© Привалов Е. Е., 2012 © ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет, 2012 ВВЕДЕНИЕ В учебных курсах «Электроматериаловедение», «Электротехнические материалы» и «Электротехническое материаловедение» общепрофессионального и профессионального циклов рассмотрены свойства материалов в электромагнитном поле электроустановок низкого, среднего и высокого напряжения, являются одними из основных, читаемых при подготовке бакалавров, инженеров и агроинженеров. <...> Научно-технических прогресс в различных областях народного хозяйства связан с разработкой и использованием новых, более совершенных материалов, особенно проводниковых, полупроводниковых и электроизоляционных. <...> По поведению в магнитном поле электротехнические материалы подразделяют на две группы - сильномагнитные и слабомагнитные. <...> Диэлектрик ближе к идеальному материалу, если у него удельная проводимость стремится к минимуму и слабо выражены механизмы поляризации, связанные с рассеиванием электрической энергии и выделением теплоты. <...> Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. <...> Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов и с их помощью отделяют электрические цепи электроустановок друг от друга. <...> Активными (управляемыми) диэлектриками являются особые материалы электроустановок - сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры и др. <...> Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10 -5 - 10 8 Ом·м. <...> Спектры уединенных атомов характеризуются линиями и называются линейчатыми. <...> Гетерополярная (ионная) связь возникает вследствие перехода валентных электронов от металлического атома к металлоидному, а также при электростатическом <...>
Электроматериаловедение.pdf
УДК 621.3
ББК 31.2
П75
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент И. Н. Воротников;
кандидат технических наук, доцент Э. К. Шарипов
(кафедра теоретических основ электротехники СтГАУ)
П75
Привалов, Е. Е.
Электроматериаловедение : учебное пособие / Е. Е. Привалов ; Ставропольский
государственный аграрный университет. – Ставрополь : АГРУС, 2012. – 196 с.
Изложены основы материаловедения для диэлектрических, проводниковых,
полупроводниковых и магнитных материалов электроустановок систем электроснабжения
сельскохозяйственных объектов. Приведены электрические, тепловые,
механические и другие характеристики проводников, диэлектриков, полупроводников
и магнитов, даны области применения материалов в электроустановках различного
назначения. Даны вопросы к зачёту.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям:
110300.62, 110302.65, 140200.62, 140211.65, 140211, 140400.62, 210300.62, а также
лаборантов, мастеров производственного обучения, аспирантов и преподавателей.
УДК 621.3
ББК 31.2
Публикуется в авторской редакции
Главный редактор И. А. Погорелова
Заведующий издательским отделом А. В. Андреев
Подписано в печать 26.06.2012. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.
Гарнитура «Times». Печать офсетная. Усл. печ. л. 11,4. Тираж 50 экз. Заказ № 175.
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции ОК 005-93-953000
Издательство Ставропольского государственного аграрного университета «АГРУС»,
355017, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12. Тел/факс: (8652) 35-06-94.
Е-mail: agrus2007@mail.ru.
Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии издательско-полиграфического комплекса
СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Мира, 302.
© Привалов Е. Е., 2012
© ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный
аграрный университет, 2012
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 3
ГЛАВА 1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК.................................................... 5
1.1. Классификация, области применения и требования
к материалам электрооборудования на основе металлов........................... 5
1.2. Особенности строения твердых тел ...................................................... 8
1.3. Механические свойства электротехнических материалов
и основные методы их определения .......................................................... 12
1.4. Виды химической связи ....................................................................... 15
1.5. Энергетические зоны и уровни твердых тел...................................... 22
1.6. Энергетические зоны твердых тел ...................................................... 25
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ......................................................... 29
ГЛАВА 2. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ...................................... 30
2.1. Классификация проводниковых материалов ..................................... 30
2.2. Температурная зависимость удельного сопротивления
металлических проводников....................................................................... 30
2.3. Влияние примесей и других структурных дефектов
на удельное сопротивление металлов........................................................ 34
2.4. Контактные явления в проводниках ................................................... 36
2.5. Свойства проводниковых материалов ................................................ 38
2.6. Сверхпроводящие металлы и сплавы ................................................. 45
2.7. Сплавы высокого сопротивления........................................................ 47
2.8. Сплавы для термопар ........................................................................... 49
2.9. Металлы со средним значением температуры плавления ................ 50
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ......................................................... 52
ГЛАВА 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ........................... 53
3.1. Классификация полупроводниковых материалов ............................. 53
3.2. Основные физические процессы в полупроводниках ....................... 55
3.3. Свойства полупроводников различного типа .................................... 60
3.4. Основные оптические и фотоэлектрические явления ....................... 65
3.5. Свойства германия................................................................................ 69
3.6. Свойства кремния................................................................................. 73
3.7. Свойства карбида кремния .................................................................. 76
195
Стр.195
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ......................................................... 79
4. ДИЭЛЕКТРИКИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК........................................... 81
4.1. Классификация диэлектриков ............................................................. 81
4.2. Поляризация диэлектриков.................................................................. 83
4.3. Электропроводимость диэлектриков.................................................. 95
4.4. Диэлектрические потери.................................................................... 104
4.5. Зависимость диэлектрических потерь
от агрегатного состояния материала........................................................ 112
4.6. Пробой электроизоляционных материалов...................................... 116
4.7. Пассивные диэлектрики..................................................................... 127
4.8. Активные диэлектрики....................................................................... 147
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ....................................................... 160
5. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ............................................................. 162
5.1. Магнитные свойства веществ............................................................ 162
5.2. Классификация веществ по магнитным свойствам ......................... 163
5.3. Природа ферромагнитного состояния материалов.......................... 165
5.4. Процессы при намагничивании ферромагнетиков.......................... 168
5.5. Влияние температуры на магнитные свойства
ферромагнетиков ....................................................................................... 172
5.6. Поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях...... 174
5.7. Магнитные материалы электроустановок ........................................ 176
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ....................................................... 189
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ.............................................................................. 190
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................... 194
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ РЕСУРСОВ СЕТИ ИНТЕРНЕТ....... 194
196
Стр.196