Prezentacja na temat „Przewodniki i dielektryki”. Prezentacja „Przewodniki i dielektryki w polu elektrostatycznym” Prezentacja na lekcję fizyki (klasa 10) na temat Podstawowe definicje i klasyfikacja dielektryków

• Co to jest pole elektryczne?
• Wymień główne właściwości pola elektrostatycznego.
• Co wytwarza pole elektryczne?
• Jak nazywa się natężenie pola elektrycznego?
• Jakie pole elektryczne nazywa się jednorodnym?
• Jak można uzyskać jednolite pole elektryczne?
• Jak są skierowane linie sił jednolitego pola elektrycznego?
• Jak obliczyć natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez ładunek punktowy?

Przewodniki i dielektryki w polu elektrostatycznym

Zarys wykładu:

• 1. Przewodniki i dielektryki.
• 2. Przewodniki w polu elektrostatycznym.
• 3. Dielektryki w polu elektrostatycznym.

Dwa rodzaje dielektryków.

• 4. Stała dielektryczna.

Struktura metali

Ostatni elektron jest słabo przyciągany do jądra, ponieważ:

• daleko od jądra
• 10 elektronów odpycha jedenasty

ostatni elektron opuszcza jądro i staje się wolny

substancji według przewodnictwa

dyrygenci

• dyrygenci

dielektryki

Są to substancje, które nie przewodzą prądu elektrycznego

żadnych bezpłatnych opłat

są to substancje przewodzące prąd elektryczny

są bezpłatne opłaty

Struktura metali

Struktura metali

mi wewnętrzny

mi zewnętrzny= mi wewnętrzny

Przewodnik metalowy w polu elektrostatycznym

mi zewnętrzny= mi wewnętrzny

mi ogólnie =0

WNIOSEK:

Wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrycznego.

Cały ładunek statyczny przewodnika skupia się na jego powierzchni.

Struktura dielektryczna

struktura cząsteczki soli

Dipole elektryczne -

zbiór dwóch ładunków punktowych o jednakowej wielkości i przeciwnych znakach.

Struktura dielektryka polarnego

Dielektryk w polu elektrycznym

mi wewnętrzny mi zewnętrzny .

mi wew.

mi wewnętrzny

WNIOSEK:

DIELEKTRYK Osłabia ZEWNĘTRZNE POLE ELEKTRYCZNE

Galimurza S.A.

Stała dielektryczna ośrodka

Natężenie pola elektrycznego w próżni

Natężenie pola elektrycznego w dielektryku

Stała dielektryczna ośrodka

mi O

Do katalogu:

• Prawo Coulomba:
• Natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez ładunek punktowy:

Q 1 Q 2

R

2

Q

R

2

Czym są kuchenki mikrofalowe?

Kuchenki mikrofalowe do użytku domowego wykorzystują fale elektromagnetyczne o częstotliwości 2450 MHz - mikrofale.

W takich mikrofalach pole elektryczne 2 · 2 450 000 000 zmienia swój kierunek raz na sekundę.

Kuchenka mikrofalowa: częstotliwość mikrofal 2450 MHz

Jak mikrofale podgrzewają jedzenie?

Ogrzewanie produktów następuje w wyniku dwóch mechanizmów fizycznych:

1. ogrzewanie warstwy wierzchniej za pomocą mikrofal

2. późniejsze przenikanie ciepła w głąb produktu ze względu na przewodność cieplną.

urządzenie

moc,

częstotliwość,

kuchenka mikrofalowa

telefon komórkowy

Klasa GSM 4

telefon komórkowy

Na powierzchni kuli stożki wycinają małe kuliste obszary, które można uznać za płaskie. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2, lub Stożki są do siebie podobne, ponieważ kąty w wierzchołkach są równe. Z podobieństwa wynika, że ​​pola podstaw są powiązane jako kwadraty odległości od punktu A do miejsc i odpowiednio. Zatem,

Powierzchnie ekwipotencjalne Na rysunku przedstawiono przybliżony przebieg powierzchni ekwipotencjalnych dla określonego momentu pobudzenia serca. W polu elektrycznym powierzchnia ciała przewodzącego o dowolnym kształcie jest powierzchnią ekwipotencjalną. Linie przerywane oznaczają powierzchnie ekwipotencjalne, liczby obok nich oznaczają wartość potencjału w miliwoltach.

Stała dielektryczna substancji Substancja ε ε Gazy i para wodna Azot Wodór Powietrze Próżnia Para wodna (przy t=100 şС) Hel Tlen Dwutlenek węgla Ciecze Ciekły azot (przy t= –198,4 şС) Benzyna Woda Wodór ciekły (przy t= –252, 9°С) Ciekły hel (przy t= –269°C) Gliceryna 1,0058 1,006 1,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Ciekły tlen (przy t= –192,4°С) Olej transformatorowy Alkohol Eter Substancje stałe Diament Papier woskowany Suche drewno Lód (przy t= – – 10 şС) Parafina Guma Mika Szkło Tytan bar Porcelana Bursztyn 1,5 2,2 26 4,3 5,7 2,2 2,2–3,7 70 1,9–2,2 3,0–6,0 5,7–7,2 6,0–10,4–6,8 2,8

Literatura O. F. Kabardina „Fizyka. Materiały referencyjne”. O. F. Kabardina „Fizyka. Materiały referencyjne”. A. A. Pinsky „Fizyka. Podręcznik dla szkół i klas 10-tych z pogłębionym studium fizyki.” A. A. Pinsky „Fizyka. Podręcznik dla szkół i klas 10-tych z pogłębionym studium fizyki.” G. Ya Myakishev „Fizyka. Zajęcia z elektrodynamiki”. G. Ya Myakishev „Fizyka. Zajęcia z elektrodynamiki”. Magazyn „Kvant”. Magazyn „Kvant”.

Przewodniki i dielektryki

Pole elektryczne w materii. Każde środowisko osłabia siłę pola elektrycznego. O właściwościach elektrycznych ośrodka decyduje ruchliwość znajdujących się w nim cząstek naładowanych. Substancje, przewodniki, półprzewodniki, dielektryki. Substancje. Ładunki swobodne to naładowane cząstki tego samego znaku, które mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego. Związane ładunki różnią się od ładunków, które nie mogą poruszać się niezależnie od siebie pod wpływem pola elektrycznego. Przewodnicy. Przewodniki to substancje, w których swobodne ładunki mogą przemieszczać się w całej objętości. Przewodniki - metale, roztwory soli, kwasy, wilgotne powietrze, plazma, ciało ludzkie. - Explorer.ppt

Przewodniki w polu elektrycznym

Przewodniki w polu elektrycznym. W innych przewodnikach również nie ma pola elektrycznego. Rozważmy pole elektryczne wewnątrz metalowego przewodnika... Dielektryki. W dielektrykach niepolarnych środek ładunku dodatniego i ujemnego pokrywa się. W polu elektrycznym każdy dielektryk staje się polarny. Dipol. Polaryzacja dielektryków. - Przewodniki w polu elektrycznym.ppt

Przewodniki w polu elektrostatycznym

Przewodniki i dielektryki w polu elektrostatycznym. Przewodniki w polu elektrostatycznym Dielektryki w polu elektrostatycznym. - Metale; ciekłe roztwory i stopy elektrolitów; osocze. Przewodniki obejmują: Przewodniki w polu elektrostatycznym. Ewnesz. Pole wewnętrzne osłabi pole zewnętrzne. par. Wewnątrz przewodnika umieszczonego w polu elektrostatycznym nie ma pola. Właściwości elektrostatyczne jednorodnych przewodników metalowych. Dielektryki. Polarny. Niepolarny. Do dielektryków zalicza się powietrze, szkło, ebonit, mikę, porcelanę i suche drewno. Dielektryki w polu elektrostatycznym. - Przewodniki w polu elektrostatycznym.ppt

Przewodniki i dielektryki

Pole elektryczne. Przewodniki i dielektryki w polu elektrostatycznym. Przewodniki i dielektryki. Substancje według przewodności. Ostatni elektron. Struktura metali. Przewodnik metalowy. Przewodnik metalowy w polu elektrostatycznym. Struktura dielektryczna. Struktura dielektryka polarnego. Dielektryk w polu elektrycznym. Stała dielektryczna ośrodka. Prawo Coulomba. Kuchenka mikrofalowa. Kuchenka mikrofalowa. Jak mikrofale podgrzewają jedzenie. Moc. - Przewodniki i dielektryki.ppt

Przewodniki w polu elektrycznym, dielektryki w polu elektrycznym

Temat: „Przewodniki i dielektryki w polu elektrycznym”. Przewodnicy. Ładunek wewnątrz przewodnika. Zgodnie z zasadą superpozycji pola napięcie wewnątrz przewodnika wynosi zero. Kula przewodząca. Weźmy dowolny punkt A. Ładunki pól są równe. Indukcja elektrostatyczna. Powierzchnie ekwipotencjalne. Najbardziej znane ryby elektryczne to. Elektryczna płaszczka. Węgorz. Dielektryki. Dielektryki to materiały, które nie posiadają swobodnych ładunków elektrycznych. Istnieją trzy rodzaje dielektryków: polarne, niepolarne i ferroelektryki. - Przewodniki w polu elektrycznym, dielektryki w polu elektrycznym.ppt

Pole elektryczne w dielektrykach

Dielektryki w normalnych warunkach nie przewodzą prądu elektrycznego. Termin „dielektryki” wprowadził Faradaya. Dielektryk, jak każda substancja, składa się z atomów i cząsteczek. Cząsteczki dielektryka są elektrycznie obojętne. Polaryzacja. Natężenie pola w dielektryku. Pod wpływem pola dielektryk ulega polaryzacji. Powstałe pole wewnątrz dielektryka. Pole. Odchylenie elektryczne. Pole zewnętrzne tworzone jest przez układ swobodnych ładunków elektrycznych. Twierdzenie Gaussa dla pola w dielektryku. Twierdzenie Gaussa dotyczące pola elektrostatycznego w dielektryku. Właściwości ferroelektryków silnie zależą od temperatury. - Dielektryk.ppt

