Materialet elektrike, vetitë dhe aplikimet e tyre

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Funksionimi efikas dhe i qëndrueshëm i makinave dhe instalimeve elektrike varet drejtpërdrejt nga gjendja e izolimit, për të cilën përdoren materialet elektrike. Ato karakterizohen nga një grup karakteristikash të caktuara kur vendosen në një fushë elektromagnetike dhe instalohen në pajisje duke marrë parasysh këta tregues.

Klasifikimi i materialeve elektrike na lejon të ndajmë në grupe të veçanta të materialeve elektrike izoluese, gjysmëpërçuese, përcjellëse dhe magnetike, të cilat plotësohen nga produktet bazë: kondensatorët, telat, izolatorët dhe elementët gjysmëpërçues të përfunduar.

Materialet funksionojnë si në fusha të veçanta magnetike ashtu edhe elektrike me veti të caktuara, dhe janë të ekspozuar ndaj disa rrezatimeve në të njëjtën kohë. Materialet magnetike ndahen me kusht në magnet dhe substanca magnetike të dobëta. Në inxhinierinë elektrike, materialet shumë magnetike përdoren më gjerësisht.

Shkenca emateriale

Një material është një substancë e karakterizuar nga një përbërje kimike, veti dhe struktura e molekulave dhe atomeve të ndryshme nga objektet e tjera. Lënda është në një nga katër gjendjet: e gaztë, e ngurtë, plazma ose e lëngët. Materialet elektrike dhe strukturore kryejnë një sërë funksionesh në instalim.

Materialet përçuese kryejnë transmetimin e rrjedhës së elektroneve, përbërësit dielektrikë sigurojnë izolim. Përdorimi i elementeve rezistente konverton energjinë elektrike në energji termike, materialet strukturore ruajnë formën e produktit, për shembull, kasën. Materialet elektrike dhe strukturore kryejnë domosdoshmërisht jo një, por disa funksione të lidhura, për shembull, dielektriku në funksionimin e një instalimi elektrik përjeton ngarkesa, gjë që e afron atë me materialet strukturore.

Shkenca e materialeve elektroteknike është një shkencë që merret me përcaktimin e vetive, studimin e sjelljes së një substance kur ekspozohet ndaj elektricitetit, nxehtësisë, ngricës, fushës magnetike, etj. Shkenca studion karakteristikat specifike të nevojshme për të krijuar elektrike makineritë, pajisjet dhe instalimet.

Dirigjentë

Këtu përfshihen materialet elektrike, treguesi kryesor i të cilave është përçueshmëria e theksuar e rrymës elektrike. Kjo ndodh sepse elektronet janë vazhdimisht të pranishme në masën e materies, të lidhur dobët me bërthamën dhe duke qenë bartës të lirë të ngarkesës. Ata lëvizin nga orbita e një molekule në tjetrën dhe krijojnë një rrymë. Materialet kryesore përcjellëse janë bakri, alumini.

Përçuesit përfshijnë elementë që kanë rezistencë elektrike ρ < 10^-5, ndërsa një përcjellës i shkëlqyer është një material me një tregues prej 10^{-8Ohmm. Të gjithë metalet e përcjellin mirë rrymën, nga 105 elementë të tabelës vetëm 25 nuk janë metalë, dhe nga ky grup heterogjen 12 materiale përçojnë rrymë elektrike dhe konsiderohen gjysmëpërçues.}

Fizika e materialeve elektrike lejon përdorimin e tyre si përçues në gjendje të gaztë dhe të lëngët. Si një metal i lëngshëm me një temperaturë normale, përdoret vetëm merkur, për të cilin kjo është një gjendje natyrore. Metalet e mbetura përdoren si përçues të lëngshëm vetëm kur nxehen. Për përcjellësit, përdoren gjithashtu lëngje përçuese, të tilla si elektrolit. Vetitë e rëndësishme të përcjellësve, duke i lejuar ata të dallohen nga shkalla e përçueshmërisë elektrike, janë karakteristikat e përçueshmërisë termike dhe aftësia për gjenerim termik.

