Elektrik materialları, onların xassələri və tətbiqləri

2024 Müəllif: Howard Calhoun | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 10:18

Elektrik maşınlarının və qurğularının səmərəli və davamlı işləməsi bilavasitə elektrik materiallarının istifadə olunduğu izolyasiya vəziyyətindən asılıdır. Onlar elektromaqnit sahəsinə yerləşdirildikdə müəyyən xüsusiyyətlər toplusu ilə xarakterizə olunur və bu göstəricilər nəzərə alınmaqla cihazlarda quraşdırılır.

Elektrik materiallarının təsnifatı bizə əsas məhsullarla tamamlanan elektrik izolyasiya edən, yarımkeçirici, keçirici və maqnit materiallarının ayrı-ayrı qruplarına bölmək imkanı verir: kondansatörlər, naqillər, izolyatorlar və hazır yarımkeçirici elementlər.

Materiallar həm ayrı-ayrı maqnit, həm də müəyyən xüsusiyyətlərə malik elektrik sahələrində işləyir və eyni zamanda bir neçə şüalanmaya məruz qalır. Maqnit materialları şərti olaraq maqnit və zəif maqnitli maddələrə bölünür. Elektrik mühəndisliyində yüksək maqnitli materiallar ən çox istifadə olunur.

Elmmateriallar

Material kimyəvi tərkibi, molekul və atomların digər obyektlərdən fərqli xüsusiyyətləri və quruluşu ilə xarakterizə olunan maddədir. Maddə dörd vəziyyətdən birindədir: qaz, bərk, plazma və ya maye. Elektrik və konstruktiv materiallar quraşdırma zamanı müxtəlif funksiyaları yerinə yetirir.

Keçirici materiallar elektron axınının ötürülməsini həyata keçirir, dielektrik komponentlər izolyasiyanı təmin edir. Rezistiv elementlərin istifadəsi elektrik enerjisini istilik enerjisinə çevirir, struktur materiallar məhsulun formasını saxlayır, məsələn, kassa. Elektrik və konstruksiya materialları mütləq bir deyil, bir neçə əlaqəli funksiyanı yerinə yetirməlidir, məsələn, elektrik qurğusunun işində dielektrik yüklərə məruz qalır, bu da onu konstruktiv materiallara yaxınlaşdırır.

Elektrotexniki materialşünaslıq xassələrin təyini, elektrik, istilik, şaxta, maqnit sahəsi və s. təsirə məruz qaldıqda maddənin davranışının öyrənilməsi ilə məşğul olan elmdir. Elm elektrik enerjisi yaratmaq üçün lazım olan spesifik xüsusiyyətləri öyrənir. maşınlar, cihazlar və qurğular.

Keçiricilər

Bunlara əsas göstəricisi elektrik cərəyanının açıq-aşkar keçiriciliyi olan elektrik materialları daxildir. Bu, elektronların daim maddə kütləsində olması, nüvə ilə zəif bağlı olması və sərbəst yük daşıyıcıları olması səbəbindən baş verir. Onlar bir molekulun orbitindən digərinə keçərək cərəyan yaradırlar. Əsas keçirici materiallar mis, alüminiumdur.

Keçiricilərə elektrik müqaviməti ρ < 10^-5 olan elementlər daxildir, əla keçirici isə göstəricisi 10^{-8 olan materialdır. Ohmm. Bütün metallar cərəyanı yaxşı keçirir, cədvəlin 105 elementindən yalnız 25-i metal deyil və bu heterojen qrupdan 12 material elektrik cərəyanını keçirir və yarımkeçiricilər hesab olunur.}

Elektrik materiallarının fizikası onların qaz və maye halında keçirici kimi istifadəsinə imkan verir. Normal temperaturu olan maye metal olaraq yalnız civə istifadə olunur, bunun üçün bu təbii bir vəziyyətdir. Qalan metallar yalnız qızdırıldıqda maye keçirici kimi istifadə olunur. Konduktorlar üçün elektrolit kimi keçirici mayelər də istifadə olunur. Keçiricilərin elektrik keçiricilik dərəcəsinə görə fərqləndirilməsinə imkan verən mühüm xassələri istilik keçiriciliyinin xüsusiyyətləri və istilik əmələ gətirmə qabiliyyətidir.