Polaryzacja dielektryków

Polaryzacja dielektryków. Względna stała dielektryczna. Wektor polaryzacji. Mechanizmy polaryzacji. Spontaniczna polaryzacja. Polaryzacja migracyjna. Rodzaje polaryzacji sprężystej. Jonowa polaryzacja elastyczna. Dipolowa polaryzacja elastyczna. Rodzaje polaryzacji termicznej. Dipolowa polaryzacja termiczna. Elektroniczna polaryzacja termiczna. Stała dielektryczna. Ferroelektryki. Piezoelektryki. Efekty piezoelektryczne obserwuje się tylko w kryształach, które nie mają środka symetrii. Piroelektryki. Materiały piroelektryczne wykazują spontaniczną polaryzację wzdłuż osi biegunowej. Fotopolaryzacja. -

Slajd 1

Przewodniki to substancje, w których znajduje się wiele swobodnych naładowanych cząstek. Na przykład w metalach są to elektrony powłoki zewnętrznej, które są bardzo słabo połączone z jądrami atomów i dlatego w rzeczywistości należą do przewodnika metalu jako całości. Jest to tak zwany gaz elektronowy. To właśnie dzięki obecności naładowanych cząstek, które mogą swobodnie poruszać się po całej objętości metalowego przewodnika, wewnątrz metali nie ma pola elektrycznego. W innych przewodnikach również nie ma pola elektrycznego. Rozważmy pole elektryczne wewnątrz metalowego przewodnika...

Slajd 2


Slajd 3


Ponieważ E0 = E1, wówczas E = E0-E1= 0 Wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrycznego

Slajd 4


Kiedy ładunki są w równowadze, wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrycznego, a ładunki znajdują się na jego powierzchni.

Slajd 5

Dielektryki

Są to substancje, które nie zawierają w sobie cząstek wolnych naładowanych. Konieczne jest rozróżnienie dielektryków polarnych, w których środek ładunku dodatniego i ujemnego nie pokrywa się. W dielektrykach niepolarnych środek ładunku dodatniego i ujemnego pokrywa się. W polu elektrycznym każdy dielektryk staje się polarny.

Slajd 6

Dipol

Jest to układ dwóch połączonych przeciwnych ładunków, w którym środek ładunku dodatniego i ujemnego nie pokrywa się. Na dipol umieszczony w polu elektrycznym działa moment obrotowy, który powoduje jego zorientowanie się wzdłuż pola. M=F٠L, gdzie L jest odległością pomiędzy środkami związanych ładunków.

w dyscyplinie „Elektrotechnika”

na temat: „Przewodniki, półprzewodniki i dielektryki”

Kurczatow 2008

Wstęp

Materiały przewodnika

Informacje ogólne

Dyrygowanie Brązami

Aluminium

Półprzewodniki. Urządzenia półprzewodnikowe

2.1. Informacje ogólne

2.2. Diody półprzewodnikowe

2.3. Tyrystory

Materiały elektroizolacyjne

3.1. Podstawowe definicje i klasyfikacja dielektryków

3.2. Charakterystyka materiałów elektroizolacyjnych

Wniosek

Bibliografia

Wstęp

W zależności od charakteru działania pola elektrycznego na ciała, można je podzielić na przewodniki, dielektryki i półprzewodniki. O właściwościach ciał i ich zachowaniu w polu elektrycznym decyduje budowa i rozmieszczenie atomów w ciałach. Atomy zawierają cząstki naładowane elektrycznie: dodatnie – protony, ujemne – elektrony. W stanie normalnym atom jest elektrycznie obojętny, ponieważ liczba protonów tworzących jądro atomu jest równa liczbie elektronów krążących wokół jądra i tworzących „powłoki elektronowe” atomu. Elektrony w zewnętrznej powłoce walencyjnej określają przewodność elektryczną substancji. Poziomy energii zewnętrznych elektronów walencyjnych tworzą pasmo walencyjne, czyli wypełnione. W tej strefie elektrony znajdują się w stabilnym stanie związanym. Aby uwolnić jakikolwiek elektron w tej strefie, konieczne jest wydatkowanie pewnej ilości energii. W konsekwencji elektrony w stanie wolnym zajmują wyższe poziomy energii. Strefa wyższych poziomów energii, znajdująca się powyżej pasma walencyjnego i oddzielona od niego pasmem wzbronionym, łączy niewypełnione lub wolne poziomy energii i nazywana jest pasmem przewodnictwa lub pasmem wzbudzenia. Aby przenieść elektron z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, konieczne jest dostarczenie mu energii z zewnątrz. Szerokość pasma wzbronionego, jaką musi pokonać elektron, aby przejść ze stanu stabilnego do stanu swobodnego (do pasma przewodnictwa), jest jednym z głównych kryteriów podziału ciał na przewodniki, półprzewodniki i dielektryki.

1. Materiały przewodzące

1.1. Informacje ogólne

Jako przewodniki prądu elektrycznego można stosować zarówno ciała stałe, jak i ciecze, a w odpowiednich warunkach także gazy. Materiały przewodzące w elektrotechnice obejmują metale, ich stopy, stykowe kompozycje metalowo-ceramiczne i węgiel elektryczny. Do najważniejszych materiałów przewodników stałych stosowanych praktycznie w elektrotechnice należą metale i ich stopy, charakteryzujące się przewodnością elektronową; głównym parametrem dla nich jest oporność elektryczna w funkcji temperatury.

Zakres rezystywności przewodników metalowych jest bardzo wąski i waha się od 0,016 μΩm dla srebra do 1,6 μΩm dla żaroodpornych stopów żelaza, chromu i aluminium. Opór elektryczny grafitu osiąga minimum wraz ze wzrostem temperatury, po czym następuje stopniowy wzrost.

W zależności od rodzaju zastosowania materiały przewodzące dzielą się na grupy:

przewodniki o wysokiej przewodności– metale na przewody linii elektroenergetycznych oraz do produkcji kabli, drutów nawojowych i instalacyjnych na uzwojenia transformatorów, maszyn elektrycznych, urządzeń itp.;

materiały budowlane– brąz, mosiądz, stopy aluminium itp., wykorzystywane do produkcji różnych części przewodzących prąd;

stopy o wysokiej wytrzymałości– przeznaczone do produkcji rezystancji dodatkowych do przyrządów pomiarowych, rezystancji wzorcowych i zasobników rezystancji, reostatów i elementów urządzeń grzejnych, a także stopów do termopar, przewodów kompensacyjnych itp.;

materiały kontaktowe– stosowane do par styków stałych, rozwiernych i ślizgowych;

materiały lutownicze wszelkiego rodzaju materiały przewodzące.

Mechanizm przepływu prądu w metalach wynika z ruchu (dryfu) wolnych elektronów pod wpływem pola elektrycznego; Dlatego metale nazywane są przewodnikami o przewodności elektronicznej lub przewodnikami pierwszego rodzaju.

Opór elektryczny przewodników

Opór elektryczny wynika z faktu, że swobodne elektrony podczas dryfowania oddziałują z dodatnimi jonami metalowej sieci krystalicznej. Wraz ze wzrostem temperatury zderzenia elektronów z jonami stają się coraz częstsze, dlatego rezystancja przewodników zależy od temperatury. Rezystancja przewodników zależy od materiału przewodnika, tj. strukturę jego sieci krystalicznej. Dla jednorodnego przewodu cylindrycznego o długości l i polu przekroju poprzecznego S rezystancję określa się ze wzoru

R= ρ ٠ l/ S(1.)

gdzie ρ=RS/l jest opornością przewodu (oporem jednorodnego przewodu cylindrycznego o jednostkowej długości i jednostkowym polu przekroju poprzecznego).

Jednostką oporu jest om.

1 om: Om to rezystancja przewodnika, przez który przy napięciu 1 V przepływa prąd o natężeniu 1 oma = 1 V/A.

Wartość σ=1/ρ, odwrotność rezystywności, nazywana jest przewodnością elektryczną przewodnika.

Jednostką przewodności elektrycznej jest siemens (Cm).

Siemens - przewodność elektryczna przewodnika o rezystancji 1 oma, tj. 1 cm = 1 om¹. Ze wzoru (1.1) wynika, że ​​jednostką rezystywności jest omomierz (Ohm ٠m).

Tabela 1.1 Rezystywność najpopularniejszych przewodników

Materiał ρ, 10־/> Ohm∙m Charakterystyka materiału

Srebro 1.6 Najlepszy dyrygent

Miedź 1,7 Najczęściej stosowana

Aluminium 2,9 Często używane

Żelazo 9,8 Rzadko używane




Oporność elektryczna przewodnika zależy nie tylko od rodzaju substancji, ale także od jej stanu. Zależność rezystywności ρ od temperatury wyraża się wzorem

ρ = ρ 0 (1+ αT), (1.2)

gdzie ρ0 – rezystywność w temperaturze 0°C; t – temperatura (skala Celsjusza); α jest temperaturowym współczynnikiem rezystancji, charakteryzującym względną zmianę rezystancji przewodnika po jego podgrzaniu o 1°C lub 1 K:

α = (ρ-ρ )/ρ T. (1.3)

Współczynniki temperaturowe oporu substancji są różne w różnych temperaturach. Jednak dla wielu metali zmiana α wraz z temperaturą nie jest zbyt duża. Dla wszystkich czystych metali α ≈ 1/273 K־¹ (lub °C־¹).

Podstawą projektowania termometrów rezystancyjnych jest zależność rezystancji metalu od temperatury. Stosowane są zarówno w bardzo wysokich, jak i bardzo niskich temperaturach, gdy nie jest możliwe zastosowanie termometrów cieczowych.

