Материаловедение 1 семестр Преподаватель Навалихина Екатерина Юрьевна

Материаловедение 1 семестр Преподаватель: Навалихина Екатерина Юрьевна

Содержание ► Поляризация диэлектриков ► Электропроводность диэлектриков ► Диэлектрические потери ► Пробой диэлектриков ► Свойства диэлектриков ► Магнитные материалы

Поляризация диэлектриков Поляризация- ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул. Диэлектрическая проницаемостьсопровождение поляризации диэлектрика рассеиванием энергии, вызывающим нагрев диэлектрика.

Поляризация диэлектриков Нагрев диэлектрика обусловлен свободными зарядами, содержащиеся в диэлектрике, которые под воздействием напряжения пропускают сквозной ток. Ток может проходить как по толщине, так и по поверхности диэлектрика. Этот ток характеризуется численно значениями удельной объемной и удельной поверхностной электропроводимостями.

Поляризация диэлектриков Пробой диэлектрика – полная потеря диэлектрических свойств диэлектрика при напряжениях выше предельных значений. Пробивное напряжение – значение напряжения при котором происходит пробой диэлектрика.

Поляризация диэлектриков Под влиянием электрического поля электрические заряды диэлектрика смещаются в направлении действующих на них сил и тем больше, чем выше напряженность поля. При снятии поля заряды возвращаются в прежнее состояние. В полярных диэлектриках электрическое поле вызывает еще и ориентацию диполей в направлении поля.

Виды поляризации диэлектриков 1. 2. Два основных вида: Мгновенная, без рассеивания энергии, т. е. без выделения теплоты Релаксационная, с рассеиванием энергии в диэлектрике. Совершается не мгновенно, а нарастает и убывает замедленно.

Виды поляризации диэлектриков 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Классификация поляризаций: Электронная Ионная Дипольно-релаксационная Дипольная Ионно-релаксационная Электронно-релаксационная Миграционная

Классификация диэлектриков по виду поляризации 1 группа: Диэлектрики, обладающие в основном электронной поляризацией. Неполярные и слабополярные твердые вещества (парафин, сера, полистирол). Неполярные и слабополярные жидкости и газы (бензол, водород)

Классификация диэлектриков по виду поляризации 2 группа: Диэлектрики, обладающие одновременно электронной и дипольнорелаксационной поляризациями. Полярные органические, полужидкие и твердые вещества (масляноканифольные компаунды, эпоксидные смолы, целлюлоза)

Классификация диэлектриков по виду поляризации 3 группа: Твердые неорганические диэлектрики с электронной, ионной и ионноэлектронно-релаксационной поляризациями ( кварц, слюда, каменная соль, неорганические стекла, фарфор, микалекс)

Классификация диэлектриков по виду поляризации 4 группа: Сегнетоэлектрики, обладающие спонтанной, электронной, ионной и электронно-ионно-релаксационной поляризациями ( сегнетова соль, титанат бария)

Диэлектрическая проницаемость газов Газы характеризуются малыми плотностями вследствие больших расстояний между молекулами. Поэтому диэлектрическая проницаемость газов незначительна и близка к 1. Основным видом поляризации для газов является электронная поляризация. Диэлектрическая проницаемость тем выше, чем больше радиус молекул.

Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков Жидкие диэлектрики могут быть построены из неполярных или из полярных (дипольных) молекул. Значения диэлектрической проницаемости невелики и обычно не превышают 2, 5. Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется электронной и дипольной поляризациями. Такие жидкости обладают тем большей диэлектрической проницаемостью, чем больше число молекул в единице объема.

Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков Значительное влияние на диэлектрическую проницаемость дипольной жидкости оказывает частота. Когда частота становится большой, то молекулы уже не успевают следовать за изменением поля и начинает уменьшаться диэлектрическая проницаемость.

Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков Зависит от структурных особенностей твердого диэлектрика. В твердых диэлектриках возможны все виды поляризации. Более подробно в учебнике. Рассмотрим сегнетоэлектрики. Диэлектрическая проницаемость велика и сильно зависит от напряженности поля от температуры.

Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков Особенностью у сегнетоэлектриков является наличие у них диэлектрического гистерезиса – отставание изменений электрического смещения от изменений напряженности электрического поля). Зависимость диэлектрической проницаемости от Т имеет резко выраженный максимум при Т=125 С.

Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков Эту точку, где температура имеет максимум, называют точкой Кюри. Выше этой точки сегнетоэлектрики теряют свои свойства, в частности, исчезает зависимость проницаемости от напряженности электрического поля. В сегнетоэлектриках наблюдается явление электрического старения, выражающееся в уменьшении диэлектрической проницаемости.

Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков Особенно резкое изменение проницаемости со временем наблюдается при температурах, близких к точке Кюри. Нагревание сегнетоэлектрика до температуры выше точки Кюри и последующее охлаждение возвращает диэлектрическую проницаемость к прежнему значению.

Электропроводность диэлектриков Поляризационные процессы связанных зарядов в веществе до момента установления равновесного состояния протекают во времени, создавая токи смещения. Токи смещения при электронной и ионной поляризациях кратковременны. При замедленной поляризации токи смещения называют абсорбционными.

Электропроводность диэлектриков Наличие в диэлектриках свободных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквозных токов. Iут=Icк+Iаб После завершения процессов поляризации через диэлектрик протекает только сквозной ток.

Электропроводность диэлектриков Для твердых электроизоляционных материалов необходимо различать объемную и поверхностную проводимость. Для сравнительной оценки этих понятий пользуются значениями удельного объемного сопротивления ρ и удельного поверхностного сопротивления ρs

Электропроводность диэлектриков Удельное объемное сопротивление равно объемному сопротивлению куба с ребром в 1 м, мысленно вырезанного из материала, умноженному на 1 м. Для плоского образца уд. объемное сопротивление рассчитывается как произведение объемного сопротивления образца на площадь, поделенное на толщину образца.

Электропроводность диэлектриков Удельное поверхностное сопротивление равно сопротивлению квадрата (любых размеров), если ток проходит через него, от одной стороны к противоположной. Полная проводимость твердого диэлектрика, соответствующая его сопротивлению изоляции, складывается из объемной и поверхностной проводимостей.

Электропроводность диэлектриков Электропроводность обуславливается состоянием вещества, а также зависит от влажности и температуры окружающей среды. При длительной работе под напряжением ток в диэлектрике с течением времени может уменьшаться или увеличиваться.

Электропроводность диэлектриков Уменьшение тока со временем говорит о том, что электропроводность была обусловлена ионами посторонних примесей и уменьшалась за счет электрической очистки образца. Увеличение тока со временем говорит об участии в нем зарядов и о протекающем в нем под напряжением необратимом процессе старения.

Электропроводность газов Газы обладают малой проводимостью и ток в газах может возникнуть при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает под действием внешних факторов и вследствие соударений заряженных частиц с молекулами.

Электропроводность газов Различают несамостоятельную и самостоятельную электропроводности газа. Несамостоятельная обусловлена действием внешних факторов. Самостоятельная обусловлена ударной ионизацией - образование новых ионов в газе за счет соударения заряженных частиц.

Электропроводность газов Рекомбинация – процесс образования новых нейтральных молекул за счет соединения положительных и нейтральных ионов, которые образовались при расщеплении молекул. Расщепление молекул происходит из-за воздействия внешних факторов на газ.

Электропроводность газов Наличие рекомбинации препятствует безграничному росту числа ионов в газе. При увеличение напряжения ток остается постоянным до тех пор, пока ионизация осуществляется под действием внешних факторов.

Электропроводность жидкостей тесно связана со строением молекул. В неполярных зависит от наличия диссоциированных примесей, в том числе от влаги. В полярных определяется не только примесями, но и диссоциацией молекул самой жидкости

Электропроводность жидкостей Ток в жидкости может быть обусловлен как передвижением ионов, так и и перемещением крупных заряженных частиц. Невозможность полного удаления способных к диссоциации примесей из диэлектрика затрудняет получение электроизоляционных жидкостей с малыми значениями удельной проводимости.

