; поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода.
Электрическое сопротивление проводников
Электрическое сопротивление обусловлено тем, что свободные электроны при дрейфе взаимодействуют с положительными ионами кристаллической решетки металла. При повышении температуры учащаются соударения электронов с ионами, поэтому сопротивление проводников зависит от температуры. Сопротивление проводников зависит от материала проводника, т.е. строение его кристаллической решетки. Для однородного цилиндрического проводника длиной l и площадью поперечного сечения S сопротивление определяется по формуле
где ρ=RS/l – удельное сопротивление проводника (сопротивление однородного цилиндрического проводника, имеющего единичную длину и единичную площадь поперечного сечения).
Единица сопротивления – Ом.
1 Ом: Ом – сопротивление проводника, по которому при напряжении 1 В течет ток 1 Ом=1 В/А.
Величина σ=1/ρ, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью проводника.
Единица электрической проводимости – сименс (См).
Сименс – электрическая проводимость проводника сопротивлением 1 Ом, т.е. 1 См=1 Ом־¹.Из формулы (1.1) следует, что единицей удельного сопротивления является Ом-метр (Ом ٠м).
Таблица 1.1 Удельное сопротивление наиболее распространенных проводников
Материал ρ, 10־ Ом∙м Характеристика материала
Серебро 1,6 Наилучший проводник
Медь 1,7 Применяется наиболее часто
Алюминий 2,9 Применяется часто
Железо 9,8 Применяется редко
Удельное электрическое сопротивление проводника зависит не только от рода вещества, но и от его состояния. Зависимость удельного сопротивления ρ от температуры выражается формулой
ρ = ρ 0 (1+ α t ), (1.2)
где ρ0 – удельное сопротивление при 0°C; t – температура (по шкале Цельсия); α – температурный коэффициент сопротивления, характеризующий относительное изменение сопротивления проводника при нагревании его на 1°C или 1 K:
α = (ρ-ρ 0 )/ρ 0 t . (1.3)
Температурные коэффициенты сопротивления веществ различны при разных температурах. Однако для многих металлов изменение α с температурой не очень велико. Для всех чистых металлов α ≈ 1/273 K־¹ (или °C־¹).
Зависимость сопротивления металлов от температуры положена в основу устройства термометров сопротивления. Они используются как при очень высоких, так и при очень низких температурах, когда применение жидкостных термометров невозможно.
Из понятия о проводимости проводника следует, что чем меньше сопротивление проводника, тем больше его проводимость. При нагревании чистых металлов их сопротивление увеличивается, а при охлаждении – уменьшается.
В 1911 г. Голландский физик Камерлинг-Оннес провел опыты с ртутью, которую можно получить в чистом виде. Он столкнулся с новым, совершенно неожиданным явлением. Удельное сопротивление ртути при температуре 4,2 K (около -269°C) резко упало до такой малой величины, что его практически стало невозможно измерить. Это явление обращения электрического сопротивления в нуль Камерлинг-Оннес назвал сверхпроводимостью.
В настоящее время сверхпроводимость обнаружена у более чем 25 металлических элементов, большого числа сплавов, некоторых полупроводников и полимеров. Температура Tкр перехода проводника в сверхпроводящее состояние для чистых металлов лежит в пределах от 0,14 K для иридия до 9,22 K для ниобия.
Движение электронов в металле, находящемся в состоянии сверхпроводимости, является до такой степени упорядоченным, что электроны, перемещаясь по проводнику, почти не испытывают соударений с атомами и ионами решетки. Полное объяснение явления сверхпроводимости можно дать с позиций квантовой механики.
Кроме чисто электротехнических свойств, для проведения необходимой технологической обработки и обеспечения заданных сроков службы в эксплуатации, проводниковые материалы должны обладать достаточной нагревостойкостью, механической прочностью пластичностью.
Чистая медь по электрической проводимости занимает следующее место после серебра, обладающего из всех известных проводников наивысшей проводимостью. Высокая проводимость и стойкость к атмосферной коррозии в сочетании с высокой пластичностью делают медь основным материалом для проводов.
На воздухе медные провода окисляются медленно, покрываясь тонким слоем окиси CuO, препятствующим дальнейшему окислению меди. Коррозию меди вызывают сернистый газ SO2, сероводород H2S, аммиак NH3, окись азота NO, пары азотной кислоты и некоторые другие реактивы.
Проводниковую медь получают из слитков путем гальванической очистки ее в электролитических ваннах. Примеси даже в ничтожных количествах, резко снижают электропроводность меди, делая ее малопригодной для проводников тока, поэтому в качестве электротехнической меди применяют лишь две ее марки МО и М1.
Почти все изделия из проводниковой меди изготавливаются путем проката, прессования и волочения. Так, волочением могут быть изготовлены провода диаметром до 0,005 мм, ленты толщиной до 0,1 мм и медная фольга толщиной до 0,008 мм.
Проводниковая медь применяется как в отожженном после холодной обработки виде (мягкая медь марки ММ), так и без отжига (твердая медь марки МТ).
При температурах термообработки выше 900°C вследствие интенсивного роста зерна механические свойства мели резко ухудшаются.
В целях повышения предела ползучести и термической устойчивости медь легируют серебром в пределах 0,07 – 0,15%, а также магнием, кадмием, цирконием и другими элементами.
Медь с присадкой серебра применяется для обмоток быстроходных и нагревостойких машин большой мощности, а медь, легированная различными элементами, используется в коллекторах и контактных кольцах сильно нагруженных машин.
Сплавы меди с цинком, называемые латунями, широко используются в электротехнике. Цинк растворяется в меди в пределах до 39%.