Z koncepcji przewodności przewodnika wynika, że ​​im niższy opór przewodnika, tym większa jego przewodność. Po podgrzaniu czystych metali ich opór wzrasta, a po ochłodzeniu ich opór maleje.

W 1911 roku holenderski fizyk Kamerlingh Onnes przeprowadził eksperymenty z rtęcią, którą można otrzymać w czystej postaci. Natrafił na nowe, zupełnie nieoczekiwane zjawisko. Rezystywność rtęci w temperaturze 4,2 K (około -269°C) spadła gwałtownie do tak niskiej wartości, że pomiar stał się praktycznie niemożliwy. Kamerlingh Onnes nazwał to zjawisko zanikania oporu elektrycznego mianem nadprzewodnictwa.

PODZIAŁ STRONY--

Obecnie nadprzewodnictwo odkryto w ponad 25 elementach metalowych, dużej liczbie stopów, niektórych półprzewodnikach i polimerach. Temperatura Tcr przejścia przewodnika w stan nadprzewodzący dla czystych metali waha się od 0,14 K dla irydu do 9,22 K dla niobu.

Ruch elektronów w metalu w stanie nadprzewodnictwa jest tak uporządkowany, że elektrony poruszające się wzdłuż przewodnika prawie nie ulegają zderzeniom z atomami i jonami sieci. Pełnego wyjaśnienia zjawiska nadprzewodnictwa można udzielić z punktu widzenia mechaniki kwantowej.

Oprócz właściwości czysto elektrycznych, aby przeprowadzić niezbędną obróbkę technologiczną i zapewnić określoną żywotność podczas pracy, materiały przewodzące muszą mieć wystarczającą odporność cieplną, wytrzymałość mechaniczną i plastyczność.

1.2. Miedź

Czysta miedź zajmuje drugie miejsce pod względem przewodności elektrycznej po srebrze, które ma najwyższą przewodność ze wszystkich znanych przewodników. Wysoka przewodność i odporność na korozję atmosferyczną w połączeniu z dużą ciągliwością sprawiają, że miedź jest głównym materiałem na druty.

Na powietrzu druty miedziane utleniają się powoli, pokrywając się cienką warstwą tlenku CuO, co zapobiega dalszemu utlenianiu miedzi. Korozja miedzi jest powodowana przez dwutlenek siarki SO2, siarkowodór H2S, amoniak NH3, tlenek azotu NO, pary kwasu azotowego i niektóre inne odczynniki.

Miedź przewodzącą otrzymywana jest z wlewków poprzez oczyszczanie galwaniczne w kąpielach elektrolitycznych. Zanieczyszczenia, nawet w nieznacznych ilościach, gwałtownie zmniejszają przewodność elektryczną miedzi, czyniąc ją nieodpowiednią do przewodników prądowych, dlatego jako miedź elektryczną stosuje się tylko dwa gatunki miedzi, MO i M1.

Prawie wszystkie przewodzące wyroby z miedzi powstają w procesie walcowania, prasowania i ciągnienia. Dzięki temu metodą ciągnienia można wytwarzać druty o średnicy do 0,005 mm, taśmy o grubości do 0,1 mm i folię miedzianą o grubości do 0,008 mm.

Miedź przewodząca stosowana jest zarówno w postaci wyżarzonej po obróbce na zimno (gatunek miedzi miękkiej MM), jak i bez wyżarzania (gatunek miedzi twardej MT).

W temperaturach obróbki cieplnej powyżej 900°C, na skutek intensywnego rozrostu ziaren, właściwości mechaniczne kredy ulegają znacznemu pogorszeniu.

W celu zwiększenia wytrzymałości na pełzanie i stabilności termicznej miedź jest dodawana stopowo ze srebrem w zakresie 0,07 - 0,15%, a także magnezem, kadmem, cyrkonem i innymi pierwiastkami.

Miedź z dodatkami srebra stosowana jest na uzwojenia szybkoobrotowych i żaroodpornych maszyn dużej mocy, a miedź stopowa z różnymi pierwiastkami stosowana jest w komutatorach i pierścieniach ślizgowych maszyn mocno obciążonych.

1.3. Mosiądz

Stopy miedzi i cynku, zwane mosiądzami, są szeroko stosowane w elektrotechnice. Cynk rozpuszcza się w miedzi do 39%.

W różnych markach mosiądzu zawartość cynku może sięgać nawet 43%. Mosiądze zawierające do 39% cynku mają strukturę jednofazowego roztworu stałego i nazywane są mosiądzami α. Mosiądzy te charakteryzują się największą ciągliwością, dlatego wykorzystuje się je do wytwarzania części poprzez walcowanie na gorąco lub na zimno oraz ciągnienie: blachy, taśmy, drut. Bez ogrzewania części o skomplikowanych konfiguracjach można wykonać z blachy mosiężnej za pomocą głębokiego tłoczenia i tłoczenia.

Mosiądz dwufazowy jest twardszy i bardziej kruchy i można go prasować tylko na gorąco.

Dodatek cyny, niklu i manganu do mosiądzu zwiększa właściwości mechaniczne i odporność antykorozyjną, a dodatek aluminium w połączeniu z żelazem, niklem i manganem nadaje mosiądzowi oprócz poprawy właściwości mechanicznych i odporności na korozję, wysoką twardość . Jednak obecność aluminium w mosiądzach utrudnia lutowanie, a lutowanie miękkimi lutami staje się prawie niemożliwe.

Mosiądz w gatunku L68 I L63 Dzięki dużej plastyczności można je łatwo tłoczyć i wyginać, można je łatwo lutować wszystkimi rodzajami lutowia. W elektrotechnice są one szeroko stosowane do różnych części pod napięciem;

gatunki mosiądzu LS59-1 I LMC58-2 stosowany do produkcji klatek wirników silników elektrycznych oraz na części przewodzące prąd wytwarzane metodą cięcia i tłoczenia na gorąco; dobrze lutowany różnymi lutami;

mosiądz LA67-2,5 stosowany do odlewanych części przewodzących prąd o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej i twardości, które nie wymagają lutowania lutami miękkimi;

mosiądz LK80-3L I LS59-1L szeroko stosowany do odlewania części urządzeń elektrycznych przewodzących prąd, uchwytów szczotek i odlewania wirników silników asynchronicznych. Dobrze akceptują lutowanie różnymi lutami.

1.4. Dyrygowanie Brązami

Brązy przewodzące należą do stopów miedzi, potrzeba ich stosowania wynika głównie z niewystarczającej wytrzymałości mechanicznej i stabilności termicznej czystej miedzi w niektórych przypadkach.

Ogólny asortyment brązów jest bardzo szeroki, ale tylko kilka marek brązów ma wysoką przewodność elektryczną.

Brąz kadmowy odnosi się do najpowszechniejszych brązów przewodzących. Ze wszystkich gatunków brąz kadmowy ma najwyższą przewodność elektryczną. Ze względu na zwiększoną odporność na ścieranie i wyższą odporność na ciepło brąz ten jest szeroko stosowany do produkcji przewodów jezdnych i płyt kolektorowych;

brąz berylowy odnosi się do stopów, które zyskują wytrzymałość w wyniku ścierania. Posiada wysokie właściwości elastyczne, stabilne po podgrzaniu do 250°C i przewodność elektryczną 2 - 2,5 razy większą niż przewodność innych gatunków brązów ogólnego przeznaczenia. Brąz ten znalazł szerokie zastosowanie do produkcji różnych części sprężyn, które jednocześnie pełnią funkcję przewodnika prądu, na przykład: sprężyny przewodzące prąd, niektóre typy uchwytów szczotek, styki ślizgowe w różnych urządzeniach, urządzenia wtykowe itp.;

Brąz fosforowy ma wysoką wytrzymałość i dobre właściwości sprężyste, ze względu na niską przewodność elektryczną jest stosowany do produkcji części sprężynowych o małych gęstościach prądu.

Odlewane części przewodzące prąd wykonane są z różnych gatunków brązów odlewanych maszynowo, o przewodności w zakresie 8-15% przewodności czystej miedzi. Cechą charakterystyczną brązów jest niski skurcz w porównaniu do żeliwa i stali oraz wysokie właściwości odlewnicze, dlatego stosuje się je do odlewania różnych części przewodzących prąd o skomplikowanych konfiguracjach, przeznaczonych do maszyn i aparatów elektrycznych.

Wszystkie gatunki brązów odlewanych można podzielić na cynowe i bezcynowe, gdzie głównymi pierwiastkami stopowymi są Al, Mn, Fe, Pb, Ni.

Aluminium

Charakterystycznymi właściwościami czystego aluminium są: niski ciężar właściwy, niska temperatura topnienia, wysoka przewodność cieplna i elektryczna, wysoka ciągliwość, bardzo wysokie utajone ciepło topnienia oraz trwała, choć bardzo cienka, warstwa tlenku pokrywająca powierzchnię metalu i chroniąca ją przed wnikaniem tlenu do środka.

Dobra przewodność elektryczna zapewnia szerokie zastosowanie aluminium w elektrotechnice. Ponieważ gęstość aluminium jest 3,3 razy mniejsza niż gęstość miedzi, a rezystywność jest tylko 1,7 razy większa niż gęstość miedzi, wówczas aluminium na jednostkę masy ma dwukrotnie większą przewodność niż miedź.

Dwutlenek siarki, siarkowodór, amoniak i inne gazy obecne w powietrzu obszarów przemysłowych nie mają zauważalnego wpływu na szybkość korozji aluminium. Wpływ pary wodnej na aluminium jest również nieznaczny. W kontakcie z większością metali i stopów szlachetnych w zakresie potencjału elektrochemicznego aluminium pełni rolę anody, przez co postępuje jego korozja w elektrolitach.

Aby uniknąć tworzenia się par galwanicznych w wilgotnej atmosferze, połączenie aluminium z innymi metalami uszczelnia się lakierem lub w inny sposób.

Wieloletnie badania drutów aluminiowych wykazały, że nie ustępują one drutom miedzianym pod względem odporności na korozję.