Электропроводность жидкостей Удельная проводимость сильно зависит от температуры. С увеличением температуры возрастает подвижность ионов в связи с уменьшением вязкости.

Электропроводность твердых тел Обусловлена передвижением как ионов самого диэлектрика, так и ионов случайных примесей. Электронная электропроводность наиболее заметна при сильных электрических полях. Ионная сопровождается переносом вещества.

Электропроводность твердых тел В процессе прохождения электрического тока через диэлектрик содержащиеся в нем ионы примеси могут частично удаляться. В диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена перемещением ионов. В диэлектриках с атомной или молекулярной решеткой электропроводность связана только наличием примесей.

Электропроводность твердых тел Механизм электропроводности определяется на основании данных об энергии активации носителя заряда. Электропроводность стекол связана с химическим составом. Это дает нам возможность получать заранее заданное значение удельной проводимости.

Поверхностная электропроводность твердых тел Обусловлена присутствием влаги или загрязнений на поверхности диэлектрика. Вода отличается высокой электропроводностью. Поэтому достаточно тончайшего слоя влаги на поверхности диэлектрика, чтобы была обнаружена заметная проводимость, определяемая толщиной этого слоя.

Диэлектрические потери Это мощность, рассеиваемая в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающую нагрев диэлектрика. Потери наблюдаются как при переменном напряжении, так и при постоянном, поскольку в материале обнаруживается сквозной ток, обусловленный проводимостью.

Диэлектрические потери Удельные потери – потери в диэлектрике, характеризующиеся рассеиваемой мощностью, отнесенной к единице объема. Угол диэлектрических потерь – угол, дополняющий до 90 градусов угол фазового сдвига φ между током и напряжением в емкостной цепи.

Диэлектрические потери Для идеального диэлектрика вектор тока будет опережать вектор напряжения на 90 градусов, при этом угол диэлектрических потерь будет =0. Чем больше рассеиваемая в диэлектрике мощность, переходящая в теплоту, тем меньше угол фазового сдвига φ.

Диэлектрические потери Недопустимо большие диэлектрические потери вызывают сильный нагрев диэлектрика и могут привести к его тепловому разрушению. Диэлектрические потери зависят от агрегатного состояния вещества. Могут обуславливаться сквозным током или активными составляющими токов смещения при рассмотрении явления поляризации.

Диэлектрические потери При отсутствии потерь, вызываемых явлением поляризации, заряд линейно зависит от напряжения.

Диэлектрические потери Площадь этого эллипса пропорциональна количеству энергии, которая поглощается диэлектриком за один период изменения напряжения. Для сегнетоэлектрика кривая зависимости заряда от напряжения имеет вид петли гистерезиса. Площадь этой петли пропорциональна потерям энергии за один период в единице V диэлектрика.

Диэлектрические потери D – электрическое смещение

Диэлектрические потери Помимо потерь от сквозной электропроводности и потерь от замедленной поляризации, возникают потери, которые обусловлены наличием изолированных друг от друга посторонних проводящих включений углерода, оксидов железа. При высоких U потери возникают вследствие ионизации газовых включений внутри диэлектрика, особенно интенсивно происходящей при высоких частотах.

Виды диэлектрических потерь 1. 2. 3. 4. потери, обусловленные поляризацией Потери, обусловленные сквозной электропроводностью Ионизационные потери Потери, обусловленные неоднородностью структуры

Виды диэлектрических потерь Потери, обусловленные поляризацией Наблюдаются в диэлектриках с релаксационной поляризацией, в диэлектриках дипольной структуры и ионной структурой. Релаксационные потери обусловлены нарушением теплового движения частиц под влиянием сил электрического поля.

Виды диэлектрических потерь Диэлектрические потери в сегнетоэлектриках связаны с явлением спонтанной поляризации. Поэтому потери максимальны при температурах ниже точки Кюри. При температурах выше точки Кюри потери уменьшаются. Резонансные потери также обусловлены поляризацией и наблюдаются в диэлектрике при высоких частотах. Часто наблюдаются в газах при строго определенной частоте.