В различных марках латуни содержание цинка может доходить до 43%. Латуни, содержащие до 39% цинка, имеют однофазную структуру твердого раствора и называются α-латунями. Эти латуни обладают наибольшей пластичностью, поэтому из них изготавливают детали горячей или холодной прокаткой и волочением: листы, ленты, проволоку. Без нагрева из листовой латуни методом глубокой вытяжки и штамповкой можно изготовить детали сложной конфигурации.
Латуни с содержанием цинка свыше 39% называют α+β-латунями или двухфазными и применяют главным образом для фасонных отливок.
Двухфазные латуни являются более твердыми и хрупкими и обрабатываются давлением только в горячем состоянии.
Присадка к латуням олова, никеля и марганца повышает механические свойства и антикоррозионную устойчивость, а добавки алюминия в композиции с железом, никелем и марганцем сообщают латуням кроме улучшения механических свойств и коррозионной стойкости высокую твердость. Однако присутствие в латунях алюминия затрудняет пайку, а проведение пайки мягкими припоями становится практически невозможным.
Латуни марок Л68 и Л63 вследствие высокой пластичности хорошо штампуются и допускают гибку, легко паяются всеми видами припоев. В электромашиностроении широко применяются для различных токоведущих частей;
латунь ЛА67-2,5 применяется для литых токоведущих деталей повышенной механической прочности и твердости, не требующих пайки мягкими припоями;
латуни ЛК80-3Л и ЛС59-1Л широко применяются для литых токоведущих деталей электрической аппаратуры, для щеткодержателей и для заливки роторов асинхронных двигателей. Хорошо воспринимают пайку различными припоями.
1.4. Проводниковые бронзы
Проводниковые бронзы относятся к медным сплавам, необходимость применения которых в основном вызвана недостаточной в ряде случаев механической прочностью и термической устойчивостью чистой меди.
Общая номенклатура бронз весьма обширна, но высокой электропроводностью обладают лишь немногие марки бронз.
Кадмиевая бронза относится к наиболее распространенным проводниковым бронзам. Из числа всех марок кадмиевая бронза обладает наивысшей электрической проводимостью. Вследствие повышенного сопротивления истиранию и более высокой нагревостойкости эта бронза широко применяется для изготовления троллейных проводов и коллекторных пластин;
бериллиевая бронза относится к сплавам, приобретающим прочность в результате стирания. Она обладает высокими упругими свойствами, устойчивыми при нагревании до 250°C, и электрической проводимостью в 2 – 2,5 раза большей, чем проводимость других марок бронз общего назначения. Эта бронза нашла широкое применение для изготовления различных пружинных деталей, выполняющих одновременно и роль проводника тока, например: токоведущие пружины, отдельные виды щеткодержателей, скользящие контакты в различных приборах, штепсельные приборы и т.п.;
фосфористая бронза обладает высокой прочностью и хорошими пружинными свойствами, из-за малой электропроводности применяется для изготовления пружинных деталей с низкими плотностями тока.
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Самарской области Тольяттинский социально — экономический колледж .
Учебно — исследовательская работа
по элктротехнике и электронике на тему:
"Проводниковые материалы их свойства и применение"
Студент: Бермяков С.О.Руководитель: Заборских А.В.2016г.
Содержание
Введение. 3
Классификация проводниковы материалов. 4
Свойства проводниковыхматериалов. 6
Материалы высокой проводимости. 9
Сверхпроводники и криопроводники. 15
Материалы высокого сопротивления. 19
Проводниковые материалы исплавы. 21
Заключение. 25
Список используеммых источников. 26
Введение
Проводниковые материалы обладают способностью проводить электрический ток и характеризуются весьма малым или заданным удельным сопротивлением p, котороевозрастает с увеличением температуры. Хорошая электропроводность обусловлена большим количеством свободных электронов, способных покинуть атомы. Концентрация свободных электронов в чистых металлах различается незначительно. Если в проводнике создается электрическое поле, то под действием этого поля электроны приобретают ускорение, пропорциональное напряженности, в результате чего возникаетнаправленное движение электронов, течет электрический ток.
К проводниковым относятся и материалы с высоким сопротивлением, и сверхпроводниковые, и криопроводниковые материалы, у которых удельное электрическое сопротивление при очень низких температурах очень мало.Классификация проводниковых материалов
По агрегатному состоянию проводниковые материалы делят на газообразные, жидкие и твердые.
Кгазообразным относятся пары веществ и газы при таком значении напряженности электрического поля, которое обеспечивает начало процесса ионизации молекул. В ионизированном газе перенос электрических зарядов осуществляется как электронами, так и ионами. Если в единице объема сильно ионизированного газа наступает равенство между числом электронов и положительных ионов, то такой газ представляет собой особую проводящуюсреду, плазму. Проводимость газов используется в различных газоразрядных приборах.
К жидким проводникам относятся различные растворы солей, кислот, щелочей и др. веществ, а также их расплавы, проводящие электрический ток и называемые электролитами. Жидкими проводниками являются также расплавы металлов. К жидким проводникамотносятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило, температураплавления металлов высока, за исключением ртути, у которой она составляет -39°С. Поэтому при нормальной температуре в качестве жидкого металлического проводника может быть применена только ртуть. Температуру плавления, близкую к нормальной (29,8°С), имеет еще галлий. Другие металлы являются жидкими проводниками лишь при повышенных или высоких температурах.
Твердыми проводниками материалами являютсяметаллы и их сплавы. Металлы в твердом состоянии являются кристаллическими веществами, для которых характерен особый вид металлической связи между атомами. Электропроводность металла, как в твердом, так и жидком состоянии обусловлена переносом электрических зарядов только электронами, поэтому твердые и жидкие металлы часто называютпроводниками с.Читайте также:
