Классификация электротехнических материалов по свойствам и областям применения. Роль ЭТМ в развитии энергетики

Сентябрь 16, 2022

Главная
Физика
Классификация электротехнических материалов по свойствам и областям применения. Роль ЭТМ в развитии энергетики

Содержание

2. Фоминых Антон Анатольевич Зав. кафедрой, к.т.н., доцент Кафедра электрических машин и аппаратов (8-302) Тел.: 49-29-49 aa_fominyh@vyatsu.ru
3. ЭТМ - это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники и энергетики, т.е. материалами, обладающими специф.
4. Цель дисциплины: Изучение основ строения материалов, физики явлений в проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалах; Получение
5. Литература по курсу ЭТМ: Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для вузов / С.Н.
6. Лекция №1 Введение. Предмет и содержание курса. Классификация ЭТМ по свойствам и областям применения. Роль ЭТМ
7. При конструировании изделий необходимо учитывать разноплановые характеристики материала: Механические характеристики (плотность и вес материала, прочность на
8. Электросистема самолета Boeing 787 Длина проводки примерно 70 миль (112 км)
9. Электросистема самолета Boeing 787
10. Материал - это объект обладающий определенным составом, структурой и свойствами, є для выполнения определенных функций. Функции
11. Диэлектрики - основные материалы для изоляции токоведущих частей электрооборудования. Они включают в себя такие типы электрической
13. Кремнийорганическая резина Стекло Фарфор
17. По статистике доля отказов турбогенераторов по причине неисправности узлов токосъема составляет 26% (1 место) Основная причина
18. Щеткодержатель для подачи твердой смазки Разработка регулируемого узла подачи твердой смазки в зону контакта, который позволит
20. Классификация ЭТМ в соответствии с зонной теорией электропроводности:
21. Классификация ЭТМ: Сильно магнитные Слабо магнитные (немагнитные) Проводниковые Полупроводниковые Диэлектрические
22. Основные электрические характеристики ЭТМ:
23. Классификация ЭТМ по магнитным свойствам:
25. Общие сведения о строении вещества Основные элементарные частицами являются: Протоны Нейтроны Электроны Из них состоит атомное
26. Атом кислорода Одноатомные газы: He, Ne, Ar Двухатомные газы: O2, N2, H2, Cl2 Трехатомные газы: СO2
27. Виды химических связей: Ковалентная связь – связь, объединяющая несколько атомов в молекулу, что достигается за счет
28. Ковалентная связь Неполярная Полярная Молекулы, в которых центры одинаковых по величине положительных и отрицательных зарядов совпадают
29. Полярная молекула характеризируется дипольным моментом
30. Ионная связь - прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой разностью электроотрицательностей, при которой общая
31. Пример ионной связи
32. Металлическая связь - Химическая связь, обусловленная наличием относи-тельно свободных электронов. Важнейшие свойства: высокая электро-высокая электро- и
33. Пример Me связи
34. Молекулярная связь - Такая связь существует в некоторых веществах между молекулами с ковалентными внутримолекулярными связями. Наблюдается
35. Поляризация диэлектриков
36. Поляризация – ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул. центры противоположных по знаку зарядов не
38. Под влиянием электрического поля связанные электрические заряды диэлектрика смещаются в направ-лении действующих на них сил и
39. Сегнетоэлектрик Линейные диэлектрики где Р- поляризованность; ; - электрическая постоянная - относительная диэлектрическая проницаемость
40. Электрическое поле внутри конденсатора
41. Основные виды поляризации диэлектриков Частицы диэлектрика, вызывающие поляризацию Упруго связанные частицы имеют одно положение равновесия, около
43. Электронная поляризация Время установления ничтожно мало (около 10-15 с). Диэлектрическая проницаемость вещества с чисто электронной поляризацией
44. Ионная поляризация наблюдается в кристаллических и аморфных телах ионного строения (кварц, слюда, асбест, стекло и т.п.)
45. Ионно-релаксационная поляризация имеет место в диэлектриках ионного строения (неорганические стекла и кристаллических с неплотной упаковкой ионов
46. Дипольно-релаксационная поляризация Наблюдается только в полярных диэлектриках (полихлоридфенил, канифоль). Заключается в том, что дипольные молекулы, находящиеся
47. Характер дипольно-релаксационной поляризации: Зависимость от частоты приложенного напряжения; Зависимость от температуры.
48. Электронно-релаксационная поляризация возникает вследствие возбуждения тепловой энергией избыточных (дефектных) электронов или дырок. Характерна для диэлектриков: с
49. Миграционная поляризация наблюдается в твердых диэлектриках с макроскопически неоднородной структурой (например, в слоистых материалах), а также
50. Спонтанная поляризация существует у сегнетоэлектриков. В таких веществах имеются отдельные области (домены), обладающие электрическим моментом в
51. Классификация диэлектриков по виду поляризации
55. Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков В твердых диэлектриках возможны все виды поляризации
56. Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков
58. Скачать презентацию

