Mga de-koryenteng materyales, ang kanilang mga katangian at mga aplikasyon

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ang mahusay at matibay na operasyon ng mga de-koryenteng makina at pag-install ay direktang nakasalalay sa estado ng pagkakabukod, kung saan ginagamit ang mga de-koryenteng materyales. Nailalarawan ang mga ito sa pamamagitan ng isang hanay ng ilang partikular na katangian kapag inilagay sa isang electromagnetic field, at naka-install sa mga device na isinasaalang-alang ang mga indicator na ito.

Ang pag-uuri ng mga de-koryenteng materyales ay nagbibigay-daan sa amin na hatiin sa magkakahiwalay na grupo ng mga electrical insulating, semiconductor, conductor at magnetic na materyales, na kinukumpleto ng mga pangunahing produkto: mga capacitor, wire, insulator, at tapos na elemento ng semiconductor.

Gumagana ang mga materyales sa magkahiwalay na magnetic o electric field na may ilang partikular na katangian, at nakalantad sa maraming radiation nang sabay-sabay. Ang mga magnetikong materyales ay may kondisyong nahahati sa mga magnet at mahina na mga magnetic substance. Sa electrical engineering, ang mga high magnetic na materyales ay pinaka-malawak na ginagamit.

Agham ngmateryales

Ang materyal ay isang substance na nailalarawan sa pamamagitan ng isang kemikal na komposisyon, mga katangian at istraktura ng mga molekula at atom na naiiba sa iba pang mga bagay. Ang bagay ay nasa isa sa apat na estado: gas, solid, plasma o likido. Ang mga elektrikal at istrukturang materyales ay gumaganap ng iba't ibang mga function sa pag-install.

Ang mga conductive na materyales ay nagsasagawa ng paghahatid ng daloy ng elektron, ang mga dielectric na bahagi ay nagbibigay ng pagkakabukod. Ang paggamit ng mga elemento ng resistive ay nagpapalit ng elektrikal na enerhiya sa thermal energy, ang mga materyales sa istruktura ay nagpapanatili ng hugis ng produkto, halimbawa, ang kaso. Ang mga de-koryente at istrukturang materyales ay kinakailangang gumaganap ng hindi isa, ngunit ilang kaugnay na pag-andar, halimbawa, ang dielectric sa pagpapatakbo ng isang electrical installation ay nakakaranas ng mga naglo-load, na naglalapit dito sa mga structural na materyales.

Ang agham ng mga electrotechnical na materyales ay isang agham na tumatalakay sa pagtukoy ng mga katangian, ang pag-aaral ng pag-uugali ng isang substance kapag nalantad sa kuryente, init, hamog na nagyelo, magnetic field, atbp. Pinag-aaralan ng agham ang mga partikular na katangiang kinakailangan para makalikha ng elektrikal machine, device at installation.

Conductor

Kabilang dito ang mga de-koryenteng materyales, ang pangunahing tagapagpahiwatig kung saan ay ang binibigkas na conductivity ng electric current. Nangyayari ito dahil ang mga electron ay patuloy na naroroon sa masa ng bagay, mahinang nakagapos sa nucleus at pagiging free charge carrier. Lumipat sila mula sa orbit ng isang molekula patungo sa isa pa at lumikha ng isang kasalukuyang. Ang mga pangunahing materyales sa konduktor ay tanso, aluminyo.

Kasama sa mga konduktor ang mga elementong may electrical resistivity ρ < 10^-5, habang ang isang mahusay na konduktor ay isang materyal na may indicator na 10^{-8Ohmm. Ang lahat ng mga metal ay mahusay na nagsasagawa ng kasalukuyang, sa 105 na mga elemento ng talahanayan ay 25 lamang ang hindi mga metal, at mula sa magkakaibang pangkat na ito 12 mga materyales ang nagsasagawa ng electric current at itinuturing na mga semiconductor.}

Ang pisika ng mga de-koryenteng materyales ay nagbibigay-daan sa kanilang paggamit bilang mga konduktor sa gas at likidong estado. Bilang isang likidong metal na may normal na temperatura, ginagamit lamang ang mercury, kung saan ito ay isang natural na estado. Ang natitirang mga metal ay ginagamit lamang bilang mga likidong konduktor kapag pinainit. Para sa mga konduktor, ginagamit din ang mga kondaktibong likido, tulad ng electrolyte. Ang mahahalagang katangian ng mga konduktor, na nagbibigay-daan sa kanila na makilala sa antas ng kondaktibiti ng kuryente, ay ang mga katangian ng thermal conductivity at ang kakayahan sa pagbuo ng thermal.

Dielectric na materyales

Hindi tulad ng mga konduktor, ang masa ng mga dielectric ay naglalaman ng maliit na bilang ng mga libreng pinahabang electron. Ang pangunahing pag-aari ng isang sangkap ay ang kakayahang makakuha ng polarity sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa ilalim ng pagkilos ng kuryente, ang mga nakatali na singil ay lumilipat patungo sa mga kumikilos na pwersa. Mas malaki ang displacement distance, mas mataas ang lakas ng electric field.

Insulating electrical materials ay mas malapit sa ideal, mas mababaisang tagapagpahiwatig ng tiyak na kondaktibiti, at hindi gaanong binibigkas ang antas ng polariseysyon, na ginagawang posible upang hatulan ang pagwawaldas at pagpapalabas ng thermal energy. Ang conductivity ng isang dielectric ay batay sa pagkilos ng isang maliit na bilang ng mga libreng dipoles na lumilipat sa direksyon ng field. Pagkatapos ng polarization, ang dielectric ay bumubuo ng isang substance na may iba't ibang polarity, ibig sabihin, dalawang magkaibang palatandaan ng mga singil ang nabuo sa ibabaw.

Ang paggamit ng dielectrics ay pinakamalawak sa electrical engineering, dahil ang aktibo at passive na katangian ng elemento ay ginagamit.

Ang mga aktibong materyales na may mga napapamahalaang katangian ay kinabibilangan ng:

• pyroelectrics;
• electrophosphors;
• piezoelectrics;
• ferroelectrics;
• electrets;
• materials para sa mga laser emitters.

Ang pangunahing mga de-koryenteng materyales - mga dielectric na may mga passive na katangian, ay ginagamit bilang mga insulating material at capacitor ng karaniwang uri. Nagagawa nilang paghiwalayin ang dalawang seksyon ng electrical circuit mula sa isa't isa at pigilan ang daloy ng mga singil sa kuryente. Sa tulong nila, ang mga kasalukuyang nagdadala ng mga bahagi ay insulated upang ang elektrikal na enerhiya ay hindi mapupunta sa lupa o sa case.

Dielectric separation

Ang mga dielectric ay nahahati sa mga organic at inorganic na materyales, depende sa komposisyon ng kemikal. Ang mga di-organikong dielectric ay hindi naglalaman ng carbon sa kanilang komposisyon, habang ang mga organikong anyo ay may carbon bilang pangunahing elemento. mga di-organikong sangkap tulad ng keramika,mika, may mataas na antas ng pag-init.

Ang mga electrotechnical na materyales ayon sa paraan ng pagkuha ay nahahati sa natural at artipisyal na dielectrics. Ang malawakang paggamit ng mga sintetikong materyales ay nakabatay sa katotohanan na ang pagmamanupaktura ay nagbibigay-daan sa iyong bigyan ang materyal ng mga gustong katangian.

