реферат свойства полупроводников. рефератьт 2. Тепловые свойства характеризуют способности диэлектриков к температурным воздействиям в процессе эксплуатации
 Скачать 20.68 Kb.
|
|
Введение Свойства любого вещества можно разделить на четыре условных класса: механические, тепловые, электрические и магнитные. К механическим свойствам, отражающим внутренние связи между молекулами и атомами вещества, относятся упругость, прочность, твердость и вязкость. Тепловые свойства, обусловленные внутренней энергией движения молекул, атомов и валентных электронов, характеризуются тепловым расширением, теплоемкостью и теплопроводностью. В современной технике важное место занимают устройства, функционирование которых обусловлено использованием отдельных или некоторой совокупности свойств, присущих диэлектрическим материалам. Для диэлектриков характерны минимальная проводимость и низкие диэлектрические потери в сочетании с максимальной электрической прочностью. Кроме того, современные диэлектрики любого назначения призваны обладать высокой механической прочностью, долговременной стабильностью свойств, высокой радиационной стойкостью и минимальной зависимостью свойств от изменения параметров окружающей среды. Тепловые свойства характеризуют способности диэлектриков к температурным воздействиям в процессе эксплуатации. К важнейшим тепловым свойствам диэлектриков относятся нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность и тепловое расширение. Нагревостойкость - cпособность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств. В зависимости от значений допустимых в эксплуатации температур диэлектрики различают по классам нагревостойкости. Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяют, как правило, по началу существенного изменения электрических свойств, например, по заметному росту tg б или снижению удельного электрического сопротивления. Нагревостойкость оценивают соответствующими значениями температуры, при которой появились эти изменения. Нагревостойкость органических диэлектриков часто определяют по началу механических деформаций растяжения или изгиба, погружению иглы в материал под давлением при нагреве. Однако и для них возможно определение нагревостойкости по электрическим характеристикам. В качестве примера давно существующего способа оценки нагревостойкости электроизоляционных материалов можно отметить способ Мартенса. По этому способу нагревостойкость синтетических веществ органического происхождения (пластмасс) характеризуют таким значением температуры, при котором изгибающее напряжение, равное 5 МПа, вызывает заметную деформацию испытуемого образца. При этом скорость повышения температуры должна составлять около 1 К/мин. Как видим, метод Мартенса является условным методом определения кратковременной нагревостойкости по изменению механических свойств материала. Существуют другие способы оценки температуры размягчения электроизоляционных материалов, например способ кольца и шара. Испытуемый материал (битум или другие подобные ему пластичные легкоплавкие вещества) заливают в металлическое кольцо и помещают на него стальной шарик определенного диаметра; отмечается температура, при которой испытуемый материал настолько размягчается, что шарик может его продавить и пройти сквозь кольцо. Легко видеть, что этот способ определения температуры размягчения условный, так как форма и размеры образца, характер и значение механической нагрузки, скорость возрастания температуры и предельные деформации выбираются произвольно. Температурой вспышки называют температуру жидкости, при нагреве до которой смесь паров ее с воздухом вспыхивает при поднесении к ней небольшого пламени. Температура воспламенения — еще более высокая температура, при которой при поднесении пламени испытуемая жидкость загорается. Эти характеристики представляют особый интерес при оценке качества трансформаторного масла, а также растворителей, применяемых в производстве электроизоляционных лаков. Наивысшая допустимая рабочая температура определяется на основании тщательного изучения кратковременной и длительной нагревостойкости материала с учетом коэффициента запаса, зависящего от условий эксплуатации, необходимой степени надежности и срока службы изоляции. Необратимое ухудшение качества изоляции лишь при длительном воздействии повышенной температуры вследствие медленно протекающих химических процессов называется тепловым старением изоляции. Старение может проявляться, например, у лаковых пленок и целлюлозных материалов в виде повышения твердости и хрупкости, образования трещин и т. п. Для проверки стойкости электроизоляционных материалов к тепловому старению образцы этих материалов длительно выдерживают при сравнительно не высокой температуре, не вызывающей немедленного разрушения материала, а затем их свойства сравнивают со свойствами исходного материала. При прочих равных условиях скорость теплового старения органических и элементоорганических полимеров значительно возрастает с повышением температуры, подчиняясь общим закономерностям температурного изменения скорости химических реакций (теория Аррениуса—Эйринга). Продолжительность старения т (считая, например, от момента начала снижения механической прочности до момента получения заданной доли ее начального значения) связана с температурой старения Помимо температуры существенное влияние на скорость старения могут оказать изменение давления воздуха или концентрации кислорода, присутствие озона, являющегося более сильным окислителем, чем кислород, а также различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих старение. Тепловое старение образца ускоряется под действием ультрафиолетовых лучей, электрического поля, механических нагрузок и т. п.81 Возможность повышения рабочей температуры изоляции для практики чрезвычайно важна. В электрических машинах и аппаратах повышение нагревостойкости, которая обычно определяется нагревостойкостью электрической изоляции, позволяет получить более высокую мощность при неизменных