Tabela 1.2. Główne właściwości materiałów przewodzących

Materiał

Gęstość,

Temperatura

temperatura topnienia, °C

Specyficzny elektryczny

odporność w temperaturze 20°C,

Średnia temperatura

Współczynnik rezystancji od 0 do 100°C, 1/deg

Notatka

Aluminium

Druty, kable, opony, przewodniki wirników klatkowych, obudowy i tarcze łożysk małych maszyn elektrycznych

Brąz kadmowy – styki, brąz fosforowy – sprężyny

Styki, zaciski

Przewody, kable, opony

Luty do cynowania i lutowania w stopie z ołowiem

Kontynuacja
--PODZIAŁ STRONY--

2. Półprzewodniki. Urządzenia półprzewodnikowe

2.1. Informacje ogólne

Półprzewodniki to substancje, których przewodność jest pośrednia pomiędzy przewodnością metali i dielektryków. Półprzewodniki są zarówno słabymi przewodnikami, jak i słabymi dielektrykami. Granica między półprzewodnikami i dielektrykami jest dowolna, ponieważ dielektryki w wysokich temperaturach mogą zachowywać się jak półprzewodniki, a czyste półprzewodniki w niskich temperaturach zachowują się jak dielektryki. W metalach stężenie elektronów jest praktycznie niezależne od temperatury, natomiast w półprzewodnikach nośniki ładunku pojawiają się dopiero wtedy, gdy temperatura wzrasta lub gdy energia jest pochłaniana z innego źródła.

Typowymi półprzewodnikami są węgiel (C), german (Ge) i krzem (Si). German jest kruchym, szaro-białym pierwiastkiem odkrytym w 1886 roku. Źródłem sproszkowanego dwutlenku germanu, z którego otrzymuje się czysty, stały german, jest popiół z niektórych rodzajów węgla.

Krzem został odkryty w 1823 roku. Jest szeroko rozpowszechniony w skorupie ziemskiej w postaci krzemionki (dwutlenku krzemu), krzemianów i glinokrzemianów. Piasek, kwarc, agat i krzemień są bogate w dwutlenek krzemu. Czysty krzem otrzymuje się chemicznie z dwutlenku krzemu. Krzem jest najpowszechniej stosowanym materiałem półprzewodnikowym.

Rozważmy bardziej szczegółowo powstawanie elektronów przewodzących w półprzewodnikach na przykładzie krzemu. Atom krzemu ma numer seryjny Z=14 w układzie okresowym D.I. Mendelejewa. Dlatego jego atom zawiera 14 elektronów. Jednak tylko 4 z nich znajdują się na niewypełnionej powłoce zewnętrznej i są słabo związane. Elektrony te nazywane są elektronami walencyjnymi i dają początek czterem wartościowościom krzemu. Atomy krzemu potrafią łączyć swoje elektrony walencyjne z innymi atomami krzemu za pomocą tak zwanego wiązania kowalencyjnego (rysunek 2.1). W wiązaniu kowalencyjnym elektrony walencyjne są dzielone pomiędzy różnymi atomami, co powoduje utworzenie kryształu.

Wraz ze wzrostem temperatury kryształu drgania termiczne sieci prowadzą do zerwania niektórych wiązań walencyjnych. W rezultacie część elektronów, które wcześniej brały udział w tworzeniu wiązań walencyjnych, zostaje oddzielona i staje się elektronami przewodzącymi. W obecności pola elektrycznego poruszają się pod polem i tworzą prąd elektryczny.

Jednakże, gdy elektron zostanie uwolniony w sieci krystalicznej, powstaje niewypełnione wiązanie międzyatomowe. Takie „puste” przestrzenie, w których brakuje elektronów wiążących, nazywane są „dziurami”. Pojawienie się dziur w krysztale półprzewodnika stwarza dodatkową możliwość przeniesienia ładunku. Rzeczywiście dziurę może wypełnić elektron przeniesiony pod wpływem drgań termicznych z sąsiedniego atomu. W rezultacie w tym miejscu zostanie przywrócona normalna komunikacja, ale w innym miejscu pojawi się dziura. Dowolny inny elektron wiążący itp. może z kolei przejść do tej nowej dziury. Sekwencyjne wypełnianie wolnego wiązania elektronami jest równoznaczne z ruchem dziury w kierunku przeciwnym do ruchu elektronów. Jeśli więc w obecności pola elektrycznego elektrony poruszają się pod polem, to dziury będą przemieszczać się w kierunku pola, czyli tzw. sposób poruszania się ładunków dodatnich. W związku z tym w półprzewodniku występują dwa rodzaje nośników prądu - elektrony i dziury, a całkowita przewodność półprzewodnika jest sumą przewodnictwa elektronowego (typ n, od słowa ujemnego) i przewodnictwa dziurowego (typ p, od słowa słowo pozytywne).

Wraz z przejściami elektronów ze stanu związanego do stanu wolnego występują przejścia odwrotne, w których elektron przewodzący jest wychwytywany w jednej z wolnych pozycji elektronów wiążących. Proces ten nazywany jest rekombinacją elektron-dziura. W stanie równowagi ustala się takie stężenie elektronów (i równe stężenie dziur), przy którym liczba przejść bezpośrednich i odwrotnych w jednostce czasu jest taka sama.

Rozważany proces przewodzenia w czystych półprzewodnikach nazywany jest przewodnictwem wewnętrznym. Przewodność wewnętrzna szybko wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i jest to znacząca różnica między półprzewodnikami a metalami, których przewodność maleje wraz ze wzrostem temperatury. Wszystkie materiały półprzewodnikowe mają ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji.

Czyste półprzewodniki są przedmiotem zainteresowań głównie teoretycznych. Główne badania nad półprzewodnikami dotyczą skutków dodawania zanieczyszczeń do czystych materiałów. Bez tych zanieczyszczeń większość urządzeń półprzewodnikowych nie istniałaby.

Czyste materiały półprzewodnikowe, takie jak german i krzem, zawierają niewielką liczbę par elektron-dziura w temperaturze pokojowej i dlatego mogą przewodzić bardzo mały prąd. Dodawanie stopów stosuje się w celu zwiększenia przewodności czystych materiałów.

Doping polega na dodawaniu zanieczyszczeń do materiałów półprzewodnikowych. Stosuje się dwa rodzaje zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia pierwszego typu - pięciowartościowe - składają się z atomów z pięcioma elektronami walencyjnymi, na przykład arsenu i antymonu. Drugi rodzaj zanieczyszczeń - trójwartościowy - składa się z atomów z trzema elektronami walencyjnymi, na przykład indu i galu.

Kiedy czysty materiał półprzewodnikowy jest domieszkowany materiałem pięciowartościowym, takim jak arsen (As), część atomów półprzewodnika zostaje zastąpiona atomami arsenu (rysunek 2.2). Atom arsenu wprowadza cztery swoje elektrony walencyjne do wiązań kowalencyjnych z sąsiednimi atomami. Jego piąty elektron jest słabo związany z jądrem i może łatwo uwolnić się. Atom arsenu nazywany jest atomem dawcy, ponieważ oddaje swój dodatkowy elektron. Domieszkowany materiał półprzewodnikowy zawiera wystarczającą liczbę atomów donorowych, a zatem wolnych elektronów, aby utrzymać prąd.

W temperaturze pokojowej liczba dodatkowych wolnych elektronów przekracza liczbę par elektron-dziura. Oznacza to, że materiał ma więcej elektronów niż dziur. Dlatego elektrony nazywane są nośnikami większościowymi. Dziury nazywane są przewoźnikami mniejszościowymi. Ponieważ większość nośników ma ładunek ujemny, taki materiał nazywa się półprzewodnikiem typu n.

Kiedy materiał półprzewodnikowy jest domieszkowany atomami trójwartościowymi, takimi jak atomy indu (In), atomy te umieści swoje trzy elektrony walencyjne pomiędzy trzema sąsiednimi atomami (rysunek 2.3). Spowoduje to utworzenie dziury w wiązaniu kowalencyjnym.

Obecność dodatkowych dziur umożliwi elektronom łatwe dryfowanie z jednego wiązania kowalencyjnego do drugiego. Ponieważ dziury łatwo przyjmują elektrony, atomy wprowadzające dodatkowe dziury do półprzewodnika nazywane są atomami akceptorowymi.

W normalnych warunkach liczba dziur w takim materiale znacznie przewyższa liczbę elektronów. Dlatego dziury są nośnikami większościowymi, a elektrony nośnikami mniejszościowymi. Ponieważ większość nośników ma ładunek dodatni, materiał nazywa się półprzewodnikiem typu p.

Materiały półprzewodnikowe typu N i p mają znacznie wyższą przewodność niż czyste półprzewodniki. Przewodność tę można zwiększyć lub zmniejszyć poprzez zmianę ilości zanieczyszczeń. Im silniej domieszkowany jest materiał półprzewodnikowy, tym niższy jest jego opór elektryczny.

Styk dwóch półprzewodników o różnych rodzajach przewodnictwa nazywany jest złączem p-n i ma bardzo ważną właściwość - jego rezystancja zależy od kierunku prądu. Należy pamiętać, że takiego styku nie można uzyskać poprzez dociśnięcie do siebie dwóch półprzewodników. Złącze p-n tworzone jest w jednej płytce półprzewodnikowej poprzez utworzenie w niej obszarów o różnych typach przewodnictwa. Poniżej opisano metody otrzymywania złączy p-n.

Tak więc w kawałku półprzewodnika monokrystalicznego na granicy dwóch warstw o ​​różnej przewodności powstaje złącze p-n. Występuje znacząca różnica w stężeniach nośników ładunku. Stężenie elektronów w obszarze n jest wielokrotnie większe niż ich stężenie w obszarze p. W rezultacie elektrony dyfundują do obszaru ich niskiego stężenia (w obszarze p). Tutaj rekombinują z dziurami i w ten sposób tworzą przestrzenny ładunek ujemny zjonizowanych atomów akceptora, który nie jest kompensowany przez dodatni ładunek dziur.

