Теория конструктивных материалов

Диэлектрические материалы являются основными видами электротехнических материалов с которыми придется встретиться на практике будущим инженерам-электрикам. Эти материалы служат в качестве изоляции токоведущих частей энергооборудования.

Основные типы материалов, применяемых в энергетике и электротехнике, композиционные материалы.

Роль материалов в современной технике, в частности в энергетике

Матричные структуры. Расчет электрических характеристик гетерогенных систем  достаточно точен в случае разбавленных суспензий

Характеристики композиционных материалов

Методические указания по курсу, литература 

Основное уравнение электропроводности

Твердые диэлектрики. Здесь носителями заряда могут быть электроны и дырки

Жидкости. Современные представления о проводимости диэлектрических жидкостей состоят в следующем. Здесь носителями заряда являются ионы, т.к. электроны легко прилипают к нейтральным молекулам жидкости и не могут существовать в свободном состоянии.

Для металлов зоны перекрываются и электроны могут свободно перемещаться по образцу. Ширина запрещенной зоны равна нулю.

Электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков

Особенностями использования  материалов в электроэнергетике является то, что они эксплуатируются в условиях воздействия электрических полей, и в несколько меньшей степени, в условиях воздействия магнитных полей. Основными процессами, происходящими под действием этих полей являются поляризация вещества, электропроводность, намагничивание вещества. В предыдущей лекции рассматривалась электропроводность.

Для устройств, содержащих в себе электрические поля важно понимать как изменяется напряженность электрического поля при использовании комбинации двух диэлектриков с разной диэлектрической проницаемостью.

Аналогично рассмотрению диэлектрической проницаемости, связывающей электрическую индукцию с напряженностью электрического поля, магнитная проницаемость связывает магнитную индукцию B с напряженностью магнитного поля H.

Плоско-параллельное поле. Здесь эквипотенциальные поверхности (поверхности уровня) представляют собой параллельные плоскости, а линии индукции, совпадающие с направлением вектора напряженности поля (которая во всех точках поля одинакова), - перпендикулярны этим плоскостям.

Если в межэлектродное пространство ввести диэлектрик, то что произойдет? Все зависит от того, подключен заряженный конденсатор к источнику или отключен. В подключенном конденсаторе напряжение между пластинами принудительно поддерживается, но заряд на каждой пластине увеличивается до нового значения Qm.

В неполярной молекуле под действием электрического поля происходит смещение электронных оболочек. Возникает индуцированный дипольный момент у молекулы, молекула поляризуется. 

Теплофизические характеристики материалов очень важны для практики. Действительно, материалы в различных энергетических устройствах и установках работают в различных температурных условиях.

Механические свойства материалов. Удлинение, деформация, модуль упругости.

Разрушающие напряжения при различных видах нагрузки Для материалов вводят несколько характерных температурных точек, указывающих работоспособность и поведение материалов при изменении температуры.

Теплоемкость - это способность накапливать тепловую энергию в материале при его нагревании

Практически все свойства материалов зависят от температуры. Обычно это учитывается введением т.н. температурного коэффициента.

Стали являются многокомпонентными системами на основе железа. В зависимости от добавок их свойства сильно меняются. Первой и основной добавкой к железу является  углерод.

Бетон представляет собой композицию, составленную из затвердевшей смеси цемента, заполнителя, воды

Разработка конкретных узлов и устройств ставит ряд общих и специфических задач для используемых материалов. Во первых, они должны выполнять те функции, которые заложены в исходные требования.

Наиболее распространенными из цветных металлов являются медь, алюминий, олово, титан, а также тугоплавкие металлы молибден и вольфрам.

Температурный коэффициент сопротивления, потери, нагрев проводников

Возвращаясь к температурному коэффициенту для проводниковых резистивных материалов следует упомянуть о существовании материалов с практически нулевым температурным коэффициентом сопротивления.

Материалы для проводов. Медь, алюминий

Проводники в месте контакта отличаются от проводников в объеме проводов несколькими обстоятельствами их функционирования.

Электропроводность полупроводников и слабопроводящих материалов

Вторым по значению резистивным материалом является графит.

Из металлических материалов для резисторов наибольшее распространение получили материалы на основе никеля, хрома и железа, т.н нихромы, и родственные им материалы на основе железа, хрома и алюминия, т.н. фехрали. В обозначении марки буква Х означает хром, буква Н-никель, буква Ю - алюминий.

Электропроводящие полимеры

Материал «ЭКОМ» для резисторов и обогревателей

Материалы с нелинейной проводимостью очень важны для энергетики. Дело в том, что с их помощью подавляются паразитные волны перенапряжений в линиях и на подстанциях

Диэлектрические вещества - это такие вещества, в которых возможно накопление, сохранение и распространение электрической энергии.

Как уже указывалось в лекции 2, способность любых материалов проводить электрический ток определяется наличием зарядов в нем и возможностью их движения.

Реальные электроизоляционные конструкции далеко не всегда состоят из однородных диэлектриков. Они могут содержать композицию из разных диэлектриков или просто иметь границу раздела.

Вернуться на Главную