Электроизоляционные, проводниковые, полупроводниковые материалы

Электротехнические материалы – применяются дляизготовления электрических машин, аппаратов и приборов, для сооружения электрических установок и монтажа электрических линий используют различные материалы. Электротехнические материалы подразделяются на проводники, полупроводники, электроизоляционные (диэлектрики) и магнитные.

Проводники делятся на две основные группы:

- материалы высокой проводимости - для выполнения обмоток, соединительных проводов, электрических линий и в случаях, где требуется малое сопротивление (самым низким удельным сопротивлением при 20°C обладает серебро ρ =1,6·10⁻⁸ Ом·м, его применяют для изготовления контактов реле и аппаратов);

- высокого сопротивления - для изготовления деталей электроизмерительных и электронагревательных приборов, резисторов, реостатов и др.  Наиболее распространены константан имеющий удельное электрическое сопротивление ρ =43,5·10⁻⁸ Ом·м и температуру плавления 1260°C, манганин ρ =48·10⁻⁸ Ом·м с температурой плавления 960°C, нихром ρ =11,2·10⁻⁷ Ом·м с температурой плавления 1390°C.

Наиболее широко применяемым проводниковым материалом является медь, которая обладает рядом ценных свойств: высокой электропроводностью, стойкостью к окислению, достаточно высокой механической прочностью. Кроме того, медь хорошо обрабатывается и паяется. Удельное электрическое сопротивление меди ρ =1,8·10⁻⁸ Ом·м. В качестве конструкционных материалов в электрических аппаратах применяют сплавы меди с оловом и другими металлами - бронзу, а также сплав меди с цинком - латунь.

Второй по важности проводниковый материал - алюминий, который в ряде случаев с успехом заменяет медь. Удельное электрическое сопротивление алюминия ρ =2,65·10⁻⁸ Ом·м. На воздухе алюминий покрывается тонкой пленкой окиси, которая препятствует дальнейшему окислению. Но эта пленка мешает пайке алюминия, поэтому для соединения алюминиевых проводов их сваривают или паяют особыми припоями.

Полупроводники при обычной температуре имеют некоторое количество свободных электронов, образовавшихся вследствие разрыва электронных связей. Электрические свойства полупроводников зависят от температуры, наличия и интенсивности электрического поля, количества примесей. У полупроводников различают два вида проводимости: электронную и дырочную. Электронная проводимость осуществляется свободными электронами, а дырочная - передвижением связей, лишённых электронов. Для изготовления полупроводниковых приборов наиболее широко используют германий и кремний, селен.

Диэлектрики предназначены для изоляции токоведущих частей электроустановок. Диэлектрики разделяют:

- по состоянию при обычной температуре на газообразные, жидкие и твердые;

- по происхождению - на органические, неорганические, естественные и искусственные;

- по области применения - для напряжений до 1000 В и выше, для низкой и высокой частоты.

При сильном увеличении напряжения, приложенного к изоляционному материалу, происходит его пробой,  материал утрачивает электроизоляционные свойства, что может привести к возникновению короткого замыкания между токоведущими частями электроустановки.

К числу газообразных диэлектриков относится воздух, который используют в электрических приборах, аппаратах и электроустановках. Электрическая прочность воздуха составляет 3-5 кВ/мм.

К жидким диэлектрикам относятся трансформаторное, кабельное и конденсаторное масла, которые применяют для заполнения соответствующих электротехнических конструкций: трансформаторов, кабелей, конденсаторов.

В электротехнических установках широко используют твердые диэлектрики - слюду, мрамор, шифер, стекло, фарфор; слоистые - гетинакс, текстолит, асбоцемент; волокнистые - дерево, бумагу, фибру, стекловолокно; твердеющие - шеллак, бакелит, смолы, а также лаки и высыхающие масла. Для изоляции проводов используют каучук, а для изготовления ряда электроизоляционных изделий - его производное - эбонит.

Контрольные вопросы

1. Назовите область применения электротехнических материалов.

2. Назовите классификацию электротехнических материалов.

3. Дайте определение проводников.

4. Какие материалы применяются в качестве проводников?

5. Дайте определение полупроводников.

6. Какие материалы применяются в качестве полупроводников?

7. Дайте определение диэлектриков.

8. Какие материалы применяются в качестве диэлектриков?

9. Назовите классификацию диэлектриковпо области применения.

10. Назовите классификацию диэлектриковпо состоянию.

11. Назовите газообразные диэлектрики и область их применения.

12. Назовите жидкие диэлектрики и область их применения.

13. Назовите твёрдые диэлектрики и область их применения.