Materiale dielektrike

Ndryshe nga përcjellësit, masa e dielektrikëve përmban një numër të vogël elektronesh të lira të zgjatura. Vetia kryesore e një substance është aftësia e saj për të marrë polaritet nën ndikimin e një fushe elektrike. Ky fenomen shpjegohet me faktin se nën veprimin e elektricitetit ngarkesat e lidhura lëvizin drejt forcave vepruese. Distanca e zhvendosjes është më e madhe, aq më e lartë është forca e fushës elektrike.

Materialet elektrike izoluese sa më afër idealit, aq më paknjë tregues i përçueshmërisë specifike dhe sa më pak e theksuar shkalla e polarizimit, e cila bën të mundur gjykimin e shpërndarjes dhe çlirimit të energjisë termike. Përçueshmëria e një dielektrike bazohet në veprimin e një numri të vogël dipolesh të lira që zhvendosen në drejtim të fushës. Pas polarizimit, dielektriku formon një substancë me polaritet të ndryshëm, domethënë, në sipërfaqe formohen dy shenja të ndryshme ngarkesash.

Përdorimi i dielektrikëve është më i gjerë në inxhinierinë elektrike, pasi përdoren karakteristikat aktive dhe pasive të elementit.

Materialet aktive me veti të menaxhueshme përfshijnë:

• piroelektrikë;
• elektrofosfore;
• piezoelektrikë;
• ferroelektrikë;
• electrets;
• materiale për emetuesit lazer.

Materialet kryesore elektrike - dielektrikët me veti pasive, përdoren si materiale izoluese dhe kondensatorë të tipit të zakonshëm. Ata janë në gjendje të ndajnë dy seksione të qarkut elektrik nga njëri-tjetri dhe të parandalojnë rrjedhën e ngarkesave elektrike. Me ndihmën e tyre, pjesët që mbartin rrymë izolohen në mënyrë që energjia elektrike të mos hyjë në tokë ose në kasë.

Ndarja dielektrike

Dielektrikët ndahen në materiale organike dhe inorganike, në varësi të përbërjes kimike. Dielektrikët inorganikë nuk përmbajnë karbon në përbërjen e tyre, ndërsa format organike kanë si element kryesor karbonin. substancat inorganike si qeramika,mikë, kanë një shkallë të lartë ngrohjeje.

Materialet elektroteknike sipas mënyrës së përftimit ndahen në dielektrikë natyrore dhe artificiale. Përdorimi i gjerë i materialeve sintetike bazohet në faktin se prodhimi ju lejon t'i jepni materialit vetitë e dëshiruara.

Sipas strukturës së molekulave dhe rrjetës molekulare, dielektrikët ndahen në polare dhe jopolare. Këto të fundit quhen edhe neutrale. Dallimi qëndron në faktin se para se rryma elektrike të fillojë të veprojë mbi to, atomet dhe molekulat ose kanë ose nuk kanë një ngarkesë elektrike. Grupi neutral përfshin fluoroplastikë, polietileni, mikë, kuarc, etj. Dielektrikët polare përbëhen nga molekula me ngarkesë pozitive ose negative, si shembull është polivinilkloruri, bakeliti.

Vetitë e dielektrikëve

Pasi dielektrikët ndahen në të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë. Materialet e ngurta elektrike më të përdorura. Vetitë dhe aplikimet e tyre vlerësohen duke përdorur tregues dhe karakteristika:

• rezistenca e volumit;
• konstanta dielektrike;
• rezistenca sipërfaqësore;
• koeficienti i përshkueshmërisë termike;
• humbjet dielektrike të shprehura si tangjente e këndit;
• fortësia e materialit nën veprimin e elektricitetit.

Rezistenca e vëllimit varet nga aftësia e një materiali për t'i rezistuar rrjedhës së një rryme konstante nëpër të. Reciprociteti i rezistencës quhet vëllim specifikpërçueshmëri.

Rezistenca sipërfaqësore është aftësia e një materiali për t'i rezistuar rrymës direkte që rrjedh nëpër sipërfaqen e tij. Përçueshmëria sipërfaqësore është reciproke e vlerës së mëparshme.