Виды диэлектрических потерь Потери, обусловленные сквозной электропроводностью. Обнаруживаются в диэлектриках, имеющих заметную объемную или поверхностную проводимость. Эти потери не зависят от частоты поля и возрастают с температурой по экспоненциальному закону.

Виды диэлектрических потерь Ионизационные потери Свойственны диэлектрикам в газообразном состоянии. Эти потери проявляются в неоднородных электрических полях при напряженностях, превышающих значение, соответствующее началу ионизации данного газа.

Виды диэлектрических потерь Потери, обусловленные неоднородностью структуры. Наблюдаются в слоистых диэлектриках, из пропитанной бумаги и ткани, в пластмассах с наполнителем, в пористой керамике. Т. к. структуры разнообразны, то общей формулы расчета потерь не существует.

Диэлектрические потери в газах Потери при напряженностях поля, ниже тех, которые необходимы для развития ударной ионизации молекул газа, малы. В этом случае газ можно рассматривать как практически идеальный диэлектрик. Источником потерь газа в основном является электропроводность, т к ориентация дипольных молекул газов при их поляризации не сопровождается диэлектрическими потерями.

Диэлектрические потери в жидких диэлектриках В неполярных жидкостях потери обусловлены электропроводностью. В полярных жидкостях в зависимости от условий (температура, частота) потери связанны с дипольно-релаксационной поляризацией, помимо потерь, обусловленных электропроводностью. Также сильно проявляется зависимость потерь от вязкости. Чем больше вязкость тем меньше потери, так как исчезает дипольная поляризация. Если маленькая вязкость, то потери малы, так как нет трения молекул.

Диэлектрические потери в твердых диэлектриках Потери сильно зависят от структуры диэлектрика. ► Потери в диэлектриках молекулярной структуры ► Потери в диэлектриках ионной структуры ► Потери в сегнетоэлектриках ► Потери в диэлектриках неоднородной структуры

Диэлектрические потери в твердых диэлектриках Потери в диэлектриках молекулярной структуры Зависят от вида молекул. Диэлектрики с неполярными молекулами имеют малые потери. Полиэтилен, полистирол, церезин – применяются в качестве высокочастотных диэлектриков С полярными молекулами имеют большие потери из-за дипольно-релаксационной поляризации. Капрон, эбонит, метакрилат (органическое стекло), эфиры целлюлозы.

Диэлектрические потери в твердых диэлектриках Потери в диэлектриках ионной структуры Зависят от упаковки ионов в решетке. В веществах с кристаллической структуры с плотной упаковкой ионов потери малы. Каменная соль, корунд. С неплотной упаковкой ионов потери повышены из-за релаксационной поляризации. Муллит.

Диэлектрические потери в твердых диэлектриках Потери в сегнетоэлектриках Потери выше, чем у обычных диэлектриках. Диэлектрические потери мало изменяются с температурой в области самопроизвольной поляризации и резко падают при температуре выше точки Кюри, когда самопроизвольная поляризация исчезает.

Диэлектрические потери в твердых диэлектриках Потери в диэлектриках неоднородной структуры К этому типу относятся диэлектрики, имеющие не менее двух компонентов, механически смешанных друг с другом. Например, керамика. В составе различают кристаллическую фазу, стекловидную и газовую.

Диэлектрические потери в твердых диэлектриках Потери в керамике определяются видом кристаллической и стекловидной фаз и количественного соотношения между ними. Газовая фаза в керамике вызывает повышение диэлектрических потерь при высоких напряженностях поля вследствие развития ионизации.

Пробой диэлектриков Пробой диэлектрика – диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свойства электроизоляционного материала, если напряженность поля превысит некоторое критическое значение. Пробивное значение- значение U, при котором происходит пробой диэлектрика. Электрическая прочность – соответствующее значение напряженности поля, при котором происходит пробой диэлектрика.

