Реферат Материаловедение.. Реферат По дисциплине Электротехническое и конструкционное материаловедение

• Название: Реферат По дисциплине Электротехническое и конструкционное материаловедение
• Дата: 19.01.2022
• Размер: 52.2 Kb.
• Имя файла: Реферат Материаловедение..docx
• Тип: Реферат; #336515

Реферат
По дисциплине «Электротехническое и конструкционное материаловедение»

На тему «Понятия об электропроводности диэлектриков. Электропроводность твердых диэлектриков. Объемное и поверхностное удельное сопротивление диэлектриков».


Министерство науки и высшего образования

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

«Уральский государственный горный университет»

Оглавление

Введение. 3

1.Диэлектрики. Основные понятия. Определения. 3

а. Классификация диэлектриков 3

2.Понятие об электропроводимости диэлектриков. 3

а. Поляризация в диэлектриках. 4

б. Электропроводность твердых диэлектриков. 4

3.Объемное и поверхностное удельное сопротивление. 5

Список использованной литературы. 7

Введение.

1. Диэлектрики. Основные понятия. Определения.

Диэлектриком называется вещество, основным электрическим свойством которого является способность поляризоваться под воздействием электрического поля в котором возможно существования собственного электрического поля.

Из выше сказанного следует, что одним из основных свойств диэлектрика является его способность поляризоваться то есть создавать собственное электрическое поле за счет ограниченного смещения заряженных частиц под действием внешнего электрического поля.

Диэлектриками могут быть вещества во всех агрегатных состояниях: в газообразном, жидком и твердом. Примером газообразного диэлектрика служит: воздух, элегаз (электротехнический газ). Жидкие: масло. Твердые: резина, керамика. Большая часть вышеперечисленных веществ обладают высокими электрическими и механическими качествами и в следствии этого применяются для изоляции электрических веществ.

а. Классификация диэлектриков

Все диэлектрики можно разделить на несколько групп. Критерии классификации и группы, на которые подразделяются диэлектрики приведены ниже.

Диэлектрики
Критерии классификации
Структура строения	Изменяемость параметров	Агрегатное состояние
Полярные	Активные	Газообразные
Нейтральные	Пассивные	Жидкие
		Твёрдые
		Твердеющие

2. Понятие об электропроводимости диэлектриков.

Электропроводность – явление, обусловленное наличием свободных и слабо связанных носителей заряда в диэлектрике. Эти заряды под действием постоянного приложенного напряжения приобретают направленное движение, вызывая тем самым электрический ток.

Идеальный диэлектрик должен иметь бесконечно большое электрическое сопротивление и не должен пропускать электрический ток. Однако диэлектрики обладают электропроводностью, не совсем значительной но обладают . Ее наличие объясняется следующей причиной:

• 
  Во всех диэлектриках имеется определенное количество примесей проводящего или полупроводящего характера. Под действием электрического поля они и создают в диэлектрике электрический ток.
  

а. Поляризация в диэлектриках.

Под воздействием электрического поля в диэлектрике происходят процессы поляризации. Перемещение электрических зарядов при поляризации создает электрический ток. Ток, обусловленный протеканием в диэлектрике процессов поляризации, называется поляризационным током, i_п.

В зависимости от механизмов поляризации , поляризационные токи подразделяются на токи смещения и абсорбционные токи.

Токи смещения различных видов замедленной поляризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они протекают в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле.

Токи смещения, i_см вызываются электронной и ионной поляризациями. Так же в диэлектрике за счет свободных носителей электрических зарядов примесей проводящего и полупроводящего характера возникают токи сквозной проводимости, i_сп.

Из вышеперечисленного можно сделать вывод что ток протекающий через диэлектрик состоит из трех составляющих: тока сквозной проводимости, тока смещения и абсорбционного тока. Вызываемые этими процессами поляризационные токи обуславливают электропроводность диэлектрика, она может достигать большой величины.

б. Электропроводность твердых диэлектриков.

Электропроводность твердых тел обусловлена как передвижением ионов самого диэлектрика, так и ионов случайных примесей, а у некоторых материалов может быть вызвана наличием свободных электронов. В твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов, вырываемых из решетки под влиянием флуктуации теплового движения. При низких температурах передвигаются слабо закрепленные ионы, в частности ионы примесей. При высоких температурах движутся основные ионы кристаллической решетки.

Электропроводность твердых диэлектриков зависит от напряженности электрического поля в диапазоне ее высоких значений. Это обуславливается тем, что энергии поля оказывается достаточно , чтобы электроны с валентного уровня атомов диэлектрика перешли в зону проводимости. При этом резко возрастает количество свободных носителей.

Также электропроводность пористых твердых диэлектриков зависит от влажности окружающей среды. Влага, заполняющая поры и капилляры таких диэлектриков, уменьшает их удельное сопротивление, так как обладает малым собственным удельным сопротивлением. Что бы уменьшить влияние внешней среды на твердые пористые диэлектрики их пропитывают жидкими диэлектриками с малой электропроводностью или поверхность покрывают лаковыми пленками.