габаритах или же при сохранения мощности достичь уменьшения габаритных размеров и стоимости изделия. Повышение рабочей температуры особенно важно для тяговых и крановых электродвигателей, самолетного электрооборудования я других передвижных устройств, где, в первую очередь, необходимо уменьшить массу и габаритные размеры. ГОСТ 8865—70 предусматривает в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии разделение электроизоляционных материалов для электрических машин, трансформаторов и аппаратов на классы нагревостойкостн, для которых фиксируются наибольшие допустимые рабочее температуры при использования этих материалов в электрооборудовании общего применения, длительно (в течение нескольких лет) работающего в нормальных для данного вида электрооборудования эксплуатационных условиях: Класс нагревостойкости -Y А Е B F H C Наибольшая допустимая -рабочая температура, °С соответственно 90 105 120 130 155 180 >180 При указанных температурах обеспечиваются технико-экономически целесообразные сроки службы электрооборудования. В особых случаях (электрооборудование с весьма коротким сроком службы) возможно некоторое повышение рабочих температур соответствующих электроизоляционных материалов по сравнению с приведенными. К классу Y относятся волокнистые материалы на основе целлюлозы и шелка (пряжа, ленты, бумаги, картоны, древесина), если они не пропитаны погружением в жидкий электроизоляционный материал. К классу А относятся те же самые органические волокнистые материалы, будучи пропитанными лаками, либо компаундами, или же погруженными в жидкий электроизоляционный материал, т. е. защищенными от соприкосновения с кислородом воздуха, который ускоряет тепловое старение материалов (провод с хлопчатобумажной изоляцией в пропитанной лаком обмотке электрической машины или же в погруженной в электроизоляционное масло обмотке маслонаполненного трансформатора; лакоткани на хлопчатобумажной или шелковой основе и масляных или битумномасляных лаках; лакобумаги на тех же лаках). К классу А относятся также полиамидные пленки, литые полиамидные смолы, изоляция эмаль-проводов на масляно-смоляных и поливинилацетале-вых лаках и т. п. К классу Е принадлежат пластические массы с органическим наполнителем и термореактивным связующим типа феод формальдегидных и подобных им смол, (гешнакс, текстолит, пресс-порошки с наполнением древесной мукой), полиэтилентерефталатные пленки, эпоксидные, полиэфирные и полиуретанотые смолы, и компаунда, изоляция эмалированных проводов на полиуретановых и эпоксидных лаках и т. д. Таким образом, к классам нагревостойкости Y, А и Е относятся главным образом чисто органические электроизоляционные материалы. Класс В — материалы, содержащие большое количество неорганических компонентов (слюда, стекловолокно, стеклоткань, стеклотекстолит на фенолформальдегидных смолах). К классу F относятся микаленты, изделия на основе стекловолокна без подложки или с неорганической подложкой с применением органических связующих повышенной нагревостойкости (эпоксидных, термореактивных полиэфирных, кремнийорганических). Материалы класса Н получаются при использовании кремний-органических смол особо высокой нагревоетойкости. Класс С — чисто неорганические материалы (слюда, стекло, стекловолокнистые материалы, кварц и др.). Из органических материалов к классу С относятся фторопласт и материалы на основе полиамидов (пленки, волокна). Вопрос об отнесении того или иного электроизоляционного материала глп комбинации электроизоляционных материалов к определенному классу нагревостойкости требует длительных и трудоемких испытаний образцов материалов на тепловое старение в условиях, наиболее приближающихся к тем условиям, в которых эти материалы будут находиться в эксплуатации. Для некоторые электростойких материалов, в особенности хрупких, (стекла, керамические материалы), весьма важна стойкость па отношению к резким сменам температуры (термоударам), а результате которых в материале могут образовываться трещины. Хладостойкость - это способность материалов выдерживать низкие температуры (до —70 °C). При низких температурах, как правило, ухудшаются механические свойства (гибкость, эластичность). Поэтому испытание материалов и изделий из них на хладостойкость проводят при одновременном воздействии вибрации. Теплопроводность характеризует процесс переноса тепла от более нагретых частей к менее нагретым и численно определяется коэффициентом теплопроводности ут. Теплопроводность влияет на электрическую прочность при тепловом пробое, а также на процесс охлаждения токоведущих частей. Чем выше коэффициент, тем лучше условия охлаждения и меньше вероятность теплового пробоя. Тепловое расширение. Диэлектрики, как и другие материалы, при нагревании изменяют свои линейные размеры. Это свойство оценивается коэффициентом линейного расширения aL, численно равным относительному увеличению линейного размера при изменении температуры на 1 °C. Этот показатель играет существенную роль при создании сложных изоляционных конструкций, содержащих различные материалы. Органические диэлектрики имеют более высокое значение aL по сравнению с неорганическими Заключение Тепловое воздействие на диэлектрики изменяет практически все их свойства, поскольку влияет и на диэлектрическую восприимчивость, и на проводимость, и на другие параметры, характеризующие электрические, механические и тепловые свойства вещества. При нагревании или охлаждении диэлектрик, как и любое вещество, запасает или отдает некоторое количество теплоты, пропорциональное изменению температуры ΔQ = C* ΔТ где С — теплоемкость; ΔQ— изменение теплоты; ΔT— изменение температуры. Неоднородный нагрев диэлектрика и образование в нем градиента температур приводит к переносу теплоты (явление теплопроводности). Изменение температуры приводит также к термоупругим явлениям, например термическому расширению или сжатию ,что обусловлено асимметрией колебаний атомов кристалла, роль которой усиливается с повышением интеисивности тепловых колебаний. |