Пробой диэлектриков Электрическая прочность определяется пробивным напряжением, отнесенным к толщине диэлектрика в месте пробоя. Пробой газа обуславливается явлением ударной и фотонной ионизации Пробой жидкости происходит в результате ионизационных и тепловых процессов. Пробой твердых тел вызывается электрическим и тепловыми процессами

Пробой диэлектриков Явление электрического пробоя связано с электронными процессами в диэлектрике, возникающими в сильном электрическом поле и приводящими к внезапному резкому местному возрастанию плотности электрического тока к моменту пробоя. Тепловой пробой является следствием уменьшения активного сопротивления диэлектрика под влиянием нагрева в электрическом поле, что приводит к росту активного тока и дальнейшему увеличению нагрева диэлектрика.

Пробой диэлектриков Следовательно, пробой газов – явление чисто электрическое и все результаты экспериментов по пробою газов относятся к максимальным значениям U. Поскольку в разрушении жидких и твердых диэлектриков существенную роль играют тепловые процессы, то приложении переменного U значения пробивного U относятся к действующим.

Пробой газов Внешней изоляцией в трансформаторах, конденсаторах, на ЛЭП – служит воздух. Электрическая прочность воздуха невелика по сравнению с Епр жидких и твердых диэлектриков. При наложение поля положительные, отрицательные ионы и электроны, находящиеся в беспорядочном тепловом движении, получают добавочную скорость и начинают перемещаться в направлении поля или в противоположном в зависимости от знака заряда.

Пробой газов При этом заряженная частица газа приобретает дополнительную энергию. Добавочная энергия заряженных частиц сообщается молекулам, с которыми они сталкиваются. Если эта энергия велика, то происходит возбуждение атомов и молекул и происходит переход электрона на более удаленную орбиту или даже ионизация молекул.

Пробой газов В некоторых случаях электрон, разогнанный полем, может не ионизировать молекулу, а привести ее в возбужденное состояние. В след. момент эта молекула отдает свою избыточную энергию в форме излучения – испускает фотон. Фотон поглощается какой-либо другой молекулой. Такая фотонная ионизация приводит к быстрому развитию в разрядном промежутке каналов с повышенной проводимостью.

Пробой газов Чем больше напряжение, приложенное к газовому промежутку, тем быстрее может развиваться пробой. Если длительность воздействия напряжения очень мала, то пробивное напряжение повышается. Это повышение характеризуется коэффициентом импульса.

Пробой газов Явление пробоя газа зависит от степени однородности электрического поля, в котором осуществляется пробой. Рассмотрим пробой газа в однородном поле. Такое получается между плоскими электродами с закругленными краями, а также между сферами при расстоянии между ними, соизмеримом с диаметром сферы.

Пробой газов В таком поле пробой наступает практически мгновенно при достижении определенного U. Между электродами происходит искра, которая затем переходит в дугу, если источник U имеет достаточную мощность. Появление искры при заданном расстоянии между электродами используют для определения значения приложенного напряжения.

Пробой газов При больших давлениях газа для того чтобы произошел пробой, должна быть увеличена напряженность поля, потому что расстояние между молекулами становится меньше, тем самым уменьшается длина свободного пробега электрона. Химический состав газа заметно влияет на электрическую прочность.

Пробой газов Пробой газа в неоднородном поле. Это поле возникает между двумя остриями, острием и плоскостью, между проводами ЛЭП, между сферическими поверхностями при расстоянии между ними, превышающим диаметр сферы. Особенностью пробоя газа в таком поле является возникновение ЧР в виде короны в местах, где Е поля достигает критических значений.

Пробой газов Разряд в воздухе у поверхности твердого диэлектрика, называемым поверхностным разрядом, возникает обычно при более низких U, чем в том случае, когда между электродами имеется только воздух.

Пробой жидких диэлектриков Жидкие диэлектрики обладают более высокой электрической плотностью, чем газы в нормальных условиях. Предельно чистые жидкости трудно получить. Постоянными примесями в жидкостях являются вода, газы и твердые частицы. Теорию электрического пробоя можно применить к жидкостям, максимально очищенных от примесей.

Пробой жидких диэлектриков Повышенная электрическая прочность жидкостей по сравнению с газами обусловлена значительно меньшей длиной свободного пробега электронов. Пробой жидкости, содержащей газовые включения, объясняют местным перегревом жидкости, который приводит к образованию газового канала между электродами.