Dielektrik materiallar

Keçiricilərdən fərqli olaraq dielektriklərin kütləsi az sayda sərbəst uzanmış elektronlardan ibarətdir. Maddənin əsas xüsusiyyəti onun elektrik sahəsinin təsiri altında polarite əldə etmək qabiliyyətidir. Bu hadisə elektrik cərəyanının təsiri altında bağlı yüklərin hərəkət edən qüvvələrə doğru hərəkət etməsi ilə izah olunur. Yer dəyişdirmə məsafəsi böyükdürsə, elektrik sahəsinin gücü də bir o qədər yüksəkdir.

İzolyasiya edən elektrik materialları ideala nə qədər yaxındırsa, bir o qədər azdırxüsusi keçiriciliyin göstəricisi və istilik enerjisinin yayılmasını və sərbəst buraxılmasını mühakimə etməyə imkan verən qütbləşmə dərəcəsi daha az ifadə edilir. Dielektrik keçiriciliyi sahə istiqamətində dəyişən az sayda sərbəst dipolun təsirinə əsaslanır. Qütbləşmədən sonra dielektrik fərqli qütblü maddə əmələ gətirir, yəni səthdə iki müxtəlif yük işarəsi əmələ gəlir.

Elementin aktiv və passiv xarakteristikalarından istifadə edildiyi üçün dielektriklərin istifadəsi elektrik mühəndisliyində ən geniş yayılmışdır.

İdarə edilə bilən xüsusiyyətlərə malik aktiv materiallara daxildir:

• piroelektriklər;
• elektrofosforlar;
• piezoelektrik;
• ferroelektrik;
• elektretlər;
• lazer emitentləri üçün materiallar.

Əsas elektrik materialları - passiv xassələrə malik dielektriklər izolyasiya materialları və adi tipli kondansatörlər kimi istifadə olunur. Onlar elektrik dövrəsinin iki hissəsini bir-birindən ayıra və elektrik yüklərinin axınının qarşısını ala bilirlər. Onların köməyi ilə cərəyan keçirən hissələr izolyasiya edilir ki, elektrik enerjisi yerə və ya korpusa getməsin.

Dielektrik ayrılması

Dielektriklər kimyəvi tərkibindən asılı olaraq üzvi və qeyri-üzvi materiallara bölünür. Qeyri-üzvi dielektriklərin tərkibində karbon yoxdur, üzvi formalarda isə əsas element kimi karbon var. keramika kimi qeyri-üzvi maddələr,slyuda, yüksək istilik dərəcəsi var.

Alma üsuluna görə elektrotexniki materiallar təbii və süni dielektriklərə bölünür. Sintetik materialların geniş yayılması istehsalın materiala istədiyiniz xassələri verməyə imkan verdiyinə əsaslanır.

Molekulların quruluşuna və molekulyar qəfəsə görə dielektriklər qütblü və qeyri-qütblüyə bölünür. Sonuncular da neytral adlanır. Fərq ondadır ki, elektrik cərəyanı onlara təsir etməyə başlamazdan əvvəl atom və molekulların ya elektrik yükü var, ya da yoxdur. Neytral qrupa flüoroplastik, polietilen, mika, kvars və s. daxildir. Qütb dielektrikləri müsbət və ya mənfi yüklü molekullardan ibarətdir, buna misal olaraq polivinilxlorid, bakelit daxildir.

Dielektriklərin xassələri

Çünki dielektriklər qaz, maye və bərk bölünür. Ən çox istifadə olunan bərk elektrik materialları. Onların xassələri və tətbiqləri göstəricilər və xüsusiyyətlərdən istifadə etməklə qiymətləndirilir:

• həcm müqaviməti;
• dielektrik sabiti;
• səthin müqaviməti;
• termal keçiricilik əmsalı;
• dielektrik itkiləri bucaq tangensi kimi ifadə edilir;
• elektrik təsiri altında materialın gücü.

Həcm müqaviməti materialın ondan keçən sabit cərəyana müqavimət göstərmək qabiliyyətindən asılıdır. Müqavimətin əksi həcm xüsusi adlanırkeçiricilik.

Səthin müqaviməti materialın səthindən keçən birbaşa cərəyana müqavimət göstərmək qabiliyyətidir. Səth keçiriciliyi əvvəlki dəyərin əksidir.

İstilik keçiricilik əmsalı maddənin temperaturu artdıqdan sonra müqavimətin dəyişmə dərəcəsini əks etdirir. Adətən, temperatur artdıqca müqavimət azalır, buna görə də əmsalın dəyəri mənfi olur.

