Электроматериаловедение Классификация электротехнических материалов. - презентация

1 Электроматериаловедение Классификация электротехнических материалов

2 Общие сведения о строении вещества Основные элементарные частицы: нейтроны электроны протоны Строение атома: атомное ядро: нейтроны, протоны оболочка атома: на разных энергетических уровнях (орбитах) находятся электроны. Для перехода электрона с одного уровня на другой требуется энергия: тепло, свет, ультрафиолетовое и другие излучения, электрическое или магнитное поле.

3 Состояние атома(молекулы) нормальное (устойчивое): электроны находятся на орбитах, ближайших к ядру (потенциальная энергия атома минимальна); нормальное (устойчивое): электроны находятся на орбитах, ближайших к ядру (потенциальная энергия атома минимальна); возбужденное: переход одного или нескольких электронов на более удаленные от ядра орбиты. возбужденное: переход одного или нескольких электронов на более удаленные от ядра орбиты. ионизация атома(молекулы): образование двух независимых (свободных) частиц – электрона и положительно заряженного иона. ионизация атома(молекулы): образование двух независимых (свободных) частиц – электрона и положительно заряженного иона.

4 При получении молекулой извне энергии, достаточной для выхода электрона из молекулы, происходит распад молекулы (ионизация). При получении молекулой извне энергии, достаточной для выхода электрона из молекулы, происходит распад молекулы (ионизация). При столкновении электрона с положительно заряженным ионом образуется молекула (рекомбинация). При столкновении электрона с положительно заряженным ионом образуется молекула (рекомбинация).

5 Энергия возбуждения (Wв) – разница энергий электрона на удаленной и нормальной орбитах. Время пребывания атома (молекулы) в возбужденном состоянии составляет примерно с. Возвращение атома в нормальное состояние происходит самопроизвольно и сопровождается излучением кванта энергии – фотона. Энергия, которую необходимо сообщить атому (молекуле) для осуществления ионизации, называется энергией ионизации (Wи) Единицей измерения энергии возбуждения и ионизации является электрон – вольт (эВ).

6 Минимальные энергии возбуждения и ионизации некоторых газов Газ Минимальная энергия, эВ возбуждения (W в ) ионизации (W и ) N2N2NNO2O2N2N2NNO2O2N 6,1 6,37,915,514,512,5 O O 2 He9,17,619,813,612,724,6 Одновременно с ионизацией атомов и молекул газа происходит процесс взаимной нейтрализации заряженных частиц – рекомбинация.

7 Виды химических связей Ковалентная связь возникает при об обществ- линии электронов двумя соседними атомами. Молекулы, в которых центры одинаковых по вели- чине положительных и отрицательных зарядов совпадают, являются неполярными. Если центры противоположенных по знаку зарядов не совпадают и находятся на некотором расстоянии друг от друга, то молекулы называются полярными или диполями.

8 Ионная связь определяется силами притяжения между положительными и отрицательными ионами. Твердые вещества ионной структуры характеризуются повышенной механической прочностью, относительно высокой температурой плавления.

9 Металлическая связь приводит к образованию твердых кристаллических тел, в узлах решетки которых расположены положительно заряженные ионы, а в междоузлиях – большое число свободных электронов. Наличие свободных электронов обуславливает высокую электропроводность и теплопроводность металлов.

10 Молекулярная связь (связь Ван-дер-Ваальса) образуется между молекулами с ковалентными внутримолекулярными связями. Межмолекулярное притяжение обуславливается согласованным движением валентных электронов соседних молекул. В любой момент времени электроны максимально удалены друг от друга и максимально приближены к положительным зарядам.

11 Структура материалов Микроструктура – характер упорядоченности элементарных частиц: атомов, ионов, молекул. Микроструктура – характер упорядоченности элементарных частиц: атомов, ионов, молекул. Кристаллическая структура – упорядоченное расположение элементарных частиц. Кристаллическая структура – упорядоченное расположение элементарных частиц. Аморфная структура - хаотичное расположение элементарных частиц. Аморфная структура - хаотичное расположение элементарных частиц. Макроструктура – характер формирования отдельных областей в материалах, которые имеют специфические свойства: Макроструктура – характер формирования отдельных областей в материалах, которые имеют специфические свойства: - доменная структура; - доменная структура; - пористая структура; - пористая структура; - слоистая структура; - слоистая структура; - волокнистая структура. - волокнистая структура.

12 Классификация электротехнических материалов по электрическим свойствам По способности проводить электрический ток все материалы делятся на: проводники; полупроводники; диэлектрики.

13 Диэлектрики - это материалы, у которых запрещенная зона настолько велика, что электронной электропроводности в обычных условиях не наблюдается. Полупроводники - это материалы с узкой запрещенной зоной, которая может быть преодолена за счет внешних энергетических воздействий. Проводники – это материалы, у которых заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею. Наименование материала ρ, Ом/м Число порядков проводники ÷ полупроводники ÷ диэлектрики ÷

14 Классификация материалов по магнитным свойствам Слабомагнитные Сильномагнитные диамагнетики парамагнетики ферромагнетики ферриты 1 водород, кислород, железо, сплавы инертные газы, алюминий, никель, хрома и медь, платина, кобальт марганца цинк, щелочные и их сплавы серебро, металлы, золото. соли железа

15 Классификация диэлектриков По назначению: изоляционные материалы: изоляционные материалы: диэлектрики с ρ>10 12 Ом м при t=20 0 C; диэлектрики с ρ>10 12 Ом м при t=20 0 C; для заполнения конденсаторов: для заполнения конденсаторов: чем больше диэлектрическая проницаемость ( Ɛ ), тем больше емкость конденсатора (С) при тех же самых размерах; чем больше диэлектрическая проницаемость ( Ɛ ), тем больше емкость конденсатора (С) при тех же самых размерах; активные диэлектрики для изготовления: активные диэлектрики для изготовления: миниатюрных радио конденсаторов; миниатюрных радио конденсаторов; варикондов (переменная емкость, зависит от величины приложенного напряжения); варикондов (переменная емкость, зависит от величины приложенного напряжения); терморезисторов (позисторов), сопротивление которых зависит от температуры. Позисторы используются как датчики температуры. терморезисторов (позисторов), сопротивление которых зависит от температуры. Позисторы используются как датчики температуры.

16 по агрегатному состоянию: газы; газы; жидкие диэлектрики; жидкие диэлектрики; твердые диэлектрики; твердые диэлектрики; твердеющие (лаки, компаунды) твердеющие (лаки, компаунды) по химическому составу: неорганические; неорганические; органические органические по строению (структуре): молекулярной структуры(все газы, все жидкие диэлектрики, некоторые твердые диэлектрики); молекулярной структуры(все газы, все жидкие диэлектрики, некоторые твердые диэлектрики); неполярные: все газы, трансформаторное масло, полиэтилен, фторопласт-4 и другие; неполярные: все газы, трансформаторное масло, полиэтилен, фторопласт-4 и другие; полярные: хлорированные дифенилы, целлюлоза, поливинилхлорид и другие. полярные: хлорированные дифенилы, целлюлоза, поливинилхлорид и другие.

17 ионной структуры (твердые диэлектрики): ионной структуры (твердые диэлектрики): с плотной упаковкой ионов: кварц, слюда, корунд, рутил, каменная соль и другие; с плотной упаковкой ионов: кварц, слюда, корунд, рутил, каменная соль и другие; с неплотной упаковкой ионов: неорганические стекла, фарфор, микалекс и другие. с неплотной упаковкой ионов: неорганические стекла, фарфор, микалекс и другие. доменной структуры (сегнетоэлектрики): сегнетова соль, титанат бария и другие. доменной структуры (сегнетоэлектрики): сегнетова соль, титанат бария и другие.

18 Названия некоторых материалов по химическому составу фирменное или торговое хлорированный дифенил совал (Россия) делор(Чехия)аскарел(США) шестифтористая сера элегаз (электрический газ) политетрафторэтиленфторлон-4(Россия) тефлон(все остальные страны) полиметилметакрилат оргстекло

19 Сокращение названий синтетических изоляционных материалов: Сокращение названий синтетических изоляционных материалов: Эскапон (синтетический каучук Пономарева, созданный им в 1939 г.) Эскапон (синтетический каучук Пономарева, созданный им в 1939 г.) Лавсан (лаборатория высокомолекулярных соединений академии наук) Лавсан (лаборатория высокомолекулярных соединений академии наук)