Слайд 2

Фоминых Антон Анатольевич
Зав. кафедрой, к.т.н., доцент
Кафедра электрических машин и аппаратов (8-302)
Тел.:

49-29-49
aa_fominyh@vyatsu.ru

Слайд 3

ЭТМ - это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники и

энергетики, т.е. материалами, обладающими специф. свойствами, необходимыми для:
конструирования;
производства;
эксплуатации ЭО.

Материаловедение - наука, занимающаяся изучением состава, структуры, свойств материалов, поведением материалов при различных воздействиях: тепловых, электрических, магнитных и т.д.

Слайд 4

Цель дисциплины:
Изучение основ строения материалов, физики явлений в проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических

и магнитных материалах;
Получение знаний о технологии производства важнейших ЭТМ и их применение.

Слайд 5

Литература по курсу ЭТМ:
Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник

для вузов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. – 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2007. - 535 с.
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. Высшая школа, 2003;
Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.Б. Электротехнические материалы. – Л.: Энергоатомиздат, 1985;

Слайд 6

Лекция №1
Введение. Предмет и содержание курса. Классификация ЭТМ по свойствам и

областям применения. Роль ЭТМ в развитии энергетики

Слайд 7

При конструировании изделий необходимо учитывать разноплановые характеристики материала:
Механические характеристики
(плотность и

вес материала, прочность на сжатие, разрыв или изгиб);

Теплофизические характеристики
(теплопроводность, теплоемкость, нагревостойкость, теплостойкость и горючесть)

Электрофизические характеристики
(диэлектрическая проницаемость, электропроводность, электрическая прочность, трекингостойкость)

Физико-химические характеристики
химическая стойкость, влагопроницаемость

Слайд 8

Электросистема самолета Boeing 787
Длина проводки примерно 70 миль (112 км)

Слайд 9

Электросистема самолета Boeing 787

Слайд 10

Материал - это объект обладающий определенным составом, структурой и свойствами, є

для выполнения определенных функций.

Функции материалов:
обеспечение протекания тока - проводн. мат.;
сохранение определенной формы при мех. нагрузках – конструкц. мат.;
обеспечение непротекания тока, изоляция - в диэлектрических мат.;
превращение электрической энергии в тепловую - в резистивных материалах.

Слайд 11

Диэлектрики - основные материалы для изоляции токоведущих частей электрооборудования. Они включают

в себя такие типы электрической изоляции, как:
Воздух в ЛЭП

Твердые диэлектрики в изоляторах воздушных линий

Масла в трансформаторах

Слайд 12

Слайд 13

Кремнийорганическая
резина
Стекло
Фарфор

Слайд 14

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

По статистике доля отказов турбогенераторов по причине неисправности узлов токосъема составляет

26% (1 место)
Основная причина - неравномерное распределение тока по параллельно работающим щеткам

Турбогенератор мощностью 320 МВт

Слайд 18

Щеткодержатель для подачи твердой смазки
Разработка регулируемого узла подачи твердой смазки

в зону контакта, который позволит повысить надежность, ресурс работы и долговечность турбогенераторов за счет устранения неравномерности распределения тока.

Вариант узла для турбогенератора ТВВ - 320

Комплектность для оборудования 1 турбогенератора – 56 шт.
Стоимость комплекта – 100 000 руб.
Себестоимость комплекта – 56 000 руб.

Слайд 19

Слайд 20

Классификация ЭТМ в соответствии с
зонной теорией электропроводности:

Слайд 21

Классификация ЭТМ:
Сильно магнитные
Слабо магнитные (немагнитные)
Проводниковые
Полупроводниковые
Диэлектрические

Слайд 22

Основные электрические характеристики ЭТМ:

Слайд 23

Классификация ЭТМ по магнитным свойствам:

Слайд 24

Слайд 25

Общие сведения о строении вещества
Основные элементарные частицами являются:
Протоны
Нейтроны
Электроны
Из них состоит атомное

ядро

Заполняют оболочку атома, компенсируя положительный заряд

Слайд 26

Атом кислорода
Одноатомные газы:
He, Ne, Ar
Двухатомные газы:
O2, N2, H2, Cl2
Трехатомные газы:
СO2
NH3
Четырехатомные газы:

Слайд 27

Виды химических связей:
Ковалентная связь – связь, объединяющая несколько атомов в молекулу,

что достигается за счет электронов, которые являются общими для атомов.

Образование связи

Ex.

Слайд 28

Ковалентная связь
Неполярная
Полярная
Молекулы, в которых центры одинаковых по величине положительных и

отрицательных зарядов совпадают

имеют простые веществаимеют простые вещества, например: О2, N2, Cl2.

центры противоположных по знаку зарядов не совпадают и находятся на некотором расстоянии друг от друга

Образуется между двумя различными неметаллами

Слайд 29

Полярная молекула характеризируется
дипольным моментом

Слайд 30

Ионная связь -
прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой

разностью электроотрицательностей, при которой общая электронная пара полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью.

Характеризуется:
повышенной механической прочностью;
относительно высокой температурой плавления.

Слайд 31

Пример ионной связи

Слайд 32

Металлическая связь -
Химическая связь, обусловленная наличием относи-тельно свободных электронов.
Важнейшие

свойства:
высокая электро-высокая электро- и теплопроводность.
сочетание прочности с плаcтичностью, так как при смещении атомов друг относительно друга не происходит разрыв связей.

Характерна как для чистых металловХарактерна как для чистых металлов, так и их сплавовХарактерна как для чистых металлов, так и их сплавов и интерметаллических соединений.

Слайд 33

Пример Me связи

Слайд 34

Молекулярная связь -
Такая связь существует в некоторых веществах между молекулами

с ковалентными внутримолекулярными связями. Наблюдается между молекулами некоторых веществ, например, у парафина, имеющих низкую температуру плавления, свидетельствующую о непрочности их кристаллической решетки.

Слайд 35

Поляризация диэлектриков

Слайд 36

Поляризация – ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул.
центры противоположных

по знаку зарядов не совпадают и находятся на некотором расстоянии друг от друга

Поляризация характеризуется:
значением диэлектрической проницаемости;
углом диэлектрических потерь.

если она сопровождается рассеянием энергии, т.е. нагревом

Слайд 37

Слайд 38

Под влиянием электрического поля связанные электрические заряды диэлектрика смещаются в направ-лении

действующих на них сил и тем больше, чем выше напря-женность поля

При снятии электрического поля заряды возвращаются в исходное состояние.

Слайд 39

Сегнетоэлектрик
Линейные диэлектрики
где Р- поляризованность;
;
- электрическая постоянная
- относительная диэлектрическая проницаемость

Слайд 40

Электрическое поле внутри конденсатора

Слайд 41

Основные виды поляризации диэлектриков
Частицы диэлектрика, вызывающие поляризацию
Упруго связанные частицы
имеют одно положение

равновесия, около которого они совершают тепловые колебания, и под действием приложенного поля они смещаются на небольшие расстояния: электроны смещаются в пределах атома (иона), атомы – в пределах молекулы, ионы – в пределах элементарной ячейки и т.д.

Слабо связанные частицы

имеют несколько положений равновесия, в которых они в отсутствии электрического поля могут находиться равновероятно. Переход слабосвязанных частиц из одного равновесного положения в другое осуществляется под действием флуктуаций теплового движения.

упругие (деформационные) виды поляризации

Релаксационные виды поляризации

Слайд 42

Слайд 43

Электронная поляризация
Время установления ничтожно мало (около 10-15 с).
Диэлектрическая проницаемость вещества

с чисто электронной поляризацией численно равна показателю преломления света n.
Смещение и деформация электронных орбит атомов и ионов не зависит от температуры, однако ЭП вещества уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и уменьшением числа частиц в единицу объема.

представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов относительно ядра и имеет место во всех диэлектриках.

Особенности электронной поляризации:

Слайд 44

Ионная поляризация
наблюдается в кристаллических и аморфных телах ионного строения (кварц, слюда,

асбест, стекло и т.п.)

Заключается в смещении упруго связанных ионов под действием приложенного поля на расстояния, меньшие постоянной решетки, т.е. в упругой деформации решетки.

Характер ионной поляризации:

В этом виде поляризации принимают участия также слабо связанные и свободные ионы.
С повышением температуры она усиливается в результате ослабления упругих сил, действующих между ионами, из-за увеличения расстояния между ними при тепловом расширении.
Время установления около 10-13 с.

Слайд 45

Ионно-релаксационная поляризация
имеет место в диэлектриках ионного строения (неорганические стекла и кристаллических

с неплотной упаковкой ионов ( электротехническая керамика, асбесте, мраморе и т.п.).
Этот вид поляризации заключается в некотором упорядочении, вносимом электрическим полем в хаотический тепловой переброс слабо связанных ионов.