3. Объемное и поверхностное удельное сопротивление.

Рассматривая диэлектрик из твердого диэлектрика, можно выделить два принципиально возможных пути для протекания электрического тока: по поверхности и через его объем. С этой точки зрения можно оценить способность диэлектрика проводить электрический ток в данных направлениях, применив понятия поверхностного и объемного сопротивлений.

Объемное сопротивление – это сопротивление, которое проявляет диэлектрик при протекании постоянного тока через его объем.

Поверхностное сопротивление – это сопротивление, которое проявляет диэлектрик при протекании постоянного тока по его поверхности. И поверхностное и объемное сопротивление – определяются экспериментальным путем.

Величина удельного объемного сопротивления диэлектрика численно равна сопротивлению куба, изготовленного из данного диэлектрика, ребро которого имеет длину один метр, при условии протекания постоянного тока через две его противоположные грани.

Что бы измерить объемное сопротивление диэлектрика на противоположные грани кубического образца диэлектрика наклеивают металлические электроды которые имеют определенный размер. Устанавливаются они внутри охранных металлических колец, которые в свою очередь заземлены, дабы устранить влияние поверхностных токов на точность проводимых измерений. После правильной установки электродов и охранных колец, на первые подается постоянное напряжение с калиброванного источника постоянного напряжения и выдерживают так на протяжении трех минут, чтобы в образце завершились процессы поляризации.

После установки, не отключая источник постоянного напряжения, измеряют напряжение и сквозной ток при помощи вольтметра и микроамперметра. После съема данных рассчитывают объемное сопротивление образца.

Теперь нам известны: площадь электродов, толщина диэлектрика и объемное сопротивление из этих параметров можно найти удельное объемное сопротивление диэлектрика по следующей формуле p_v = R_v*S/h.

В свою очередь для того что бы найти удельное поверхностное сопротивление диэлектрика нужно сначала найти поверхностное сопротивление конкретного экземпляра. Для этого на него наклеивают два металлических электрода длинной l на расстоянии d друг от друга. Затем на них подают постоянное напряжение от источника, на протяжении 3 минут, для того что бы процессы поляризации завершились в полной мере а потом измеряют напряжение при помощи вольтметра и ток при помощи амперметра. По полученным замерам рассчитывают поверхностное сопротивление.

Дальше рассчитываем удельное поверхностное сопротивление: p_s = R_s*d/l.

Удельное поверхностное сопротивление диэлектрика является характеристикой диэлектрического материала и зависит от химического состава диэлектрика, его текущей температуры, влажности и от напряжения, которое приложено к его поверхности.

Поверхностная проводимость зависит в основном от наличия загрязнений, дефектов и влаги на поверхности диэлектрика. Пористые и полярные диэлектрики подвержены увлажнению больше других. Именно поэтому диэлектрики подразделяются на гидрофобные и гидрофильные.

• 
  К гидрофобным диэлектрикам относятся неполярные диэлектрики, чистая поверхность которых не смачивается водой, поэтому при помещении диэлектрика во влажную среду его поверхностная электропроводность практически не меняется.
  
• 
  К гидрофильным диэлектрикам относятся полярные и большинство ионных диэлектрики со смачиваемой поверхностью. При помещении диэлектрика во влажную среду его поверхностная электропроводность увеличивается. Кроме того, к поверхности полярных диэлектриков могут прилипать различные загрязнения, также приводящие к росту поверхностной проводимости.
  
• 
  К «промежуточным» диэлектрикам условно относят слабополярные диэлектрики (например, лавсан).
  

При нагревании увлажненной изоляции s материалов может расти с повышением температуры и уменьшаться после высушивания.

При низких температурах s высушенного материала имеет значительно более высокие значения (на 6–7 порядков выше) по сравнению с образцом, находящемся во влажной среде.

Для увеличения значения s диэлектриков пользуются различными технологическими приемами: промывкой в кипящей дистиллированной воде или растворителях в зависимости от вида диэлектрика, прогреванием до достаточно высокой температуры, покрытием поверхности влагостойкими лаками, глазурями, размещением изделий в защитных корпусах и оболочках и т.д. В таблице показаны простейшие формулы для определения объемной и поверхностной проводимости диэлектриков.

Список использованной литературы.

1. 
   Угольников А.В. Электротехническое и конструкционное материаловедение. Учебное пособие.-2015. –С.12-14. –С. 26-31.
   
2. 
   http://www.heuristic.su/effects/catalog/est/byId/description/302/index.html/- (29.02.2020)
   
3. 
   https://studfile.net/preview/2570928/page:4/ -Электропроводность твердых диэлектриков. (27.02.2020)
   
4. 
   http://electricalschool.info/spravochnik/material/2257-udelnye-obemnoe-i-poverhnostnoe-soprotivleniya-dielektrikov.html- Удельные объёмное и поверхностное сопротивления твердых диэлектриков. (27.02.2020)
   
5. 
   http://electricalschool.info/main/visokovoltny/359-jelegaz-i-ego-svojjstva.html-(27.02.2020)