Dielektrik sabitliyi materialın elektrik tutumu yaratmaq qabiliyyətinə uyğun olaraq elektrik materiallarının istifadəsini müəyyən edir. Dielektrikin nisbi keçiriciliyinin göstəricisi mütləq keçiricilik anlayışına daxildir. İzolyasiyanın tutumunun dəyişməsi əvvəlki istilik keçiriciliyi əmsalı ilə göstərilir ki, bu da eyni zamanda temperaturun dəyişməsi ilə tutumda artım və ya azalma göstərir.

Dielektrik itkisi tangensi alternativ elektrik cərəyanına məruz qalan dielektrik materiala nisbətən dövrədə güc itkisinin miqdarını əks etdirir.

Elektrik materialları gərginliyin təsiri altında maddənin məhv olma ehtimalını təyin edən elektrik gücü göstəricisi ilə xarakterizə olunur. Mexanik gücü müəyyən edərkən, sıxılma, gərginlik, əyilmə, burulma, zərbə və parçalanmada son gücün göstəricisini müəyyən etmək üçün bir sıra sınaqlar var.

Dielektriklərin fiziki və kimyəvi xassələri

Dielektriklər müəyyən sayda ehtiva edirsərbəst buraxılan turşular. 1 q maddənin tərkibindəki çirklərdən xilas olmaq üçün lazım olan kaustik kaliumun milliqramla miqdarına turşu sayı deyilir. Turşular üzvi materialları məhv edir, izolyasiya xüsusiyyətlərinə mənfi təsir göstərir.

Elektrik materiallarının xarakteristikası maddənin axıcılıq dərəcəsini göstərən özlülük və ya sürtünmə əmsalı ilə tamamlanır. Özlülük şərti və kinematik bölünür.

Su udma dərəcəsi verilmiş temperaturda suda bir gün qaldıqdan sonra sınaq ölçüsünün elementi tərəfindən udulmuş suyun kütləsindən asılı olaraq müəyyən edilir. Bu xüsusiyyət materialın məsaməliliyini göstərir, dəyərin artırılması izolyasiya xüsusiyyətlərini pisləşdirir.

Maqnit materialları

Maqnit xüsusiyyətlərini qiymətləndirmək üçün göstəricilər maqnit xarakteristikalar adlanır:

• maqnit mütləq keçiriciliyi;
• maqnit nisbi keçiricilik;
• termal maqnit keçiriciliyi;
• maksimum maqnit sahəsinin enerjisi.

Maqnit materialları bərk və yumşaq bölünür. Yumşaq elementlər, bədənin maqnitləşməsinin böyüklüyü hərəkət edən maqnit sahəsindən geri qaldıqda kiçik itkilərlə xarakterizə olunur. Onlar maqnit dalğaları üçün daha çox keçiricidirlər, kiçik bir məcburiyyət qüvvəsinə və artan induktiv doymaya malikdirlər. Onlar transformatorların, elektromaqnit maşın və mexanizmlərin, maqnit ekranlarının və aşağı enerji ilə maqnitləşmənin tələb olunduğu digər cihazların tikintisində istifadə olunur.buraxılışlar. Bunlara təmiz elektrolit dəmir, dəmir - armco, permalloy, elektrik polad təbəqələr, nikel-dəmir ərintiləri daxildir.

Bərk materiallar maqnitləşmə dərəcəsi xarici maqnit sahəsindən geri qaldıqda əhəmiyyətli itkilərlə xarakterizə olunur. Bir dəfə maqnit impulsları qəbul edərək, belə elektrik materialları və məhsulları maqnitləşir və yığılmış enerjini uzun müddət saxlayır. Onlar böyük məcburedici qüvvəyə və böyük qalıq induksiya qabiliyyətinə malikdirlər. Bu xüsusiyyətlərə malik elementlər stasionar maqnitlərin istehsalı üçün istifadə olunur. Elementlər dəmir əsaslı ərintilər, alüminium, nikel, kob alt, silisium komponentləri ilə təmsil olunur.

Maqnitodielektriklər

Bunlar 75-80% maqnit tozundan ibarət qarışıq materiallardır, qalan kütlə üzvi yüksək polimerli dielektriklə doldurulur. Ferritlər və maqnitodielektriklər yüksək həcm müqavimətinə, kiçik burulğan cərəyanı itkilərinə malikdir, bu da onları yüksək tezlikli texnologiyada istifadə etməyə imkan verir. Ferritlər müxtəlif tezlik sahələrində sabit performansa malikdir.

Ferromaqnitlərin istifadə sahəsi

Onlardan transformator rulonlarının özəklərini yaratmaq üçün ən effektiv istifadə olunur. Materialın istifadəsi cari oxunuşları dəyişdirmədən transformatorun maqnit sahəsini böyük dərəcədə artırmağa imkan verir. Ferritlərdən hazırlanmış bu cür əlavələr cihazın istismarı zamanı elektrik istehlakına qənaət etməyə imkan verir. Elektrik materialları və avadanlıqları söndürüldükdən sonra xarici maqnit təsirini saxlayırmaqnit göstəriciləri və sahəni qonşu məkanda saxlayır.

Elementar cərəyanlar maqnit söndürüldükdən sonra keçmir, beləliklə qulaqlıqlarda, telefonlarda, ölçü alətlərində, kompaslarda, səs yazıcılarında effektiv işləyən standart daimi maqnit yaradır. Elektrik cərəyanını keçirməyən daimi maqnitlər tətbiqdə çox populyardır. Onlar dəmir oksidlərini müxtəlif digər oksidlərlə birləşdirərək əldə edilir. Maqnit dəmir filizi ferritdir.

Yarımkeçirici materiallar

Bunlar keçiricilər və dielektriklər üçün bu göstəricinin diapazonunda olan keçiricilik dəyərinə malik elementlərdir. Bu materialların keçiriciliyi birbaşa kütlədə çirklərin təzahüründən, təsirin xarici istiqamətlərindən və daxili qüsurlardan asılıdır.

Yarımkeçiricilər qrupunun elektrik materiallarının xüsusiyyətləri struktur qəfəsdə, tərkibində, xassələrində bir-birindən elementlər arasında əhəmiyyətli fərq olduğunu göstərir. Göstərilən parametrlərdən asılı olaraq materiallar 4 növə bölünür:

1. Tərkibində eyni tip atomlar olan elementlər: silisium, fosfor, bor, selenium, indium, germanium, qallium və s.
2. Tərkibində metal oksidləri olan materiallar - mis, kadmium oksidi, sink oksidi və s.
3. Materiallar antimonid qrupuna birləşdirilib.
4. Üzvi materiallar - naftalin, antrasen və s.

Kristal qəfəsdən asılı olaraq yarımkeçiricilər polikristal materiallara və monokristal materiallara bölünürlər.elementləri. Elektrik materiallarının xarakteristikası onları qeyri-maqnit və zəif maqnitlərə bölməyə imkan verir. Maqnit komponentləri arasında yarımkeçiricilər, keçiricilər və keçirici olmayan elementlər fərqlənir. Dəyişən şərtlərdə bir çox material fərqli davrandığından aydın bir paylama etmək çətindir. Məsələn, bəzi yarımkeçiricilərin aşağı temperaturda işləməsini izolyatorların işi ilə müqayisə etmək olar. Eyni dielektriklər qızdırıldıqda yarımkeçiricilər kimi işləyir.

Kompozit materiallar

Funksiyasına görə deyil, tərkibinə görə bölünən materiallara kompozit materiallar deyilir, bunlar da elektrik materiallarıdır. Onların xüsusiyyətləri və tətbiqi istehsalda istifadə olunan materialların birləşməsinə bağlıdır. Nümunələr təbəqə şüşə lif komponentləri, fiberglas, elektrik keçirici və odadavamlı metalların qarışıqlarıdır. Ekvivalent qarışıqların istifadəsi materialın güclü tərəflərini müəyyən etməyə və onları təyinatı üzrə tətbiq etməyə imkan verir. Bəzən kompozitlərin birləşməsi fərqli xüsusiyyətlərə malik tamamilə yeni elementlə nəticələnir.

Film Materialları

Elektrik materialları kimi filmlər və lentlər elektrik mühəndisliyində geniş bir tətbiq sahəsi qazandı. Onların xassələri elastiklik, kifayət qədər mexaniki güc və əla izolyasiya xüsusiyyətləri ilə digər dielektriklərdən fərqlənir. Məhsulların qalınlığı materialdan asılı olaraq dəyişir:

• filmlər 6-255 mikron qalınlığında hazırlanır, lentlər 0,2-3,1 mm-də istehsal olunur;
• lent və plyonka şəklində polistirol məhsulları 20-110 mikron qalınlığında istehsal olunur;
• polietilen lentlər qalınlığı 35-200 mikron, eni 250 ilə 1500 mm arasında hazırlanır;
• flüoroplastik plyonkalar 5-40 mikron qalınlığında, 10-210 mm enində hazırlanır.

Plyonkadan elektrik materiallarının təsnifatı bizə iki növü ayırmağa imkan verir: yönümlü və qeyri-yönümlü filmlər. Ən çox birinci material istifadə olunur.

Elektrik izolyasiyası üçün laklar və emallar

Qatılaşma zamanı plyonka əmələ gətirən maddələrin məhlulları müasir elektrik materiallarıdır. Bu qrupa bitum, qurutma yağları, qatranlar, sellüloza efirləri və ya birləşmələri və bu komponentlərin birləşmələri daxildir. Viskoz bir komponentin izolyatora çevrilməsi tətbiq olunan həlledicinin kütləsindən buxarlandıqdan və sıx bir film meydana gəldikdən sonra baş verir. Tətbiq üsuluna görə, filmlər yapışqan, hopdurucu və örtüklüyə bölünür.

İstilik keçiricilik əmsalını və nəmə qarşı müqavimətini artırmaq məqsədi ilə elektrik qurğularının sarımları üçün hopdurucu laklar istifadə olunur. Kaplama lakları, sarımların, plastiklərin, izolyasiyanın səthi üçün nəmə, şaxtaya, yağa qarşı yuxarı qoruyucu örtük yaradır. Yapışqan komponentlər slyuda lövhələrini digər materiallara yapışdırmağa qadirdir.

Elektrik izolyasiyası üçün birləşmələr

Bu materiallar istifadə zamanı maye məhlul kimi təqdim olunur, ardınca bərkimə və sərtləşmə aparılır. Maddələr tərkibində həlledicilərin olmaması ilə xarakterizə olunur. Birləşmələr də "elektrotexniki materiallar" qrupuna aiddir. Onların növləri doldurma və emprenye edir. Birinci növ kabel qollarında boşluqları doldurmaq üçün, ikinci qrup isə mühərrik sarımlarını hopdurmaq üçün istifadə olunur.

Birləşmələr termoplastikdir, onlar artan temperaturdan sonra yumşalır və qurudulma formasını möhkəm saxlayaraq termosetlənir.

Lifli hopdurulmamış elektrik izolyasiya materialları

Belə materialların istehsalı üçün üzvi liflərdən və süni şəkildə yaradılmış komponentlərdən istifadə olunur. Təbii ipəkdən, kətandan, ağacdan təbii bitki lifləri üzvi mənşəli materiallara (lif, parça, karton) çevrilir. Belə izolyatorların rütubəti 6-10% arasında dəyişir.

Üzvi sintetik materiallar (kapron) yalnız 3-5% rütubətə malikdir, nəmlə eyni doyma və qeyri-üzvi liflər (şüşə lifi). Qeyri-üzvi materiallar əhəmiyyətli dərəcədə qızdırıldıqda alovlana bilməməsi ilə xarakterizə olunur. Materiallar emaye və ya laklarla emprenye edilirsə, o zaman yanma qabiliyyəti artır. Elektrik materiallarının tədarükü elektrik maşınları və cihazları istehsalı müəssisəsinə aparılır.

Letheroid

Nazik lif təbəqələrdə istehsal olunur və daşınmaq üçün rulon halına salınır. İzolyasiya contalarının, formalı dielektriklərin, yuyucuların istehsalı üçün material kimi istifadə olunur. Asbestlə hopdurulmuş kağız və asbest karton xrizolit asbestdən hazırlanır, onu liflərə ayırır. Asbest qələvi mühitlərə davamlıdır, lakin turşu mühitlərdə məhv olur.

Yekun olaraq qeyd etmək lazımdır ki, elektrik cihazlarının izolyasiyası üçün müasir materiallardan istifadə etməklə onların xidmət müddəti xeyli artmışdır. Qurğuların gövdələri üçün seçilmiş xüsusiyyətlərə malik materiallardan istifadə edilir ki, bu da təkmilləşdirilmiş performansa malik yeni funksional avadanlıq istehsal etməyə imkan verir.