Пробой жидких диэлектриков Вода, в виде капелек, находящихся в трансформаторном масле, значительно снижает Епр. Под влиянием электрического поля капельки воды поляризуются и создают между электродами цепочки с повышенной проводимостью, по которым и происходит пробой. При повышении Т растет Епр и-за перехода воды из состояния эмульсии в состояние молекулярного раствора.

Пробой жидких диэлектриков Дальнейшее снижение Епр объясняется процессом кипения жидкости. Увеличение электрической прочности при низких Т связано с увеличением вязкости масла и меньшими значениями диэлектрической проницаемости льда по сравнению с водой. Очистка жидких диэлектриков, в частности масел, от примесей заметно повышает электрическую прочность.

Пробой твердых диэлектриков Различают 4 вида пробоя: ► Электрический пробой макроскопически однородных диэлектриков ► Электрический пробой неоднородных диэлектриков ► Тепловой (электротепловой) пробой ► Электрохимический пробой

Пробой твердых диэлектриков Электрический пробой макроскопически однородных диэлектриков Характеризуется быстрым развитием и не обусловлен тепловой энергией. Электрический пробой является электронным процессом и имеет место, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь, а также отсутствие ионизации газовых включений.

Пробой твердых диэлектриков Для однородного поля и полной однородности структуры материала Е электрического поля при электрическом пробое может служить мерой электрической прочности вещества. Такие условия удается наблюдать для монокриссталов щелочно-галоидных соединений и некоторых органических полимеров.

Пробой твердых диэлектриков Электрический пробой неоднородных диэлектриков Характерен для диэлектриков, содержащих газовые включения. Быстро развивается. Пробивное U невысоко и мало отличается друг от друга как для однородного поля так и неоднородного. Для однородного поля электрическая прочность не зависит от толщины диэлектрика.

Пробой твердых диэлектриков Электрическая прочность практически не зависит от Т до некоторого ее значения. Выше этого значения наблюдается заметное снижение электрической прочности, что говорит о появлении механизма теплового пробоя. Низкой электрической прочностью отличаются диэлектрики с открытой пористостью (дерево, пористая керамика). Более высокой электрической плотностью обладают твердые диэлектрики с закрытыми порами (плотная керамика).

Пробой твердых диэлектриков Тепловой пробой Возникает в том случае, когда количество теплоты, выделяющейся в диэлектрике за счет диэлектрических потерь, превышает количество теплоты, которое может рассеиваться в данных условиях. При этом нарушается тепловое равновесие и процесс приобретает лавинообразный характер.

Пробой твердых диэлектриков Тепловой пробой сводится к разогреву материала до Т, соответствущей расплавлению и обугливанию. Пробивное U связано с частотой U, условия охлаждения, Т окружающей среды. Также зависит от нагревостойкости материала. Напряжение теплового пробоя будет выше, если условия теплоотвода лучше и диэлектрик толще, а меньше – при высоких частотах, большом коэффициенте диэлектрических потерь.

Пробой твердых диэлектриков Электрохимический пробой Имеет существенное значение при повышенных температурах и высокой влажности воздуха. Наблюдается при постоянном и переменном напряжениях низкой частоты, когда в материале развиваются процессы, обуславливающие необратимое уменьшение сопротивления изоляции.

Пробой твердых диэлектриков Электрохимический пробой Также этот пробой может иметь место при высоких частотах, если в закрытых порах материала происходит ионизация газа. Для развития этого пробоя требуется длительное время, поскольку он связан с явлением электропроводности.

Свойства диэлектриков 1. 2. 3. 4. 5. Влажностные свойства Механические свойства Тепловые свойства Химические свойства Воздействие излучений высокой энергии

Свойства диэлектриков 1. Влажностные свойства Электроизоляционные материалы гигроскопичны, т. е. обладают способностью впитывать в себя влагу из окружающей среды, и влагопроницаемы , т. е способны пропускать сквозь себя пары воды. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество водяного пара.