Koeficienti i përshkueshmërisë termike pasqyron shkallën e ndryshimit të rezistencës pas rritjes së temperaturës së një substance. Zakonisht, me rritjen e temperaturës, rezistenca zvogëlohet, prandaj, vlera e koeficientit bëhet negative.

Konstanta dielektrike përcakton përdorimin e materialeve elektrike në përputhje me aftësinë e materialit për të krijuar kapacitet elektrik. Treguesi i përshkueshmërisë relative të dielektrikut përfshihet në konceptin e përshkueshmërisë absolute. Ndryshimi në kapacitetin e izolimit tregohet nga koeficienti i mëparshëm i përshkueshmërisë termike, i cili njëkohësisht tregon një rritje ose ulje të kapacitetit me ndryshimin e temperaturës.

Tangjenta e humbjes dielektrike pasqyron sasinë e humbjes së fuqisë në një qark në lidhje me materialin dielektrik që i nënshtrohet një rryme alternative elektrike.

Materialet elektrike karakterizohen nga një tregues i forcës elektrike, i cili përcakton mundësinë e shkatërrimit të një substance nën ndikimin e stresit. Kur identifikohet forca mekanike, ka një sërë testesh për të përcaktuar një tregues të forcës përfundimtare në shtypje, tension, përkulje, përdredhje, goditje dhe ndarje.

Vetitë fizike dhe kimike të dielektrikëve

Dielektrikët përmbajnë një numër të caktuaracidet e liruara. Sasia e kaliumit kaustik në miligramë që kërkohet për të hequr qafe papastërtitë në 1 g të një substance quhet numri acid. Acidet shkatërrojnë materialet organike, kanë një efekt negativ në vetitë izoluese.

Karakteristika e materialeve elektrike plotësohet nga një koeficient viskoziteti ose fërkimi, duke treguar shkallën e rrjedhshmërisë së një lënde. Viskoziteti ndahet në kushtor dhe kinematik.

Shkalla e përthithjes së ujit përcaktohet në varësi të masës së ujit të përthithur nga elementi i madhësisë së provës pas një dite qëndrimi në ujë në një temperaturë të caktuar. Kjo karakteristikë tregon porozitetin e materialit, rritja e vlerës degradon vetitë izoluese.

Materiale magnetike

Treguesit për vlerësimin e vetive magnetike quhen karakteristika magnetike:

• përshkueshmëri absolute magnetike;
• përshkueshmëri relative magnetike;
• përshkueshmëri magnetike termike;
• energjia e fushës magnetike maksimale.

Materialet magnetike ndahen në të forta dhe të buta. Elementet e buta karakterizohen nga humbje të vogla kur madhësia e magnetizimit të trupit mbetet prapa fushës magnetike që vepron. Ata janë më të depërtueshëm ndaj valëve magnetike, kanë një forcë të vogël shtrënguese dhe ngopje induktive të rritur. Përdoren në ndërtimin e transformatorëve, makinave dhe mekanizmave elektromagnetike, ekraneve magnetike dhe pajisjeve të tjera ku kërkohet magnetizimi me energji të ulët.lëshimet. Këto përfshijnë hekurin e pastër elektrolit, hekurin - armco, lidhjen e përhershme, fletët e çelikut elektrike, lidhjet nikel-hekur.

Materialet e ngurta karakterizohen nga humbje të konsiderueshme kur shkalla e magnetizimit mbetet prapa një fushe magnetike të jashtme. Duke marrë një herë impulse magnetike, materiale dhe produkte të tilla elektrike magnetizohen dhe ruajnë energjinë e akumuluar për një kohë të gjatë. Ata kanë një forcë të madhe shtrënguese dhe një kapacitet të madh induksioni të mbetur. Elementet me këto karakteristika përdoren për prodhimin e magnetëve të palëvizshëm. Elementet përfaqësohen nga lidhjet me bazë hekuri, alumini, nikeli, kob alti, përbërësit e silikonit.

Magnetodielektrikë

Këto janë materiale të përziera, që përmbajnë 75-80% pluhur magnetik, pjesa tjetër e masës është e mbushur me një dielektrik organik me polimer të lartë. Ferritet dhe magnetodielektrikët kanë vlera të larta të rezistencës së vëllimit, humbje të vogla të rrymës vorbull, gjë që u lejon atyre të përdoren në teknologjinë me frekuencë të lartë. Ferritet kanë performancë të qëndrueshme në fusha të ndryshme frekuencash.

Fusha e përdorimit të feromagneteve

Ato përdoren në mënyrë më efektive për të krijuar bërthamat e bobinave të transformatorit. Përdorimi i materialit ju lejon të rritni shumë fushën magnetike të transformatorit, duke mos ndryshuar leximet aktuale. Futje të tilla të bëra nga ferrite ju lejojnë të kurseni konsumin e energjisë elektrike gjatë funksionimit të pajisjes. Materialet dhe pajisjet elektrike pas fikjes ruajnë efektin e jashtëm magnetiktregues magnetik dhe ruan fushën në hapësirën ngjitur.

Rrymat elementare nuk kalojnë pasi magneti fiket, duke krijuar kështu një magnet standard të përhershëm që funksionon në mënyrë efektive në kufje, telefona, instrumente matëse, busull, regjistrues zëri. Magnetët e përhershëm që nuk përçojnë energji elektrike janë shumë të njohura në aplikim. Ato përftohen duke kombinuar oksidet e hekurit me okside të tjera të ndryshme. Xeherori magnetik i hekurit është një ferrit.

Materiale gjysmëpërçuese

Këta janë elementë që kanë një vlerë përçueshmërie që është në intervalin e këtij treguesi për përçuesit dhe dielektrikët. Përçueshmëria e këtyre materialeve varet drejtpërdrejt nga manifestimi i papastërtive në masë, drejtimet e jashtme të ndikimit dhe defektet e brendshme.

Karakteristikat e materialeve elektrike të grupit gjysmëpërçues tregojnë një ndryshim domethënës midis elementeve nga njëri-tjetri në rrjetën strukturore, përbërjen, vetitë. Në varësi të parametrave të specifikuar, materialet ndahen në 4 lloje:

1. Elemente që përmbajnë atome të të njëjtit lloj: silic, fosfor, bor, selen, indium, germanium, galium, etj.
2. Materiale që përmbajnë okside metali - bakër, oksid kadmiumi, oksid zinku, etj.
3. Materiale të kombinuara në grupin e antimonideve.
4. Materialet organike - naftalina, antraceni, etj.

Në varësi të rrjetës kristalore, gjysmëpërçuesit ndahen në materiale polikristaline dhe monokristalineelementet. Karakteristika e materialeve elektrike lejon që ato të ndahen në jomagnetike dhe dobët magnetike. Ndër përbërësit magnetikë dallohen gjysmëpërçuesit, përçuesit dhe elementët jopërçues. Është e vështirë të bëhet një shpërndarje e qartë, pasi shumë materiale sillen ndryshe në kushte të ndryshimit. Për shembull, funksionimi i disa gjysmëpërçuesve në temperatura të ulëta mund të krahasohet me funksionimin e izolatorëve. Të njëjtat dielektrikë funksionojnë si gjysmëpërçuesit kur nxehen.

Materiale të përbëra

Materialet që nuk ndahen sipas funksionit, por sipas përbërjes quhen materiale të përbëra, këto janë edhe materiale elektrike. Vetitë dhe aplikimi i tyre janë për shkak të kombinimit të materialeve të përdorura në prodhim. Shembuj janë përbërësit e fibrave të qelqit, tekstil me fije qelqi, përzierjet e metaleve elektrikisht përçues dhe zjarrdurues. Përdorimi i përzierjeve ekuivalente ju lejon të identifikoni pikat e forta të materialit dhe t'i zbatoni ato për qëllimin e tyre të synuar. Ndonjëherë një kombinim i përbërjeve rezulton në një element krejtësisht të ri me veti të ndryshme.

Materialet e filmit

Filmat dhe shiritat si materiale elektrike kanë fituar një zonë të madhe aplikimi në inxhinierinë elektrike. Karakteristikat e tyre ndryshojnë nga dielektrikët e tjerë në fleksibilitet, forcë të mjaftueshme mekanike dhe karakteristika të shkëlqyera izoluese. Trashësia e produkteve ndryshon në varësi të materialit:

• filmat bëhen me trashësi 6-255 mikron, shiritat prodhohen në 0,2-3,1 mm;
• produktet e polistirenit në formë shiritash dhe filmash prodhohen me trashësi 20-110 mikron;
• shiritat polietileni janë bërë me trashësi 35-200 mikron, gjerësi 250 deri në 1500 mm;
• Filmat fluoroplastikë bëhen me trashësi 5 deri në 40 mikron, gjerësi 10-210 mm.

Klasifikimi i materialeve elektrike nga filmi na lejon të dallojmë dy lloje: filma të orientuar dhe jo të orientuar. Materiali i parë përdoret më shpesh.

Llak dhe sm alt për izolim elektrik

Tretësirat e substancave që formojnë një shtresë gjatë ngurtësimit janë materiale moderne elektrike. Ky grup përfshin bitumin, vajrat tharëse, rrëshirat, eteret ose komponimet celuloze dhe kombinimet e këtyre përbërësve. Shndërrimi i një komponenti viskoz në një izolant ndodh pas avullimit nga masa e tretësit të aplikuar dhe formimit të një filmi të dendur. Sipas mënyrës së aplikimit, filmat ndahen në ngjitës, impregnues dhe mbulues.

Llaket impregnuese përdoren për mbështjelljet e instalimeve elektrike me qëllim rritjen e koeficientit të përçueshmërisë termike dhe rezistencës ndaj lagështirës. Verniqet e veshjes krijojnë një shtresë të sipërme mbrojtëse ndaj lagështirës, ngricave, vajit për sipërfaqen e mbështjelljes, plastikës, izolimit. Komponentët ngjitës janë në gjendje të lidhin pllaka mikë me materiale të tjera.

Përbërje për izolim elektrik

Këto materiale paraqiten si tretësirë të lëngshme në momentin e përdorimit, të ndjekura nga ngurtësimi dhe ngurtësimi. Substancat karakterizohen nga fakti se ato nuk përmbajnë tretës. Komponimet gjithashtu bëjnë pjesë në grupin "materiale elektroteknike". Llojet e tyre janë mbushëse dhe ngopëse. Lloji i parë përdoret për të mbushur zgavrat në mëngët e kabllove dhe grupi i dytë përdoret për të mbarsur mbështjelljet e motorit.

Përbërjet prodhohen termoplastikë, ato zbuten pas rritjes së temperaturave dhe termoset, duke ruajtur fort formën e kurimit.

Materiale izoluese elektrike jo të ngopura fibroze

Për prodhimin e materialeve të tilla përdoren fibra organike dhe përbërës të krijuar artificialisht. Fijet bimore natyrale prej mëndafshi natyral, liri, druri shndërrohen në materiale me origjinë organike (fibër, pëlhurë, karton). Lagështia e izolatorëve të tillë varion nga 6-10%.

Materialet organike sintetike (kapron) përmbajnë lagështi vetëm nga 3 deri në 5%, e njëjta ngopje me lagështirë dhe fibra inorganike (fibra qelqi). Materialet inorganike karakterizohen nga pamundësia e tyre për t'u ndezur kur nxehen ndjeshëm. Nëse materialet janë të ngopura me sm alt ose llaqe, atëherë djegshmëria rritet. Furnizimi me materiale elektrike i bëhet një ndërmarrje për prodhimin e makinerive dhe pajisjeve elektrike.

Letheroid

Fibra e hollë prodhohet në fletë dhe mbështillet në një rrotull për transport. Përdoret si material për prodhimin e guarnicioneve izoluese, dielektrikëve në formë, rondele. Letra e ngopur me azbest dhe kartoni i asbestit janë bërë nga azbesti krisolit, duke e ndarë atë në fibra. Asbesti është rezistent ndaj mjediseve alkaline, por shkatërrohet në mjedise acidike.

Si përfundim, duhet theksuar se me përdorimin e materialeve moderne për izolimin e aparateve elektrike, jeta e tyre e shërbimit është rritur ndjeshëm. Për trupat e instalimeve përdoren materiale me karakteristika të zgjedhura, gjë që bën të mundur prodhimin e pajisjeve të reja funksionale me performancë të përmirësuar.