Jednocześnie następuje dyfuzja dziur do obszaru n. Tutaj powstaje przestrzenny ładunek dodatni jonów donorowych, który nie jest kompensowany przez ładunek elektronów. W ten sposób na granicy tworzy się podwójna warstwa ładunku kosmicznego (ryc. 2.4), zubożona w główne nośniki prądu. W tej warstwie powstaje kontaktowe pole elektryczne Ek, uniemożliwiające dalsze przejście elektronów i dziur z jednego obszaru do drugiego.

Pole kontaktowe utrzymuje stan równowagi na pewnym poziomie. Ale nawet w tym przypadku pod wpływem ciepła niewielka część elektronów i dziur będzie nadal przechodzić przez barierę potencjału spowodowaną ładunkami kosmicznymi, tworząc prąd dyfuzyjny. Jednak jednocześnie pod wpływem pola kontaktowego nośniki ładunku mniejszościowego obszarów p i n (elektrony i dziury) wytwarzają niewielki prąd przewodzenia. W stanie równowagi prądy te znoszą się wzajemnie.

Jeżeli do złącza p-n zostanie podłączone zewnętrzne źródło prądu, wówczas napięcie wskazane na ryc. 2,5 odwrotna polaryzacja doprowadzi do pojawienia się zewnętrznego pola E, którego kierunek pokrywa się z polem stykowym Eк. W rezultacie szerokość podwójnej warstwy wzrośnie, a ze względu na większość nośnych praktycznie nie będzie prądu. W obwodzie możliwy jest tylko niewielki prąd ze względu na nośniki mniejszościowe (prąd wsteczny Irev).

Po włączeniu napięcia o polaryzacji bezpośredniej kierunek pola zewnętrznego jest przeciwny do kierunku pola stykowego (ryc. 2.6). Szerokość podwójnej warstwy zmniejszy się i w obwodzie pojawi się duży prąd przewodzenia Ipr. Zatem złącze p-n ma wyraźną przewodność jednokierunkową. Wyraża się to charakterystyką prądowo-napięciową (ryc. 2.7).

Kontynuacja
--PODZIAŁ STRONY--

Kiedy do złącza p-n przyłożone jest napięcie przewodzenia, prąd szybko rośnie wraz ze wzrostem napięcia. Po przyłożeniu napięcia wstecznego do złącza p-n prąd jest bardzo mały, szybko osiąga nasycenie i nie zmienia się do pewnej wartości granicznej napięcia wstecznego Urev, po czym gwałtownie wzrasta. Jest to tzw. napięcie przebicia, przy którym następuje przebicie złącza p-n i jego zniszczenie. Należy zauważyć, że na rysunku 2.7 skala prądu wstecznego jest tysiąc razy mniejsza niż skala prądu przewodzenia.

2.2. Diody półprzewodnikowe

Złącze pn jest podstawą diod półprzewodnikowych, które służą do prostowania prądu przemiennego i innych nieliniowych transformacji sygnałów elektrycznych.

Dioda przewodzi prąd w kierunku do przodu tylko wtedy, gdy wielkość napięcia zewnętrznego (w woltach) jest większa niż bariera potencjału (w eV). Dla diody germanowej minimalne napięcie zewnętrzne wynosi 0,3 V, a dla diody krzemowej 0,7 V.

Kiedy dioda zaczyna przewodzić prąd, pojawia się na niej spadek napięcia. Ten spadek napięcia jest równy barierze potencjału i nazywany jest spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia.

Wszystkie diody mają niski prąd wsteczny. W diodach germanowych mierzy się go w mikroamperach, a w diodach krzemowych w nanoamperach. Dioda germanowa ma większy prąd wsteczny, ponieważ jest bardziej wrażliwa na temperaturę. Ta wada diod germanowych jest kompensowana przez barierę o niskim potencjale.

Zarówno diody germanowe, jak i krzemowe mogą zostać uszkodzone przez ekstremalne ciepło lub wysokie napięcie wsteczne. Producenci określają maksymalny prąd przewodzenia, który może bezpiecznie przepływać przez diodę, a także maksymalne napięcie wsteczne (szczytowe napięcie wsteczne). Jeśli szczytowe napięcie wsteczne zostanie przekroczone, przez diodę popłynie duży prąd wsteczny, wytwarzając nadmiar ciepła i powodując jej awarię.

W temperaturze pokojowej prąd wsteczny jest niewielki. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta prąd wsteczny, zakłócając działanie diody. W diodach germanowych prąd wsteczny jest wyższy niż w diodach krzemowych i jest bardziej zależny od temperatury, podwajając się przy wzroście temperatury o około 10°C.

Schematyczny symbol diody pokazano na rysunku 2.8, część p jest oznaczona strzałką, a część n linią. Prąd stały przepływa od części p do części n (wzdłuż strzałki). Część n nazywana jest katodą, a część p anodą.

Istnieją trzy typy złączy pn: złącza rosnące, złącza topikowane i złącza dyfuzyjne, które są wytwarzane przy użyciu różnych technologii. Metody produkcji każdego z tych przejść są różne.

Metoda wzrostu złącza (najwcześniejsza) jest następująca: czysty materiał półprzewodnikowy i zanieczyszczenia typu p umieszcza się w kwarcowym pojemniku i podgrzewa aż do stopienia. Do stopionej mieszaniny umieszcza się mały kryształ półprzewodnika zwany zarodkiem. Kryształ zaszczepiający powoli się obraca i jest wyciągany ze stopu tak wolno, że warstwa stopionej mieszaniny ma czas na wyrośnięcie na nim. Stopiona mieszanina, rosnąca na krysztale zaszczepiającym, ochładza się i zestala. Ma taką samą strukturę krystaliczną jak nasiona. Po zaciągnięciu nasiona naprzemiennie domieszkuje się domieszkami typu n i p. Tworzy to warstwy typu n i p w wyhodowanym krysztale. Zatem wyhodowany kryształ składa się z wielu warstw p-n.

Metoda tworzenia stopionych złączy p-n jest niezwykle prosta. Mały koralik z trójwartościowego materiału, takiego jak ind, jest umieszczony na chipie półprzewodnikowym typu n. Kulkę i kryształ podgrzewa się do momentu stopienia się kulki i częściowego stopienia kryształu półprzewodnika. W miejscu ich połączenia powstaje materiał typu p. Po ochłodzeniu materiał rekrystalizuje i tworzy się stałe złącze p-n.

Obecnie najczęściej stosuje się metodę dyfuzyjną do wytwarzania złącz p-n. Maskę szczelinową umieszcza się na cienkim kawałku półprzewodnika typu p lub n, zwanym podłożem. Następnie podłoże umieszcza się w piecu i styka się z zanieczyszczeniami w stanie gazowym. W wysokich temperaturach atomy zanieczyszczeń wnikają w podłoże. Głębokość penetracji jest kontrolowana przez czas ekspozycji i temperaturę.

Po uformowaniu złącza p-n diodę należy umieścić w obudowie zabezpieczającej ją przed wpływami środowiska i uszkodzeniami mechanicznymi. Obudowa musi także zapewniać możliwość podłączenia diody do obwodu. Rodzaj obudowy zależy od przeznaczenia diody (rys. 2.9) Jeżeli przez diodę musi przepływać duży prąd, obudowę należy tak zaprojektować, aby zabezpieczyć złącze p-n przed przegrzaniem.

Diodę można sprawdzić mierząc rezystancję w kierunku przewodzenia i wstecznego za pomocą omomierza. Wartość tych rezystancji charakteryzuje zdolność diody do przepuszczania prądu w jednym kierunku i nieprzepuszczania prądu w drugim kierunku.

Dioda germanowa ma niską rezystancję w kierunku przewodzenia, około 100 omów, a jej rezystancja wsteczna przekracza 100 000 omów. Rezystancje w przód i w tył diod krzemowych są wyższe niż w przypadku diod germanowych. Testowanie diody za pomocą omomierza powinno wykazać niski opór w kierunku przewodzenia i wysoki opór wsteczny.

Jeśli biegun dodatni omomierza jest podłączony do anody diody, a zacisk ujemny do katody, wówczas dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia. W tym przypadku prąd przepływa przez diodę, a omomierz wskazuje niską rezystancję. Jeśli przewody omomierza zostaną zamienione, dioda będzie spolaryzowana odwrotnie. Przepłynie przez niego niewielki prąd, a omomierz pokaże dużą rezystancję.

Jeśli dioda ma niską rezystancję w kierunku przewodzenia i niską rezystancję wsteczną, prawdopodobnie doszło do zwarcia. Jeśli dioda ma wysoką rezystancję zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu, prawdopodobnie jest to obwód otwarty.

Wysokie napięcie wsteczne przyłożone do diody może wytworzyć wysoki prąd wsteczny, który przegrzeje diodę, powodując jej awarię. Napięcie wsteczne, przy którym następuje przebicie, nazywane jest napięciem przebicia lub maksymalnym napięciem wstecznym. Specjalne diody, zwane diodami Zenera, są zaprojektowane do pracy przy napięciach wyższych niż napięcie przebicia diody Zenera. Obszar ten nazywany jest obszarem stabilizacji.

Kiedy napięcie wsteczne jest na tyle wysokie, że powoduje przebicie diody Zenera, przepływa przez nią duży prąd wsteczny. Przed wystąpieniem awarii prąd wsteczny jest niewielki. Po wystąpieniu awarii prąd wsteczny gwałtownie wzrasta. Dzieje się tak, ponieważ rezystancja diody Zenera maleje wraz ze wzrostem napięcia wstecznego.

Napięcie przebicia diody Zenera zależy od rezystywności diody, która z kolei zależy od techniki domieszkowania zastosowanej w jej produkcji. Nominalne napięcie przebicia to napięcie wsteczne przy prądzie stabilizacyjnym. Prąd stabilizacyjny jest nieco mniejszy niż maksymalny prąd wsteczny diody. Napięcie przebicia jest zwykle wskazywane z dokładnością od 1 do 20%.

Zdolność diody Zenera do rozpraszania mocy maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego moc wydzielana przez diodę Zenera jest określona dla określonej temperatury. Ilość wydzielanej mocy zależy również od długości przewodów: im krótsze przewody, tym więcej mocy rozprasza dioda. Producent określa również współczynnik ugięcia w celu określenia strat mocy w innych temperaturach. Na przykład współczynnik odchylenia wynoszący 6 miliwatów na stopień Celsjusza oznacza, że ​​moc rozpraszana przez diodę zmniejsza się o 6 miliwatów na stopień wzrostu temperatury.

Obudowy diod Zenera mają taki sam kształt jak diody konwencjonalne:

Diody Zenera małej mocy dostępne są w obudowach szklanych lub z żywicy epoksydowej, natomiast diody dużej mocy dostępne są w obudowie metalowej ze śrubą. Schematyczne oznaczenie diody Zenera pokazano na ryc. 2.11.

Głównymi parametrami diod Zenera są maksymalny prąd stabilizacji, prąd wsteczny i napięcie wsteczne. Maksymalny prąd stabilizacyjny to maksymalny prąd wsteczny, który może przepłynąć przez diodę Zenera bez przekraczania strat mocy określonych przez producenta. Prąd wsteczny to prąd upływowy przed rozpoczęciem przebicia. Wskazane jest przy pewnym napięciu wstecznym równym około 80% napięcia stabilizacyjnego.

Diody Zenera służą do stabilizacji napięcia, np. do kompensacji zmian napięcia w sieci energetycznej lub zmian obciążenia rezystancyjnego zasilanego prądem stałym.

Rysunek 2.12 przedstawia typowy obwód sterujący diodą Zenera. Dioda Zenera jest połączona szeregowo z rezystorem R. Rezystor powoduje przepływ takiego prądu przez diodę Zenera, że ​​pracuje ona w trybie przebicia (stabilizacji). Wejściowe napięcie prądu stałego musi być wyższe niż napięcie stabilizacji diody Zenera. Spadek napięcia na diodzie Zenera jest równy napięciu stabilizacji diody Zenera. Diody Zenera produkowane są przy określonym napięciu przebicia, które nazywa się napięciem stabilizacji. Spadek napięcia na rezystorze jest równy różnicy między napięciem wejściowym a napięciem stabilizacji.

Napięcie wejściowe może wzrosnąć lub spaść. Powoduje to odpowiedni wzrost lub spadek prądu płynącego przez diodę Zenera. Kiedy dioda Zenera pracuje przy napięciu stabilizacyjnym (w obszarze przebicia), w miarę wzrostu napięcia wejściowego może przez nią przepływać duży prąd. Jednakże napięcie na diodzie Zenera pozostanie takie samo. Dioda Zenera przeciwdziała wzrostowi napięcia wejściowego, ponieważ jej rezystywność maleje wraz ze wzrostem prądu. Dzięki temu napięcie wyjściowe diody Zenera pozostaje stałe wraz ze zmianami napięcia wejściowego. Zmiana napięcia wejściowego pojawia się jedynie jako zmiana spadku napięcia na rezystorze szeregowym. Suma spadków napięcia na tym rezystorze i diodzie Zenera jest równa napięciu wejściowemu. Napięcie wyjściowe jest usuwane z diody Zenera. Napięcie wyjściowe można zwiększyć lub zmniejszyć, wymieniając diodę Zenera i połączony z nią szeregowo rezystor.

Kontynuacja
--PODZIAŁ STRONY--

Opisany obwód wytwarza stałe napięcie. Projektując obwód, należy wziąć pod uwagę zarówno prąd, jak i napięcie. Obciążenie zewnętrzne pobiera prąd, który jest określany na podstawie jego rezystancji i napięcia wyjściowego. Zarówno prąd obciążenia, jak i prąd stabilizacji przepływają przez rezystor połączony szeregowo z diodą Zenera. Rezystor ten należy dobrać w taki sposób, aby prąd stabilizacyjny płynął przez diodę Zenera i znajdował się w obszarze przebicia.

Wraz ze wzrostem obciążenia rezystancyjnego prąd przepływający przez nie maleje, co powinno spowodować wzrost spadku napięcia na obciążeniu. Ale dioda Zenera zapobiega jakiejkolwiek zmianie napięcia. Suma prądu stabilizacyjnego i prądu obciążenia przez rezystor połączony szeregowo pozostaje stała. Zapewnia to stały spadek napięcia na rezystorze szeregowym. Podobnie, gdy prąd płynący przez obciążenie wzrasta, prąd regulacyjny maleje, zapewniając stałe napięcie. Dzięki temu obwód może utrzymać stałe napięcie wyjściowe, podczas gdy napięcie wejściowe ulega wahaniom.

2.3. Tyrystory

Tyrystory to szeroka klasa urządzeń półprzewodnikowych używanych do przełączania elektronicznego. Te urządzenia półprzewodnikowe są bistabilne i mają trzy lub więcej złączy pn. Tyrystory objęte są wewnętrznym dodatnim sprzężeniem zwrotnym, co pozwala na zwiększenie amplitudy sygnału wyjściowego poprzez przyłożenie części napięcia wyjściowego na wejście.

Tyrystory są szeroko stosowane w sterowaniu mocą prądu stałego i przemiennego. Służą do włączania i wyłączania mocy dostarczanej do obciążenia, a także do regulacji jej wartości, na przykład do sterowania oświetleniem czy prędkością obrotową silnika.

Tyrystory wykonane są z krzemu metodą dyfuzyjną lub stopowo-dyfuzyjną i składają się z czterech ułożonych naprzemiennie czterech warstw półprzewodników typu p i typu n. Rysunki 2.13, 2.14 i 2.15 przedstawiają uproszczony obwód tyrystora, odpowiednio jego charakterystykę prądowo-napięciową i symbol schematyczny.

Cztery warstwy przylegają do siebie, tworząc trzy złącza p-n. Dwa najbardziej zewnętrzne zaciski to anoda i katoda, a elektrodę sterującą można podłączyć do jednej z warstw środkowych. Tyrystor ten nie zawiera elektrody sterującej, a jego otwieranie i zamykanie kontrolowane jest poprzez zmianę przyłożonego do niego napięcia. Takie tyrystory nazywane są dinistorami.

Przy polaryzacji napięcia przyłożonego do tyrystora wskazanej na rysunku 2.13, jego główna część będzie znajdować się na zamkniętym złączu p-n 2, podczas gdy przejścia 1 i 3 będą otwarte. W tym przypadku dziury przemieszczające się z warstwy p1 do warstwy p2 częściowo rekombinują z elektronami w warstwie n1. Ich nieskompensowany ładunek w warstwie p2 spowoduje wtórny przeciwwtrysk elektronów z warstwy n2, a elektrony z warstwy n2 przejdą przez warstwę p2 do warstwy n1, częściowo rekombinując z dziurami w warstwie p2. Spowodują one wtórne przeciwwstrzyknięcie otworów z warstwy p1. Zjawiska te stworzą niezbędne warunki do rozwoju procesu lawinowego. Jednak proces lawinowy rozpocznie się dopiero przy dostatecznie dużym napięciu zewnętrznym Uper. W takim przypadku tyrystor przesunie się z punktu A charakterystyki prądowo-napięciowej do sekcji BC (ryc. 2.14), a prąd przez niego gwałtownie wzrośnie. W tym przypadku, ze względu na dużą ilość ładunków na złączu 2, napięcie na nim znacznie spadnie (do około 1 V), a energia uwolniona w tym przejściu będzie niewystarczająca do rozwoju nieodwracalnych procesów w strukturze urządzenia.

Jeśli prąd płynący przez tyrystor zostanie znacznie zmniejszony do pewnej wartości Isp (prąd trzymania), wówczas tyrystor zamknie się i przejdzie w stan o niskim przewodnictwie (sekcja OA na ryc. 2.14). Jeśli do tyrystora zostanie przyłożone napięcie o odwrotnej polaryzacji, wówczas jego charakterystyka prądowo-napięciowa będzie taka sama jak w przypadku diody półprzewodnikowej (sekcja OD na ryc. 2.14).

Rozważany niesterowany tyrystor ma znaczną wadę: jego otwieranie i zamykanie jest możliwe tylko przy dużych zmianach zewnętrznego napięcia i prądu.

Znacznie częściej stosuje się tyrystory posiadające elektrodę sterującą (ryc. 2.16).

3. Materiały elektroizolacyjne

3.1. Podstawowe definicje i klasyfikacja dielektryków

Materiały elektroizolacyjne lub dielektryki to substancje stosowane do izolowania elementów lub części sprzętu elektrycznego o różnych potencjałach elektrycznych. W porównaniu z materiałami przewodzącymi dielektryki mają znacznie wyższą rezystancję elektryczną. Charakterystyczną właściwością dielektryków jest zdolność do wytwarzania w nich silnych pól elektrycznych i gromadzenia energii elektrycznej. Ta właściwość dielektryków jest wykorzystywana w kondensatorach elektrycznych i innych urządzeniach.

Ze względu na stan skupienia dielektryki dzielą się na gazowe, ciekłe i stałe. Szczególnie duża jest grupa dielektryków stałych (wysokopolimery, tworzywa sztuczne, ceramika itp.).

Ze względu na skład chemiczny dielektryki dzielą się na organiczne i nieorganiczne. Głównym pierwiastkiem w cząsteczkach wszystkich organicznych dielektryków jest węgiel. Nieorganiczne dielektryki nie zawierają węgla. Największą odporność cieplną mają dielektryki nieorganiczne (mika, ceramika itp.).

Zgodnie z metodą produkcji dielektryki dzielą się na naturalne (naturalne) i syntetyczne. Najliczniejsza jest grupa syntetycznych materiałów izolacyjnych.

Duża grupa dielektryków stałych zwykle dzieli się na kilka podgrup w zależności od ich składu, struktury i cech technologicznych tych materiałów. Zatem istnieją dielektryki ceramiczne, woskowe, filmowe, mineralne itp.

Wszystkie dielektryki, choć w niewielkim stopniu, wykazują przewodność elektryczną. W przeciwieństwie do przewodników, dielektryki wykazują zmianę prądu w czasie ze względu na spadek prądu absorpcji. Od pewnego momentu pod wpływem prądu stałego w dielektryku powstaje tylko prąd przewodzenia. Wartość tego ostatniego określa przewodność dielektryka.

Kiedy natężenie pola elektrycznego przekracza granicę wytrzymałości dielektrycznej, następuje awaria. Awaria to proces niszczenia dielektryka, w wyniku którego dielektryk traci swoje właściwości elektroizolacyjne w miejscu przebicia.

Wartość napięcia, przy której następuje przebicie dielektryka, nazywa się napięciem przebicia Upr, a odpowiadająca mu wartość natężenia pola elektrycznego nazywa się wytrzymałością dielektryczną Epr.

Rozpad stałych dielektryków jest procesem czysto elektrycznym (przebicie elektryczne) lub procesem termicznym (forma przebicia termicznego). Przebicie elektryczne opiera się na zjawiskach, które powodują lawinowy wzrost prądu elektronowego w stałych dielektrykach.

Charakterystycznymi oznakami przebicia elektrycznego stałych dielektryków są:

niezależność lub bardzo słaba zależność wytrzymałości dielektrycznej od temperatury i czasu trwania przyłożonego napięcia;

wytrzymałość elektryczna stałego dielektryka w jednorodnym polu nie zależy od grubości dielektryka (do grubości 10־/>− 10־/>cm);

wytrzymałość elektryczna dielektryków stałych mieści się w stosunkowo wąskich granicach: 10/>–10/>V/cm; i jest większy niż w postaci rozkładu termicznego;

przed przebiciem prąd w stałym dielektryku wzrasta zgodnie z prawem wykładniczym, a bezpośrednio przed wystąpieniem przebicia obserwuje się nagły wzrost prądu;

w obecności nierównomiernego pola przebicie elektryczne następuje w miejscu największego natężenia pola (efekt krawędziowy).

Przebicie termiczne występuje przy zwiększonej przewodności stałych dielektryków i dużych stratach dielektrycznych, a także gdy dielektryk jest podgrzewany przez zewnętrzne źródła ciepła lub przy słabym odprowadzaniu ciepła. Ze względu na niejednorodność składu poszczególne części objętości dielektryka mają zwiększoną przewodność. Są to cienkie kanały przechodzące przez całą grubość dielektryka. Ze względu na zwiększoną gęstość prądu, w jednym z tych kanałów będzie generowana znaczna ilość ciepła. Pociągnie to za sobą jeszcze większy wzrost prądu ze względu na gwałtowny spadek rezystancji tej sekcji w dielektryku. Proces nagrzewania będzie trwał do momentu, aż nastąpi zniszczenie termiczne materiału (stopienie, nawęglanie) na całej jego grubości – wzdłuż osłabionego obszaru.

Charakterystycznymi oznakami rozkładu termicznego stałych dielektryków są:

przebicie obserwuje się w miejscu najgorszego przekazywania ciepła z dielektryka do otoczenia;

napięcie przebicia dielektryka maleje wraz ze wzrostem temperatury otoczenia;

napięcie przebicia maleje wraz ze wzrostem czasu trwania przyłożonego napięcia;

wytrzymałość elektryczna maleje wraz ze wzrostem grubości dielektryka;

wytrzymałość elektryczna stałego dielektryka maleje wraz ze wzrostem częstotliwości przyłożonego napięcia przemiennego.

Podczas rozkładu stałych dielektryków często obserwuje się przypadki, gdy następuje awaria elektryczna do określonej temperatury, a następnie, w wyniku dodatkowego nagrzania dielektryka, następuje proces termicznego rozkładu dielektryka.

3.2. Charakterystyka materiałów elektroizolacyjnych

Kontynuacja
--PODZIAŁ STRONY--

Dielektryki ciekłe i półpłynne– są to oleje mineralne (transformatorowe, kondensatorowe itp.), oleje roślinne (rycynowy) i płyny syntetyczne (Sovol, Sovtol, PES-D itp.), wazelina.

Oleje mineralne są produktami destylacji ropy naftowej. Niektóre rodzaje mineralnych olejów elektroizolacyjnych różnią się między sobą lepkością i poziomem właściwości elektrycznych ze względu na lepsze czyszczenie niektórych z nich (kondensator, kabel). Pozostałe cechy olejów są prawie na tym samym poziomie.

Olej rycynowy otrzymywany jest z nasion rośliny rącznika.

Sovol i Sovtol to niepalne ciecze syntetyczne. Sovol otrzymuje się przez chlorowanie krystalicznej substancji - bifenylu.

Sovol to przezroczysta lepka ciecz. Sovol jest toksyczny i podrażnia błony śluzowe, dlatego praca z nim wymaga przestrzegania przepisów bezpieczeństwa. Sovtol jest mieszaniną sowolu i trichlorobenzenu, dzięki czemu ma znacznie niższą lepkość. Sovol i Sovtol służą do impregnacji kondensatorów papierowych do instalacji prądu stałego i przemiennego o częstotliwości przemysłowej.

PES-D jest ciekłym dielektrykiem krzemoorganicznym o zwiększonej odporności na ciepło i mróz. Ciecze krzemoorganiczne są nietoksyczne i niekorozyjne.

Wazelina jest półpłynną masą. Stosowany do impregnacji kondensatorów papierowych.

Wysokopolimerowe dielektryki organiczne składają się z cząsteczek utworzonych przez dziesiątki, setki tysięcy cząsteczek pierwotnej substancji - monomeru. Polimery mogą być naturalne (kauczuk naturalny, bursztyn itp.) i syntetyczne. Cechą charakterystyczną materiałów wysokopolimerowych są ich wysokie właściwości dielektryczne.

Dielektryki woskowe: parafina, cerezyna i inne to substancje o strukturze polikrystalicznej o wyraźnie określonej temperaturze topnienia.

Elektryczne tworzywa sztuczne– tworzywa sztuczne (tworzywa sztuczne) to materiały kompozytowe składające się z dowolnej substancji wiążącej (żywice, polimery), wypełniaczy, substancji uplastyczniających i stabilizujących oraz barwników.

Ze względu na ciepło rozróżnia się tworzywa termoutwardzalne i termoplastyczne. Te pierwsze stają się nietopliwe i nierozpuszczalne podczas procesu prasowania na gorąco lub późniejszego ogrzewania. Tworzywa termoplastyczne (termoplasty) po podgrzaniu w procesie prasowania, mogą mięknąć podczas późniejszego ogrzewania.

Papiery i tektury elektroizolacyjne odnosi się do materiałów włóknistych otrzymywanych z poddanych obróbce chemicznej włókien roślinnych: drewna i bawełny.

Tektury elektryczne do stosowania w powietrzu mają gęstszą strukturę w porównaniu do tektur przeznaczonych do stosowania w oleju.

Włókno jest materiałem monolitycznym otrzymywanym przez prasowanie arkuszy papieru poddanych wstępnej obróbce roztworem chlorku cynku. Włókno poddaje się wszelkiego rodzaju obróbce mechanicznej i tłoczeniu. Włókno arkuszowe można formować po zmiękczeniu jego półfabrykatów w gorącej wodzie.

Laminowane elektroizolacyjne tworzywa sztuczne– zaliczają się do nich getinaki, tekstolit i włókno szklane. Materiały te to warstwowe tworzywa sztuczne, w których jako spoiwo stosuje się bakelit (rezol) lub żywice silikonowe, doprowadzane do stanu nietopliwego i nierozpuszczalnego.

Jako wypełniacze w warstwowych materiałach elektroizolacyjnych stosowane są specjalne rodzaje papieru impregnacyjnego (getinax), a także tkaniny bawełniane (tekstolit) i tkaniny szklane bezalkaliczne (tkanina z włókna szklanego).

Wylewanie i impregnacja mas (mas) elektroizolacyjnych. Związki to masy elektroizolacyjne, które w momencie użycia mają postać płynną, a następnie twardnieją i w stanie końcowym (roboczym) stanowią substancje stałe.

Ze względu na przeznaczenie masy dzielą się na impregnujące i wypełniające. Te pierwsze służą do impregnacji uzwojeń maszyn i urządzeń elektrycznych, drugie - do wypełniania pustych przestrzeni w złączach kablowych, a także w obudowach urządzeń i urządzeń elektrycznych (transformatory, dławiki itp.).

Związki mogą być termoutwardzalne, które nie miękną po utwardzeniu, lub termoplastyczne, które miękną po późniejszym ogrzewaniu. Do tworzyw termoplastycznych zaliczają się związki na bazie żywic epoksydowych, poliestrowych i niektórych innych żywic. Do tworzyw termoplastycznych zaliczają się związki na bazie bitumu, dielektryków woskowych i polimerów termoplastycznych (polistyren, poliizobutylen itp.).

Mieszanki na bazie bitumu są szeroko stosowane jako najtańsze i obojętne chemicznie substancje o wysokiej odporności na wodę i dobrych właściwościach elektrycznych.

Lakiery i emalie elektroizolacyjne.

Lakiery to roztwory substancji błonotwórczych: żywic, bitumów, olejów schnących (siemię lniane, tung), eterów celulozy lub kompozycje tych materiałów w rozpuszczalnikach organicznych. Podczas wysychania lakieru odparowują z niego rozpuszczalniki, a w bazie lakieru zachodzą procesy fizykochemiczne, prowadzące do powstania powłoki lakieru.

Lakiery impregnacyjne służą do impregnacji uzwojeń maszyn i urządzeń elektrycznych w celu cementowania ich zwojów, zwiększenia przewodności cieplnej uzwojeń i zwiększenia ich odporności na wilgoć. Za pomocą lakierów powłokowych na powierzchni uzwojeń lub tworzyw sztucznych i innych części izolacyjnych tworzy się ochronne, odporne na wilgoć, olejoodporne i inne powłoki. Lakiery samoprzylepne przeznaczone są do sklejania arkuszy miki ze sobą lub z papierem i tkaniną (mikanity, mikalenty), a także do sklejania materiałów foliowych z papierem, tekturą, tkaninami i do innych celów.

Emalie to lakiery z wprowadzonymi do nich pigmentami – wypełniaczami nieorganicznymi (tlenek cynku, dwutlenek tytanu, ołów czerwony). Substancje pigmentujące wprowadza się w celu zwiększenia twardości, wytrzymałości mechanicznej, odporności na wilgoć, odporności na łuk i innych właściwości warstw emalii. Emalie są materiałami powłokowymi.

Ze względu na metodę suszenia lakiery i emalie dzieli się na suszenie na gorąco (w piecu) i na zimno (na powietrzu). Te pierwsze wymagają do utwardzenia temperatury 80 – 180°C, natomiast te drugie schną w temperaturze pokojowej.

Tkaniny lakierowane elektroizolacyjne (tkaniny lakierowane) to elastyczne materiały składające się z tkaniny impregnowanej lakierem lub płynną kompozycją elektroizolacyjną. Po utwardzeniu lakier lub inna kompozycja impregnująca tworzy elastyczną powłokę, która zapewnia właściwości elektroizolacyjne lakierowanym tkaninom.

W zależności od rodzaju podłoża tkaniny lakierowane dzielimy na bawełniane, jedwabne, nylonowe i szklane (tkaniny z lakieru szklanego). Jako kompozycje impregnujące do tkanin lakierowanych stosuje się olej, bitum olejowy i poliester. Lakiery skaponowe lub silikonowe, a także roztwory lateksów z kauczuku silikonowego lub zawiesin fluoroplastycznych.

Lepkie tkaniny z włókna szklanego i gumowo-szklanego, impregnowane związkami termoutwardzalnymi o zwiększonej lepkości, zapewniają trwałość izolacji wykonanej z tych materiałów.

Głównymi obszarami zastosowania tkanin lakierowanych są: maszyny, urządzenia i urządzenia elektryczne oraz urządzenia niskonapięciowe. Tkaniny lakierowane służą do elastycznej izolacji międzyzwojowej i wpustowej, a także do różnych uszczelek elektroizolacyjnych.

Do izolacji czołowych części uzwojeń i innych elementów przewodzących prąd o nieregularnym kształcie stosuje się taśmy lakierowane, przycięte pod kątem 45° w stosunku do podstawy tkaniny lakierowanej.

Foliowe materiały elektroizolacyjne Są to cienkie (od 10 do 200 mikronów) elastyczne folie, bezbarwne lub kolorowe.

Zastosowanie materiałów foliowych do izolacji rowków w maszynach elektrycznych umożliwia zmniejszenie grubości izolacji. Foliowe materiały elektroizolacyjne produkowane są głównie z syntetycznych dielektryków wielkocząsteczkowych (lawsan, fluoroplastik-4 itp.).

Mika elektroizolacyjna. Mika naturalna stosowana jest głównie do izolacji elektrycznej. Z mików syntetycznych stosuje się fluoroflogopit.

Miki to substancje o charakterystycznej strukturze arkuszowej. Pozwala to na rozszczepienie kryształów miki na cienkie arkusze - od 6 do 45 mikronów i więcej. Ze wszystkich mików naturalnych jako dielektryki stosuje się jedynie muskowit i flogopit. Miki te łatwo ulegają rozszczepieniu i mają wysokie właściwości elektryczne.

W elektrotechnice stosowane są następujące rodzaje mików.

Mika szarpana - cienkie liście o dowolnym konturze. W zależności od pola prostokąta, jaki można wpisać na obrysie liścia, mikę szarpaną dzieli się na dziewięć rozmiarów. Ze względu na grubość liści mikę szarpaną dzieli się na cztery grupy. Mika szarpana wykorzystywana jest do produkcji materiałów elektroizolacyjnych z miki klejonej (mikanit, mikafolia, micalente itp.).

Mika kondensatorowa - prostokątne listki otrzymywane poprzez tłoczenie (cięcie) z płytek mikowych (polbora). Mika kondensatorowa wykorzystywana jest w produkcji kondensatorów mikowych jako główny dielektryk, a także jako płytki ochronne.

Mika do elektrycznych urządzeń próżniowych to płaskie części o różnych kształtach, wyposażone w określone otwory. Produkty te otrzymywane są poprzez cięcie płytek z miki muskowitowej. Grubość części mikowych mieści się w zakresie 0,1 – 0,5 mm.

Mika gilotynowa - płyty prostokątne o różnych rozmiarach i grubościach 0,08 - 0,6 mm. Tego typu wyroby z miki znajdują zastosowanie jako różnego rodzaju uszczelki elektroizolacyjne w maszynach elektrycznych i urządzeniach małej mocy.

Materiały elektroizolacyjne na bazie miki wykonane z miki szarpanej i substancji wiążących; mikanity, mikafolia i mycalentes. Są to materiały kompozytowe składające się z arkuszy miki sklejonych ze sobą za pomocą żywicy lub lakieru. Głównym obszarem zastosowania klejonych materiałów mikowych jest izolacja uzwojeń maszyn elektrycznych wysokiego napięcia (rowek, zwojów itp.), a także żaroodpornych maszyn niskiego napięcia.

Mika i mika-plastikowe materiały elektroizolacyjne– podczas opracowywania miki naturalnej i produkcji materiałów elektroizolacyjnych na bazie miki szarpanej powstaje około 90% różnych odpadów. Recykling odpadów doprowadził do produkcji nowych materiałów elektroizolacyjnych – miki i tworzyw mikowych.

Materiały mikowe otrzymuje się z papieru mikowego lub tektury, wstępnie obrobionego jakąś kompozycją wiążącą (żywice, lakiery).

Aby otrzymać papier mikowy, odpady mikowe w postaci czystych skrawków poddawane są obróbce cieplnej w temperaturze 750 – 800°C. W efekcie ulegają one znacznemu pęcznieniu i rozbijają się na drobne cząstki. Po umyciu ich wodą tworzy się zawiesina miki, z której wytwarzany jest papier mikowy i tektura.

Materiały elektroceramiczne to substancje stałe otrzymywane w wyniku obróbki cieplnej – wypalania wyjściowych mas ceramicznych składających się z różnych minerałów pobranych w określonej proporcji.

Główną częścią wielu materiałów elektroceramicznych (porcelana, steatyt itp.) są naturalne substancje ilaste (glinki, kaoliny). Oprócz materiałów ilastych do mas elektroceramicznych wprowadza się kwarc, skaleń (elektroporcelana), a także talk, węglan baru czy węglan wapnia (steatyt) itp.

Wniosek

Przed powstaniem mechaniki kwantowej przewodnictwo substancji wyjaśniano, rozważając ruch gazu elektronowego. Cząsteczki tego gazu – elektrony – zderzają się z jonami sieci krystalicznej substancji. Zgodnie z kwantową teorią przewodnictwa, która uważa ruch elektronów w sieci krystalicznej za propagację fal elektronowych de Boyle'a, węzły sieci nie mogą stanowić przeszkody dla fali elektronowej. Kwantowa teoria przewodnictwa ciał stałych opiera się na teorii pasmowej. W ciałach stałych elektrony przyjmują tylko określone wartości energii. Każda taka wartość jest reprezentowana przez poziom energii. Poziomy pogrupowane są w strefy, oddzielone od siebie przerwami energetycznymi należącymi do danej strefy.

W metalach strefy albo nakładają się na siebie, albo nie są całkowicie wypełnione elektronami. A w metalu pod wpływem pola elektrycznego elektron przemieszcza się swobodnie z poziomu na poziom. Łatwa możliwość przemieszczania się z poziomu na poziom oznacza swobodny przepływ elektronu.

W półprzewodnikach i izolatorach wypełnione pasmo jest oddzielone od wolnej przerwy energetycznej. Elektrony mogą przechodzić przez tę przerwę wzbronioną dzięki energii cieplnej. Prawdopodobieństwo takich przejść wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodność półprzewodników i dielektryków - to ich najważniejsza różnica w stosunku do metali.

Bibliografia

Sindeev Yu.G., Granovsky V.G. Inżynieria elektryczna. Podręcznik dla studentów uczelni pedagogicznych i technicznych. Rostów nad Donem: „Feniks”, 1999.

Lichaczew V.L. Inżynieria elektryczna. Informator. Tom 1./V.L. Lichaczew. – M.: SOLON-Press, 2003.

Żdanow L.S., Żdanow G.L. Fizyka dla szkół średnich specjalistycznych: Podręcznik. – wyd. 4, wyd. – M.: Nauka. Redakcja główna literatury fizycznej i matematycznej, 1984.

Remizow A.N. Kurs fizyki: Podręcznik dla uniwersytetów / A.N. Remizow, A.Ya. Potapenko. – M.: Drop, 2002.

Dmitrieva V.F. Fizyka: Podręcznik dla szkół technicznych./Wyd. V.L. Prokofiew, - wyd. 4, skreślony. – M.: Wyżej. szkoła, 2001.

Gribov L.A., Prokofieva N.I. Podstawy fizyki: podręcznik. – wyd. 2 – M.: Nauka. Fizmatlit, 1995.

Yavorsky B.M., Pinsky A.A. Podstawy fizyki: podręcznik. W dwóch tomach: T.1. – wyd. 3. przerobione – M.: Nauka. Fizmatlit, 1981.