Свойства диэлектриков Абсолютную влажность воздуха оценивают массой водяного пара, содержащейся в единице объема воздуха. Каждой Т соответствует определенное значение абсолютной влажности при насыщении. Относительной влажностью воздуха называют отношение массой водяного пара к массе насыщения, выражаемое в процентах.

Свойства диэлектриков Вода является сильно полярным диэлектриком с низким удельным сопротивлением, поэтому попадание ее в поры твердого диэлектрика ведет к резкому снижению его электрических свойств. Особенно заметно воздействие влажности при повышенных Т и высоких значениях относительной влажности. Воздействие повышенной влажности воздуха отражается на поверхностном сопротивлении диэлектриков.

Свойства диэлектриков Поэтому для предохранения поверхности электроизоляционных деталей, выполненных из полярных диэлектриков, от действия влажности их покрывают лаком. При наличии в диэлектрике объемной открытой пористости или при неплотной структуре влага может попадать внутрь материала.

Свойства диэлектриков Для уменьшения гигроскопичности и влагопроницаемости пористых изоляционных материалов широко применяется их пропитка. Но пропитка лишь замедляет увлажнение материала. Это связано с тем, что молекулы пропиточных веществ не в состоянии создать полную непроницаемость пор материала для влаги.

Свойства диэлектриков Появление плесени на электроизоляционных материалах в тропических условиях уменьшает удельное поверхностное сопротивление, снижает механическую прочность изоляции и вызывает коррозию соприкасающихся с ней металлических частей. С целью улучшения плесенестойкости органической изоляции в ее состав вводятдобавки фунгицинов.

Свойства диэлектриков Фунгициды – вещества, ядовитые для плесневых грибков и задерживающих их развитие. К числу сильно действующих фунгицидов принадлежат некоторые органические соединения, содержащие азот, хлор, ртуть.

Свойства диэлектриков 2. Механические свойства Большое значение имеют механическая прочность материалов и способность их не деформироваться под действием механических напряжений. Прочность при растяжении, сжатии и изгибе. Для слоистых и волокнистых материалов значения механической прочности зависят от направления приложения нагрузки.

Свойства диэлектриков Прочность при растяжении, сжатии и изгибе для стекла и керамики предел прочности при сжатии значительно больше, чем при растяжении при изгибе. В то время как у металлов эти значения имеют один и тот же порядок. Также механическая прочность сильно зависит от площади поперечного сечения образцов и от Т, как правило, уменьшаясь с ее ростом.

Свойства диэлектриков Хрупкость – это способность разрушаться без заметной пластической деформации. Хрупкость зависит от структуры материала и условий испытаний. Многие материалы хрупки, т. е. обладая сравнительно высокой прочностью по отношению к статическим нагрузкам, в то же время легко разрушаются динамическими усилиями.

Свойства диэлектриков Вязкость – это свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Количественно вязкость характеризуется коэффициентом динамической вязкости. Вязкость сильно уменьшается с повышением температуры.

Свойства диэлектриков 3. Тепловые свойства Относятся нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность и тепловое расширение. Нагревостойкость Способность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств.

Свойства диэлектриков Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяют по началу существенного изменения электрических свойств, по росту тангенса диэлектрических потерь и по снижению удельного электрического сопротивления. У органических диэлектриках определяют по началу механических деформаций растяжения или изгиба.

Свойства диэлектриков Нагревостойкость Необратимое ухудшение качества изоляции лишь при длительном воздействии повышенной температуры вследствие медленно протекающих химических процессов называется тепловым старением изоляции. Помимо Т на старение может влиять давление воздуха или концентрация кислорода, присутствие озона и химических реагентов, которые ускоряют или замедляют старение.

Свойства диэлектриков Нагревостойкость Повышение рабочей Т важно для тяговых и крановых электродвигателей, самолетного электрооборудования, где необходимо уменьшить массу и габариты, но при этом можно увеличить мощность. В соответствии с рекомендациями МЭК разделяют электротехнические материалы по классам нагревостойкости, для которых фиксируются наибольшие допустимые температуры при использовании этих материалов длительное время в нормальных условиях.