Слабо связанными ионами являются собственные ионы диэлектрика, находящиеся в узлах решетки вблизи вакансии.

Слайд 46

Дипольно-релаксационная поляризация
Наблюдается только в полярных диэлектриках (полихлоридфенил, канифоль).
Заключается в том, что

дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении, частично ориентируются под действием поля, что и является причиной поляризации.

Слайд 47

Характер дипольно-релаксационной поляризации:
Зависимость от частоты приложенного напряжения;
Зависимость от температуры.

Слайд 48

Электронно-релаксационная поляризация
возникает вследствие возбуждения тепловой энергией избыточных (дефектных) электронов или дырок.

Характерна для диэлектриков:
с высоким показателем преломления;
большим внутренним полем и электронной электропро-водностью;
имеет высокое значение диэлектрической прони-цаемости.

Слайд 49

Миграционная поляризация
наблюдается в твердых диэлектриках с макроскопически неоднородной структурой (например, в

слоистых материалах), а также в диэлектриках, содержащих проводящие и полупроводящие включения (поры, заполненные влагой).

При внесении в электрическое поле диэлектрика, имеющего слоистое строение (гетинакс, текстолит), в результате разной электропроводности различных слоев, на границе их раздела и в приэлектродных объемах, начнут накапливаться заряды медленно движущихся ионов, и возникнет межслойная поляризация, которая и обуславливает миграционную поляризацию.

Особенности миграционной поляризации:

Протекает очень медленно;
Проявляется при постоянном напряжении и на низких частотах (до 0,5 кГц);
С увеличением частоты напряжения поляризуемость снижается;
Вызывает заметное увеличение ОДП материала и особенно ДП.

Слайд 50

Спонтанная поляризация
существует у сегнетоэлектриков. В таких веществах имеются отдельные области (домены),

обладающие электрическим моментом в отсутствии внешнего поля. Однако при этом ориентация электрических моментов в разных доменах различна. Наложение внешнего поля способствует преимущественно ориентации электрических моментов доменов в направлении поля, что дает эффект очень сильной поляризации. В отличие от других видов поляризации при некотором значении напряженности внешнего поля наступает насыщение, и дальнейшее усиление поля уже не вызывает возрастания интенсивности поляризации.

Слайд 51

Классификация диэлектриков по виду поляризации

Слайд 52

Слайд 53

Слайд 54

Слайд 55

Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков
В твердых диэлектриках возможны все виды поляризации

Слайд 56

Классификация электротехнических материалов по свойствам и областям применения. Роль ЭТМ в развитии энергетики

Содержание

Фоминых Антон АнатольевичЗав. кафедрой, к.т.н., доцентКафедра электрических машин и аппаратов (8-302)Тел.:

ЭТМ - это раздел материаловедения, который занимается материалами для электротехники и

Цель дисциплины:Изучение основ строения материалов, физики явлений в проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических

Литература по курсу ЭТМ:Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник

Лекция №1Введение. Предмет и содержание курса. Классификация ЭТМ по свойствам и

При конструировании изделий необходимо учитывать разноплановые характеристики материала: Механические характеристики(плотность и

Электросистема самолета Boeing 787 Длина проводки примерно 70 миль (112 км)

Электросистема самолета Boeing 787

Материал - это объект обладающий определенным составом, структурой и свойствами, є

Диэлектрики - основные материалы для изоляции токоведущих частей электрооборудования. Они включают

Кремнийорганическая резинаСтеклоФарфор

По статистике доля отказов турбогенераторов по причине неисправности узлов токосъема составляет

Щеткодержатель для подачи твердой смазки Разработка регулируемого узла подачи твердой смазки

Классификация ЭТМ в соответствии с зонной теорией электропроводности:

Классификация ЭТМ:Сильно магнитные Слабо магнитные (немагнитные)ПроводниковыеПолупроводниковыеДиэлектрические

Основные электрические характеристики ЭТМ:

Классификация ЭТМ по магнитным свойствам:

Общие сведения о строении веществаОсновные элементарные частицами являются:ПротоныНейтроныЭлектроныИз них состоит атомное

Атом кислородаОдноатомные газы:He, Ne, ArДвухатомные газы:O2, N2, H2, Cl2Трехатомные газы:СO2NH3Четырехатомные газы:

Виды химических связей:Ковалентная связь – связь, объединяющая несколько атомов в молекулу,

Ковалентная связь НеполярнаяПолярнаяМолекулы, в которых центры одинаковых по величине положительных и

Полярная молекула характеризируетсядипольным моментом

Ионная связь - прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой

Пример ионной связи

Металлическая связь - Химическая связь, обусловленная наличием относи-тельно свободных электронов. Важнейшие