Ayon sa istruktura ng mga molekula at molecular lattice, ang mga dielectric ay nahahati sa polar at non-polar. Ang huli ay tinatawag ding neutral. Ang pagkakaiba ay nakasalalay sa katotohanan na bago magsimulang kumilos ang electric current sa kanila, ang mga atom at molekula ay mayroon o walang electric charge. Kasama sa neutral na grupo ang fluoroplastic, polyethylene, mica, quartz, atbp. Ang polar dielectrics ay binubuo ng mga molekula na may positibo o negatibong singil, isang halimbawa ay polyvinyl chloride, bakelite.

Mga katangian ng dielectrics

Dahil ang mga dielectric ay nahahati sa gas, likido at solid. Ang pinakakaraniwang ginagamit na solidong mga de-koryenteng materyales. Ang kanilang mga katangian at aplikasyon ay sinusuri gamit ang mga indicator at katangian:

• volume resistivity;
• dielectric constant;
• surface resistivity;
• thermal permeability coefficient;
• dielectric losses na ipinahayag bilang tangent ng anggulo;
• lakas ng materyal sa ilalim ng pagkilos ng kuryente.

Ang resistivity ng volume ay nakasalalay sa kakayahan ng isang materyal na pigilan ang daloy ng patuloy na agos sa pamamagitan nito. Ang reciprocal ng resistivity ay tinatawag na volume specificconductivity.

Ang Surface resistivity ay ang kakayahan ng isang materyal na labanan ang direktang agos na dumadaloy sa ibabaw nito. Ang surface conductivity ay ang kapalit ng dating value.

Ang thermal permeability coefficient ay sumasalamin sa antas ng pagbabago sa resistivity pagkatapos tumaas ang temperatura ng isang substance. Kadalasan, habang tumataas ang temperatura, bumababa ang resistensya, samakatuwid, nagiging negatibo ang halaga ng coefficient.

Dielectric constant ay tumutukoy sa paggamit ng mga de-koryenteng materyales alinsunod sa kakayahan ng materyal na lumikha ng electrical capacitance. Ang tagapagpahiwatig ng kamag-anak na pagkamatagusin ng dielectric ay kasama sa konsepto ng ganap na pagkamatagusin. Ang pagbabago sa capacitance ng insulation ay ipinapakita ng nakaraang coefficient ng thermal permeability, na sabay na nagpapakita ng pagtaas o pagbaba ng capacitance na may pagbabago sa temperatura.

Ang dielectric loss tangent ay sumasalamin sa dami ng pagkawala ng kuryente sa isang circuit na may kaugnayan sa dielectric na materyal na sumasailalim sa isang electrical alternating current.

Ang mga de-koryenteng materyales ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tagapagpahiwatig ng lakas ng kuryente, na tumutukoy sa posibilidad ng pagkasira ng isang sangkap sa ilalim ng impluwensya ng stress. Kapag tinutukoy ang lakas ng makina, mayroong ilang mga pagsubok upang magtatag ng tagapagpahiwatig ng sukdulang lakas sa compression, tension, bending, torsion, impact at splitting.

Mga katangiang pisikal at kemikal ng dielectrics

Ang Dielectrics ay naglalaman ng isang tiyak na numeronaglabas ng mga acid. Ang dami ng caustic potassium sa milligrams na kinakailangan upang mapupuksa ang mga impurities sa 1 g ng isang substance ay tinatawag na acid number. Sinisira ng mga acid ang mga organikong materyales, may negatibong epekto sa mga katangian ng insulating.

Ang katangian ng mga de-koryenteng materyales ay dinadagdagan ng koepisyent ng lagkit o friction, na nagpapakita ng antas ng pagkalikido ng isang substance. Ang lagkit ay nahahati sa conditional at kinematic.

Ang antas ng pagsipsip ng tubig ay tinutukoy depende sa masa ng tubig na nasipsip ng elemento ng sukat ng pagsubok pagkatapos ng isang araw na nasa tubig sa isang partikular na temperatura. Ang katangiang ito ay nagpapahiwatig ng porosity ng materyal, ang pagtaas ng halaga ay nagpapababa sa mga katangian ng insulating.

Magnetic na materyales

Ang mga indicator para sa pagsusuri ng mga magnetic na katangian ay tinatawag na magnetic na katangian:

• magnetic absolute permeability;
• magnetic relative permeability;
• thermal magnetic permeability;
• enerhiya ng maximum na magnetic field.

Ang mga magnetic na materyales ay nahahati sa matigas at malambot. Ang mga malambot na elemento ay nailalarawan sa pamamagitan ng maliliit na pagkalugi kapag ang magnitude ng magnetization ng katawan ay nahuhuli sa likod ng kumikilos na magnetic field. Ang mga ito ay mas natatagusan sa mga magnetic wave, may maliit na puwersang pumipilit at nadagdagan ang inductive saturation. Ginagamit ang mga ito sa paggawa ng mga transformer, electromagnetic machine at mekanismo, magnetic screen at iba pang device kung saan kailangan ang magnetization na may mababang enerhiya.mga pagkukulang. Kabilang dito ang purong electrolyte iron, iron - armco, permalloy, electrical steel sheets, nickel-iron alloys.

Ang mga solid na materyales ay nailalarawan sa pamamagitan ng makabuluhang pagkalugi kapag ang antas ng magnetization ay nahuhuli sa isang panlabas na magnetic field. Ang pagkakaroon ng isang beses na nakatanggap ng mga magnetic impulses, ang naturang mga de-koryenteng materyales at produkto ay na-magnetize at nagpapanatili ng naipon na enerhiya sa loob ng mahabang panahon. Mayroon silang malaking puwersang pumipilit at malaking natitirang kapasidad ng induction. Ang mga elemento na may mga katangiang ito ay ginagamit para sa paggawa ng mga nakatigil na magnet. Ang mga elemento ay kinakatawan ng iron-based na mga haluang metal, aluminum, nickel, cob alt, mga bahagi ng silicon.

Magnetodielectrics

Ito ay mga pinaghalong materyales, na naglalaman ng 75-80% magnetic powder, ang natitirang bahagi ng masa ay puno ng isang organic na high-polymer dielectric. Ang mga ferrite at magnetodielectrics ay may mataas na halaga ng resistivity ng volume, maliit na pagkalugi ng eddy current, na nagpapahintulot sa kanila na magamit sa high-frequency na teknolohiya. Ang mga ferrite ay may matatag na pagganap sa iba't ibang field ng frequency.

Larangan ng paggamit ng mga ferromagnets

Ginagamit ang mga ito sa pinakamabisang paraan upang lumikha ng mga core ng transformer coils. Ang paggamit ng materyal ay nagbibigay-daan sa iyo upang lubos na mapataas ang magnetic field ng transpormer, habang hindi binabago ang kasalukuyang mga pagbabasa. Ang ganitong mga pagsingit na gawa sa ferrites ay nagbibigay-daan sa iyo upang makatipid ng pagkonsumo ng kuryente sa panahon ng pagpapatakbo ng aparato. Ang mga de-koryenteng materyales at kagamitan pagkatapos patayin ang panlabas na magnetic effect ay nananatilimagnetic indicator, at pinapanatili ang field sa katabing espasyo.

Ang mga elementarya ay hindi dumadaan pagkatapos na patayin ang magnet, kaya lumilikha ng isang karaniwang permanenteng magnet na epektibong gumagana sa mga headphone, telepono, mga instrumento sa pagsukat, compass, mga sound recorder. Ang mga permanenteng magnet na hindi nagsasagawa ng kuryente ay napakapopular sa aplikasyon. Nakukuha ang mga ito sa pamamagitan ng pagsasama ng mga iron oxide sa iba't ibang iba pang mga oxide. Ang magnetic iron ore ay isang ferrite.

Mga materyales sa semiconductor

Ito ang mga elementong may halaga ng conductivity na nasa hanay ng indicator na ito para sa mga conductor at dielectrics. Ang conductivity ng mga materyales na ito ay direktang nakasalalay sa pagpapakita ng mga impurities sa masa, panlabas na direksyon ng epekto at panloob na mga depekto.

Ang mga katangian ng mga de-koryenteng materyales ng semiconductor group ay nagpapahiwatig ng isang makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng mga elemento mula sa isa't isa sa structural lattice, komposisyon, mga katangian. Depende sa tinukoy na mga parameter, ang mga materyales ay nahahati sa 4 na uri:

1. Mga elementong naglalaman ng mga atomo ng parehong uri: silicon, phosphorus, boron, selenium, indium, germanium, gallium, atbp.
2. Mga materyales na naglalaman ng mga metal oxide - copper, cadmium oxide, zinc oxide, atbp.
3. Mga materyales na pinagsama sa pangkat ng antimonide.
4. Mga organikong materyales - naphthalene, anthracene, atbp.

Depende sa crystal lattice, ang mga semiconductors ay nahahati sa polycrystalline na materyales at monocrystallinemga elemento. Ang katangian ng mga de-koryenteng materyales ay nagpapahintulot sa kanila na hatiin sa di-magnetic at mahinang magnetic. Kabilang sa mga magnetic na bahagi, ang mga semiconductor, conductor at non-conductive na mga elemento ay nakikilala. Ang isang malinaw na pamamahagi ay mahirap gawin, dahil maraming mga materyales ang kumikilos nang iba sa ilalim ng pagbabago ng mga kondisyon. Halimbawa, ang pagpapatakbo ng ilang semiconductors sa mababang temperatura ay maihahambing sa pagpapatakbo ng mga insulator. Gumagana ang parehong mga dielectric tulad ng semiconductors kapag pinainit.

Composite materials

Ang mga materyales na hindi nahahati sa function, ngunit sa komposisyon, ay tinatawag na composite materials, ito ay mga electrical materials din. Ang kanilang mga katangian at aplikasyon ay dahil sa kumbinasyon ng mga materyales na ginamit sa paggawa. Ang mga halimbawa ay mga bahagi ng sheet glass fiber, fiberglass, mga pinaghalong electrically conductive at refractory na mga metal. Ang paggamit ng mga katumbas na mixtures ay nagpapahintulot sa iyo na makilala ang mga lakas ng materyal at ilapat ang mga ito para sa kanilang nilalayon na layunin. Minsan ang kumbinasyon ng mga composite ay nagreresulta sa isang ganap na bagong elemento na may iba't ibang katangian.

Mga Materyal ng Pelikula

Ang mga pelikula at tape bilang mga de-koryenteng materyales ay nanalo ng malaking bahagi ng aplikasyon sa electrical engineering. Ang kanilang mga katangian ay naiiba sa iba pang mga dielectric sa kakayahang umangkop, sapat na lakas ng makina at mahusay na mga katangian ng insulating. Ang kapal ng mga produkto ay nag-iiba depende sa materyal:

• mga pelikula ay ginawa na may kapal na 6-255 microns, ang mga tape ay ginawa sa 0.2-3.1 mm;
• Ang mga produktong polystyrene sa anyo ng mga tape at pelikula ay ginawa na may kapal na 20-110 microns;
• Ang polyethylene tapes ay ginawa na may kapal na 35-200 microns, isang lapad na 250 hanggang 1500 mm;
• ang mga fluoroplastic na pelikula ay ginawa na may kapal na 5 hanggang 40 microns, lapad na 10-210 mm.

Ang pag-uuri ng mga de-koryenteng materyales mula sa pelikula ay nagbibigay-daan sa amin na makilala ang dalawang uri: mga pelikulang nakatuon at hindi nakatuon. Ang unang materyal ay kadalasang ginagamit.

Mga barnis at enamel para sa electrical insulation

Ang mga solusyon ng mga sangkap na bumubuo ng isang pelikula sa panahon ng solidification ay mga modernong de-koryenteng materyales. Kasama sa grupong ito ang bitumen, drying oil, resins, cellulose ethers o compounds at mga kumbinasyon ng mga bahaging ito. Ang pagbabagong-anyo ng isang malapot na bahagi sa isang insulator ay nangyayari pagkatapos ng pagsingaw mula sa masa ng inilapat na solvent, at ang pagbuo ng isang siksik na pelikula. Ayon sa paraan ng aplikasyon, ang mga pelikula ay nahahati sa pandikit, pagpapabinhi at patong.

Impregnating varnishes ay ginagamit para sa windings ng mga electrical installation upang mapataas ang coefficient ng thermal conductivity at resistance sa moisture. Ang mga coating varnishes ay lumikha ng isang itaas na proteksiyon na patong laban sa kahalumigmigan, hamog na nagyelo, langis para sa ibabaw ng windings, plastik, pagkakabukod. Ang mga malagkit na bahagi ay may kakayahang magbuklod ng mga mica plate sa iba pang materyales.

Mga compound para sa electrical insulation

Ang mga materyales na ito ay ipinakita bilang isang likidong solusyon sa oras ng paggamit, na sinusundan ng solidification at hardening. Ang mga sangkap ay nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na hindi sila naglalaman ng mga solvent. Ang mga compound ay kabilang din sa pangkat na "electrotechnical materials". Ang kanilang mga uri ay pagpuno at impregnating. Ang unang uri ay ginagamit upang punan ang mga cavity sa cable sleeves, at ang pangalawang grupo ay ginagamit upang i-impregnate ang mga windings ng motor.

Ang mga compound ay ginawang thermoplastic, lumalambot ang mga ito pagkatapos tumaas ang temperatura, at thermoset, na matatag na pinapanatili ang hugis ng curing.

Fibrous non-impregnated electrical insulating materials

Para sa paggawa ng mga naturang materyales, ginagamit ang mga organikong hibla at artipisyal na nilikhang bahagi. Ang mga likas na hibla ng halaman ng natural na sutla, lino, kahoy ay binago sa mga materyales ng organikong pinagmulan (hibla, tela, karton). Ang halumigmig ng naturang mga insulator ay mula 6-10%.

Ang mga organikong synthetic na materyales (kapron) ay naglalaman lamang ng moisture mula 3 hanggang 5%, ang parehong saturation na may moisture at inorganic fibers (glass fiber). Ang mga inorganic na materyales ay nailalarawan sa pamamagitan ng kanilang kawalan ng kakayahang mag-apoy kapag pinainit nang malaki. Kung ang mga materyales ay pinapagbinhi ng mga enamel o barnisan, kung gayon ang pagtaas ng pagkasunog. Ang supply ng mga de-koryenteng materyales ay ginawa sa isang enterprise para sa paggawa ng mga de-koryenteng makina at device.

Letheroid

Ang manipis na hibla ay ginawa sa mga sheet at pinagsama sa isang roll para sa transportasyon. Ginagamit ito bilang isang materyal para sa paggawa ng mga gasket ng pagkakabukod, mga hugis na dielectric, mga washer. Ang papel na pinapagbinhi ng asbestos at karton ng asbestos ay gawa sa chrysolite asbestos, na hinahati ito sa mga hibla. Ang asbestos ay lumalaban sa alkaline na kapaligiran, ngunit sinisira sa acidic na kapaligiran.

Sa konklusyon, dapat tandaan na sa paggamit ng mga modernong materyales para sa pagkakabukod ng mga de-koryenteng kasangkapan, ang kanilang buhay ng serbisyo ay tumaas nang malaki. Ang mga materyales na may mga piling katangian ay ginagamit para sa mga katawan ng mga pag-install, na ginagawang posible na makagawa ng mga bagong functional na kagamitan na may pinahusay na pagganap.