Свойства диэлектриков Холодостойкость Способность изоляции выдерживать воздействие низких температур без недопустимого ухудшения его свойств. При низких Т электрические свойства улучшаются, однако гибкие и эластичные материалы в нормальных условиях, при низких Т становятся хрупкими и жесткими.

Свойства диэлектриков Теплопроводность Перенос теплоты от более нагретых частей к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. Значение теплопроводности объясняется тем, что теплота, выделяющаяся вследствие потерь мощности в окруженных электрической изоляцией проводниках, диэлектрических потерь в изоляции, переходит в окружающую среду через различные материалы.

Свойства диэлектриков Теплопроводность влияет на электрическую прочность при тепловом пробое и на стойкость материала к импульсивным тепловым воздействиям. Теплопроводность материалов характеризуется коэффициентом теплопроводности (Вт/м*К)

Свойства диэлектриков 4. Химические свойства При длительной работе диэлектрика должны не разрушаться с выделением побочных продуктов и не вызывать коррозии соприкасающихся с ними металлов, не взаимодействовать с различными веществами. Материалы в производстве могут обрабатываться различными химико-технологическими способами.

Свойства диэлектриков 5. Воздействие излучений высокой энергии Радиационная стойкость – степень стойкости материалов к воздействию излучений, сохранения ими своих электрических и механических свойств. Под воздействие облучения у полимеров возможен переход из одного структурного состояния в другое.

Магнитные материалы По магнитным свойствам материалы подразделяются на слабомагнитные (диамагнетики и парамагнетики) и сильномагнитные (ферромагнетики и ферримагнетики). Диамагнетики имеют магнитную проницаемость меньше 1 и она не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. (водород, медь, цинк, золото, ртуть, висмут, сурьма)

Магнитные материалы Парамагнетики имеют магнитную проницаемость больше 1 и тоже не зависят от напряженности внешнего магнитного поля. (кислород, оксид азота, соли железа, кобальта, никеля) У сильномагнитных материалов магнитная проницаемость много больше 1 и зависит от напряженности магнитного поля. (железо, никель, кобальт, ферриты, сплавы хрома и марганца)

Магнитные материалы В качестве магнитных материалов техническое значение имеют ферромагнитные вещества и ферримагнитные химические соединения. Магнитные свойства материалов обусловлены внутренними скрытыми формами движения электрических зарядов, представляющими собой круговые токи.

Магнитные материалы Характерным для ферромагнитного состояния вещества является наличие в нем самопроизвольной намагниченности без приложения внешнего магнитного поля. Процесс намагничивания под влиянием магнитного поля сводится: 1. к росту тех доменов, магнитные моменты которых составляют наименьший угол с направлением поля 2. к повороту магнитных моментов в направлении внешнего поля (процесс ориентации).

Магнитные материалы Магнитное насыщение достигается тогда, когда рост доменов прекратится и магнитные моменты всех спонтанно намагниченных участков окажутся ориентированными в направлении поля. Магнитострикция – изменение линейных размеров ферромагнитных монокристаллов при намагничивании. Ферромагнитные основные элементы – железо, никель, кобальт.

Магнитные материалы Магнитная проницаемость – отношение индукции В к напряженности магнитного поля Н в данной точке кривой намагничивания с учетом магнитной постоянной. Магнитная проницаемость стремится к нулю при Н=0 (при слабых полях) и стремится к 1 при сильных полях. Динамическая магнитная проницаемость – отношение наибольшего значения индукции к наибольшему значению напряженности магнитного поля.

Магнитные материалы Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов зависит от Т, переходя через максимум при Т, близкой к точке Кюри. Для железа т. Кюри = 768 С, для никеля 358 С, для кобальта 1131 С. При температурах выше точки Кюри области спонтанного намагничивания нарушаются тепловым движением и материал перестает быть магнитным.

Магнитные материалы Для характеристики изменения магнитной проницаемости при изменении температуры пользуются температурным коэффициентом магнитной проницаемости. ДАЛЕЕ ЭТОТ РАЗДЕЛ ОСТАЕТСЯ НА САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ.